数据压缩第4章 预测编码

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1、数据压缩第4章预测编码教学要求及内容一、教学基本要求了解音频信号与听觉感知、视频信号与视觉感知；理解DPCM的基本原理、最佳线性预测，语音信号、静止图像、活动图像的预测编码的思想；掌握MMSE线性预测、语音信号、静止图像、活动图像的预测编码的方法。二、教学内容1、DPCM的基本原理；2、音频信号与听觉感知、视频信号与视觉感知；3、语音信号的预测编码、静止图像的预测编码、活动图像的预测编码。2021/9/14统计编码2预测编码原理基本思想是这样的：模型→利用以往的样本数据→对下一个新的样本值进行预测→将预测所得的值与实际值的差值进行编码→由于差值很小，可以减

2、少编码的码位。例对图像数据压缩来说，预测编码方法是从相邻象素之间有很强的相关性特点考虑的。比如当前像素的灰度或颜色信号，数值上与其相邻像素总是比较接近，除非处于边界状态。那么，当前像素的灰度或颜色信号的数值，可用前面已出现的像素的值，进行预测（估计），得到一个预测值（估计值），将实际值与预测值求差，对这个差值信号进行编码、传送。2021/9/14统计编码3预测编码：就是根据过去的信号样值预测下一个样值，并仅把预测值与现实的样值之差（预测误差）加以量化、编码以后进行传输的方式，如下图所示，在接收端，经过和发信端的预测完全相同的操作，可以得到量化的原信号，然后

3、再通过低通滤波便可恢复与原信号近似的波形。2021/9/14统计编码44.1DPCM的基本原理DPCM预测压缩算法DPCM是差分脉冲编码调制算法，可用于语音和图象压缩。DPCM的基本工作原理如下：　　比较相邻的两个像素，如果两个像素之间存在差异，将差异之处的差值传送出去，若比较的像素之间没有差异，则不传送差值。2021/9/14统计编码5ADPCM自适应差分编码调制编码具有自适应特性，该编码包括自适应量化和自适应预测两种形式，主要用于对中等质量的音频信号进行高效率压缩，例如语音信号的压缩、调幅广播音质的信号压缩等。(1)自适应量化--在一定的量化级数下，

4、减少量化误差或在相同误差情况下压缩数据。自适应量化必须具有对输入信号幅度值的估算能力，否则无法确定信号改变量的大小。(2)自适应预测--根据常见的信息源求得多组固定的预测参数，将预测参数提供给编码使用。在实际编码时，根据信息源的特性．以实际值与预测值的均方差最小为原则。自适应地选择其中一组固定的预测参数进行编码。2021/9/14统计编码6ADPCM自适应差分编码2021/9/14统计编码72021/9/14统计编码84.2最佳线性预测2021/9/14统计编码94.2.1MMSE线性预测2021/9/14统计编码102021/9/14统计编码114.2.

5、2预测阶数的选择若{xk}为N阶马尔科夫过程，则用N阶预测。增大N不一定能提高预测精度。2021/9/14统计编码124.3音频信号与听觉感知声音在空气中的传播：波人耳所能听到的声音频率：20Hz-20kHz2021/9/14统计编码134.3.1语音信号的时域冗余度语音信号中存在的冗余（时域）幅度非均匀分布样本间的相关周期之间的相关静止系数（话音间隙）长时自相关函数基音之间的相关2021/9/14统计编码14典型的语音波形2021/9/14统计编码154.3.2语音信号的频域冗余度语音信号的频域冗余度分类非均匀的长时功率谱密度语音特有的短时功率谱密度20

6、21/9/14统计编码16语音信号的功率谱2021/9/14统计编码174.3.3单音的听觉感知2021/9/14统计编码182021/9/14统计编码19听觉系统的感知HAS的感知：响度：频率：相位：2021/9/14统计编码202021/9/14统计编码214.3.4多音的掩蔽效应掩蔽效应：如果两个声音，一个声音的存在会影响人耳对另一个声音的听觉能力掩蔽效应声强频率相对方向延续时间2021/9/14统计编码22掩蔽效应同时掩蔽效应：一个能量较大的信号（掩蔽信号）可以使另一个同时出现的能量较低的信号（被掩蔽信号）变得不能为人耳所闻，只要两者的频率相差足够

7、小。HAS的同时掩蔽效应对于音频压缩的指导作用：强度低于掩蔽声级的音频分量人耳都听不到，因此可更经济地合理地分配好有限的编码既然可在受掩蔽的频带内给输入信号添加更大的噪声，若能将量化噪声的频谱幅度控制在AMT以下，则将改善数字音频信号的主观质量。2021/9/14统计编码23掩蔽效应瞬时掩蔽效应：一种频域听觉现象，即不同时间先后产生的声音之间的掩蔽现象。可分为：前掩蔽：强声掩蔽其后的弱声音。后掩蔽：弱声音被其后产生的强声音所掩蔽。瞬时掩蔽效应可应用在逐帧编码算法中出现的扩散噪声和回声2021/9/14统计编码244.4语音信号的预测编码语音信号的普遍性语音

8、信号压缩的要求：可懂度和音质限比特率降低编码过程的计算代价2021