压缩编码理论_448404518

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1、《通信原理概论》IntroductoryCommunicationSystem第三讲第三讲压缩编码理论压缩编码理论陈巍本讲提纲压缩编码概论脉冲编码调制差分脉冲编码调制压缩编码概论为什么要调制?•数字传输需要•人类感官能力数字传输需要•回顾对微分熵的讨论,表示连续信源需要无限长序列,但信道容量是有限的•用集装箱适应货轮,并通过合理打包让集装箱多装一点人类感官能力•眼睛和耳朵对图像和声音的分辨能力是有限的•扔掉一部分没用的货物压缩编码的分类无损压缩•输入:数字序列(离散时间，离散幅值)•输出:数字序列平均长度更小•无损压缩主要应用于数据通信R

2、AR,ZIP本讲主要学习针对语音信号的有损压缩，其他压缩方法将会有损压缩在后续课程中学习•输入：模拟信号（连续时间，连续幅值）•输出：数字序列•有损压缩是实现语音、图像等多媒体信源的数字传输的基石，又分为标量压缩，矢量压缩语音压缩编码的历史大事件•1937年，AlecReeves提出用脉冲编码调制实现语音传输的概念•1943年，Bell实验室设计了SIGSALY保密通话系统，应用于二战战场，应用了脉冲编码调制•1949年，Ferranti-Packard设计了脉冲编码调制系统，可以通过无线电长距离传输雷达数据压缩编码在整个通信系统中的位置

3、压缩编码加密信道编码复用基带调制脉冲成型载波解调信道载波调制基带解调采样判决解复用信道解码解密压缩解码压缩编码的学习内容编码与解码•它们构成了一对矛盾•需要了解原理框图压缩特性•描述了压缩编码的有效性噪声特性•描述了压缩编码的代价语音编码语音编码是将人类语音的声音信号转化为数字序列的过程人类语音信号特性•带通：300-3400Hz（注意听觉不是这个范围，否则HIFI就没有必要了）2x1−•幅值分布：拉普拉斯分布px()=eσxσ2x语音信号压缩的关键步骤•抽样：连续时间Æ离散时间•量化：连续幅值Æ离散幅值•压缩：降低数据量语音压缩概念模型

4、注意概念模型和实际系统的区别与联系保证无混叠减小量化噪声最小化平均字符长度抽样量化压缩编码SamplingQuantizationCompression各节点的波形或表示见黑板实际的语音编码系统是否也如此？抽样理论压缩编码中抽样的目标•能够无失真恢复连续信号•抽样数量越少越好抽样定理•由Nyquist提出•描述表示连续时间信号的最小离散样本数量•单位时间内抽样数（采样频率）不小于2倍最高频率分量f≥2fsH频域无混叠，时域无畸变内插公式通过抽样恢复原始信号的方法——低通滤波Xf()[()*()]()=XfUfHfF⎧1

5、

6、ff≤Hx()[

7、()()]()[()()]()tx=tthδT*()tH()f=⎨⎩0

8、

9、ff>∞H=−ht()*∑xt()(δtnTs)Fn=−∞sin2πft∞H∞ht()=2πft=∫∑xn()(τδτ−−Ts)(htττ)dH−∞n=−∞推导不很重要∞∞=∑∫x()(τδδττ−−nThThs)(t)ddτ−∞结论一般重要n=−∞∞si2in2()πftTft(−nT)=∑xnT()Hs重要的是没忽悠你sn=−∞2()πftnTH−s实际的内插抽样序列通过非理想低通•假设时域响应为c(t)XfXfUfCfr()[()*()]()=xrT()[()

10、()]*()tx=ttcδt∞∞F=∑XffCfXf(−nfCfs)()=∑x()(nTTTctn−T)ssn=−∞n=−∞sinπfTs•零阶保持CfT()=−sexp()jfTπsπfTs2⎛⎞sinπfTs•一阶保持CfT()=s⎜⎟⎝⎠πfT⎝⎠s需要再通过滤波C^-1(f)补偿畸变的频谱带通抽样理论动机•如果信号带宽很窄，但是中心频率很高•根据Nyquist抽样定理，抽样频率很高，样本数量很大，对于传输系统后果很严重！•另方另一方面面：其实信号本身带宽不宽能够利用带通特性，或者说频谱的稀疏特性降低抽样数量？带通抽样先看一个特例最

11、高频率是带宽整数倍用2倍带宽进行抽样并没有发生混叠！所以抽样频率有可能用低于2倍最高频率带通抽样定理对于带通信号，最小抽样频率为⎛⎞Mf=21B⎜⎟+s⎜⎟⎝⎠N⎢⎥fH⎧⎫fHN=⎢⎥M=⎨⎬⎣B⎦⎩⎭B•其中，f_H是最高频率，f_L是最低频率，•带宽Bff=−HL•注意：N为B/fHB/f_H的整数部分，M为B/fHB/f_H的小数部分带通抽样定理的证明ffLH无混叠条件kf−f(1kff+)−sLsH下边沿不混叠−+≤fkL+≤ffsL上边沿不混叠−f++≥(1kff)HsH带通抽样定理的证明对无混叠条件的进一步讨论•下边沿不混叠

12、2−fkL+ffsL≤kfsL≤2fffsL≤k2(1kfkf+≤+)(1)sLk•上边沿不混叠−fkff++≥(1)2(1fkf≤+)HsHHs⎛⎞12(1f≤+≤+kf)2⎜⎟1fHsL⎝