数字通讯原理第2章.ppt

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1、第2章信源编码2.1概述2.2模拟信号的数字化2.3语音编码2.4图像编码习题2.1概述2.1.1压缩编码的重要性信源编码主要解决数字通信系统的有效性问题。近代信源编码的理论和方法，主要也是围绕压缩编码展开的。压缩编码的目标是尽可能用最少的信息序列来传输最大的信息量。在当今“信息爆炸”的时代，压缩编码的作用及其社会效益、经济效益将会越来越明显。压缩编码也称为数据压缩，数据压缩的主要途径有以下三种：(1)减小物理空间，如减小对存储器、磁盘、磁带和光盘等数据存储媒体的空间要求。(2)减少时间区间，如减小传输信息所需的时间等。(3)减

2、小频谱区域，如减小传输信息所需的带宽等。这三者之间是相互关联的，如减小存储空间也意味着提高了传输效率和节省了占用的频谱。在第3章中我们将采用频带压缩方法，通过选用不同的调制和解调方式，可以在相同的频带上传输更高的数码率，从而提高单位频带的利用率。压编编码是提高数字通信系统有效性最重要的途径和最有效的方法。在第1章中我们介绍了采用数字通信具有许多优越性，但这是以数据量的增大为“代价”的。如果不进行数据压缩，则很多应用就无法实用化。例如一路广播级的彩色电视，若按4∶2∶2的分量编码标准格式，用13.5/6.75/6.75MHz频率进行抽样

3、，假定每像素用8比特编码，其数码率为(13.5+2×6.75)×8=216Mb/s。若实时传送，则需要3375个64kb/s的数字话路。而如果将其数据压缩到原来的1/100，则只需约33.8个64kb/s的数字话路。显然压缩编码的效益是非常明显的。2.1.2压缩编码分类根据恢复信源的准确度，可将信源压缩编码方法分为无失真编码和限失真编码。无失真编码也称为信息保持编码，它要求在对信源进行编解码的过程中不能丢失信息，以便完整准确地重建原始信号。无失真编码的优点是明显的，但缺点是压缩比较低，通常不会超过3∶1。限失真编码，即在对信源进行编

4、解码过程中允许丢失一部分信息，通过控制失真程度，从而可实现较大的压缩比。根据压缩编码的实现方式，可将信源压缩编码方法分为统计编码、预测编码、变换编码和识别编码，如表2-1所示。表2-1压缩编码的简单分类(1)统计编码是指利用消息或消息序列出现概率的分布特性，寻找其出现概率与码字长度间的最佳匹配，也称概率匹配编码，其目的是使总的代码长度最短。(2)预测编码是利用信号之间的相关性来预测未来的信号，通过对预测的误差进行编码来压缩数据量。(3)变换编码是一种非常有效的限失真编码方法。其基本的思想是利用信号在不同函数空间分布的不同，选择合适的

5、函数变换，将信号从一种信号空间变换到另一种更有利于进行压缩编码，然后再对变换系数进行编码。(4)识别编码是通过对信号的特征进行分解，与汇集这些基本特征的样本进行比较对照识别，选择失真最小的样本编码。识别编码的效率很高，是压缩编码研究的热点之一。2.1.3编码器的模型为了描述信源编码过程，我们可将其抽象成一个如图2-1所示的“编码器”。其中消息集X的元素x称为信号单元(或消息)；输出集称为代码(或码组)，其元素W称为码字；A是构成码字的符号集，其元素a称为码元(或符号)。其编码过程是：如果在它的输入端送入一个xi，则其输出端将输出一

6、个被指定与xi相对应的wi，且所有的w都是按规定的编码方法用a来构成的。即以符号A构成代码W，建立X与W的对应关系。图2-1编码器的模型2.2模拟信号的数字化2.2.1模拟信号的抽样1.低通模拟信号的抽样所谓抽样，就是在一系列离散点上对连续模拟信号抽取样值的过程，输出的抽样信号(抽样序列)sT(t)可以表示为原始连续模拟信号s(t)与一个周期性的抽样脉冲fT(t)相乘的积，即（2.2-1）抽样定理是模拟信号数字化的理论基础。抽样定理(一维抽样)指出:一个连续模拟信号s(t)的频率

7、f

8、≤fm，fm为低通模拟信号的最高频率。如果抽样频率

9、满足fs≥2fm，则s(t)可以由抽样序列惟一地确定。即可通过截止频率为fm的理想低通滤波器由抽样信号准确地恢复出原始模拟信号。Ts=1/fs为抽样的最大间隔，称为奈奎斯特间隔。由于抽样时间间隔相等，所以此抽样定理又称均匀抽样定理。在矩形坐标上进行均匀抽样(简称矩形抽样)，可得到二维抽样定理：若二维信号s(x,y)的空间频率u和v分别限制在

10、u

11、≤Um和

12、v

13、≤Vm，则只要抽样周期Δx、Δy满足Δx≤1/2Um和Δy≤1/2Vm，就可以准确地由抽样信号恢复原始信号s(x,y)。矩形抽样的概念可以推广到二维以上，此时相当于在超立方体点

14、阵上抽样。下面我们讨论一维抽样。1)理想抽样理想情况下，抽样脉冲fT(t)是周期为Ts的单位冲激冲序列δT(t)，即（2.2-2）对于最高频率小于fm的低通模拟信号s(t)，如图2-2(a)所示。s(t)与周期性单位冲