移动通信原理第5次课-信源编码、数据压缩和移动信息安全课件.ppt

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1、第四章信源编码与数据压缩信源产生的信号大多数是模拟信号，为了进入数字移动通信系统，必须将模拟信号转换成数字信号。在这里我们先介绍一下关于模拟信号和数字信号的基本知识。模拟信号模拟信号是一种在时间上连续变化的电流和电压信号。几种常见的模拟信号语音正弦波几种音频模拟信号数字信号数字信号是一种在时间上离散的电压和电流信号。每个值的出现是随机的，服从一定的概率。数字信号的每个取值可以表示一个数字，故因此而得名。数字通信优点容易有效消除噪声和干扰，通信质量高技术上可以采用限幅和对数字信号定时采样的办法来消除数字信号中叠加的噪声和干扰。频带利用率高，通信的有效性好数字化多媒

2、体中的重复信号很容易被压缩掉，以便减少传送所需的信道带宽和时间，提高信道频带的利用率。容易加入校验码，通信的可靠性高对数字信号进行信道编码时,很容易加入校验码，便于接收机利用检验码检错和纠错。通信安全性高使用数学算法很容易对数字信号加密。加密的复杂程度主要取决于接收机的解密能力，这将使非法窃听变得很困难。有利于采用新的通信技术例如，存储转发、分组交换、TDMA、CDMA等新的通信技术只适用于数字信号。有利于使用计算机数字通信系统可以直接使用计算机来管理系统和处理通信业务。有利于提高通信系统效率和通信质量，降低通信网络建设和维护成本。4.1语音信源编码信源编码的两大

3、任务：一是实现A/D转换，将信源输出的模拟信号转换成数字信号，以便在数字通信系统中存储、处理和传输。二是实现数据压缩，以便节约存储空间，提高传输频带利用率。2G移动通信系统的信源编码主要是语音数字编码。3G移动通信系统的信源编码不仅有语音数字编码，还有文字、图形、图像、音乐等多媒体的数字编码。4.1.1语音编码方法分类语音编码方法大致可以分为以下三类：波形编码、参量编码和混和编码波形编码是对语音波形进行编码，码速率最高，再生音质几乎与模拟原声相同，如PCM。参量编码是对发声器官的参数进行编码。码速率最低，再生音质最差，如Vcoder，仅适用于特殊通信系统，比如军事

4、与保密通信系统。混和编码是前述两种编码方法的结合，码速率和再生音质均介于两者之间，如EVRC增强型可变速率声码器和AMR自适应多速率声码器，主要用于移动通信系统。1.波形编码最典型的波形编码技术是脉冲编码调制（PCM）。PCM的编码和解码过程如图所示。1)抽样抽样就是在一定时刻提取模拟信号的波形高度。方法是让一个连续信号通过一个开关,该开关通常是一个电子相乘器。对于频率为fc的模拟信号来说，抽样频率fs不同，所得波形的抽样值与模拟信号波形的近似程度是不同的。如图所示，抽样频率越高，在模拟信号周期内的抽样值就越多，接近模拟信号的程度就越高。抽样频率越低，在模拟信号周

5、期内的抽样值就越少，接近模拟信号的程度就越低。当抽样频率等于模拟信号频率的两倍时达到极限，在模拟信号周期内只有两次抽样；当抽样频率低于模拟信号频率的两倍时，在模拟信号周期内的抽样值少于两个，用抽样信号完全不能再生模拟信号的波形。2)量化在对抽样信号进行编码之前,需要进行量化。我们知道，量化误差D是最小步长的一半，最小步长越小量化误差D也越小。PCM对语音信号量化采用的是A律13折线非均匀量化技术，也叫非线性量化。非线性量化步长根据信号幅度大小变化。一般来说，大信号的量化步长大，小信号的量化步长小，以便降低小信号时的量化误差。现在我们来看看A律13折线是怎样对语音信

6、号进行非线性量化的。量化分级的级数用二进制数表示，这个二进制数的位数是L，L确定了步长的大小，也就决定了S/Nq的大小。根据语音传输标准规定，在信号电平不低于－40dB的条件下，量化信噪比S/Nq应大于26dB，即S/Nq=－40+6L+4.8≥26于是得到，L≥11根据上式，为了确保量化信噪比达标，必须将抽样值的过载临界值至少均匀分为N=211=2048级。在采用A律13折线对语音信号进行非线性量化时，首先将过载临界值平分为2048级。然后逐次对分，共分为8段。最后将每一段再平分为16个间隔。由于段长是不均匀的，因此不同段内的级数也是不同的。如下图所示，第1、2

7、段内只有16级，每个间隔长1级。而第8段内有1024级，每个间隔长64级。3）编码例如，一抽样值达到600级，处于第7段，段落码是110。600－512=88，段内码是0011。其PCM编码是1100011=608(D)，编码误差是8级。编码之前还应有一位极性码，1表示正极性,0表示负极性。语音信号的频率范围取值是0.3～3.4kHz，PCM采样频率规定为8kHz,每一采样值用8bit表示，PCM的比特率是64kbps。关于矢量量化编码矢量量化（VectorQuantization,VQ）又称为记忆量化。首先将抽样值的编码分组。如果一个分组里有k个抽样值的编码，就

8、是k维矢量