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移动通信教程第06讲-信源编码PPT

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移动通信教程第06讲-信源编码PPT

移动通信教程第06讲-信源编码PPT

简介:这是一个关于移动通信教程第06讲-信源编码PPT,主要介绍了引言、音频编码、视频编码等内容。无线通信工程师,无线网络带给人们无限的便利,因为可以随时随地使用 万维网。在我国,无线网络正在逐步全面铺开和兴起。

移动通信教程第06讲-信源编码PPT是由星星PPT用户ppt上传提供的学校PPT类型素材,上传时间为2017-03-14,本页面网址为http://www.cnd8.com/ppt/2016102778563.html

第六讲
无线通信的信源编码
引言
概述
信源的原始信号绝大多数是模拟信号,因此,信源编码的第一个任务是模拟和数字的变换,即:A/D,D/A。
抽样率取决于原始信号的带宽:
  fc = 2  w,w为信号带宽
抽样点的比特数取决于经编译码后的信号质量要求:
  SNR = 6  L(dB),L为量化位数
概述(续)
但是,由于传输信道带宽的限制,又由于原始信源的信号具有很强的相关性,则信源编码不是简单的A/D,D/A,而是要进行压缩。为通信传输而进行信源编码,主要就是压缩编码。
信源编码要考虑的因素:
 -发信源的统计特性。 
 -传输信道引入的损伤,如误码。
 -受信者的质量要求。
理论
信源编码定理:
 对于给定的失真率D,总可以找到一种信源编码方法,只要信源速率R大于R(D),就可以在平均失真任意接近D的条件下实现波形重建。
说明1:R(D)称为率失真函数,它是单调非增函数,速率越高,平均失真越小。
说明2:为了保证在一定速率下的失真,必需采用信源编码,因而会引入编码延时。
理论(续)
信道编码定理:
 如果信源速率R小于信道容量C,总可以找到一种信道编码方法,使得信源信息可以在有噪声信道上进行无差错传输,即:
  R  C,无差错传输条件
说明1:信道容量C是根据仙侬定理得到的
  C = Wlog2(1+S/N)
说明2:为了保证无差错传输,必需采用信道编码,因而会引入编码延时。
理论(续)
信息传输定理:
 将信源编码定理和信道编码定理综合,就得到信息传输定理。即:为保证无差错传输及失真度,必需满足:C  R(D)
说明1:在一般数字通信系统中,信源编码和信道编码可以分开考虑。信道编码定理给出无差错的速率上限,信源编码定理给出无失真的速率下限。
说明2:为了实现理想性能,都要付出延时的代价。
性能指标
速率:高速率、中速率、低速率
         压缩比
质量:客观评价
         主观评价
延时:质量和延时的关系
         不同业务对延时的要求
复杂性:算法的复杂性及软硬件实现的复杂性
实现方法
波形编码
 将波形直接变换成数字码流。特点:比特率较高、解码后质量较高、延时较小。可以分为:时域波形编码,如PCM、ADPCM、M等;频域波形编码,如:子带编码(SBC)、自适应变换编码(ATC)等。
参数编码
 从信源信号的某个域中提取特征参数,并变换成数字码流。特点:比特率较低、解码后质量较低、延时较大。如:各种声码器。
混合编码
 将以上二种方法混合,特点:以较低的比特率获得较高的质量,延时适中,复杂。如:G723.1,G728,G729,GSM的语音编码,IS-95的语音编码等。
音频编码
音频编码的优点
 提高传输的质量
 便于处理
 使用灵活,便于多种媒体(视频、音频、文字、数据)相结合应用
 易于加密
 适合大规模集成
 可靠性高、体积功耗小
 价格便宜
音频编码的应用
压缩的必要性
音频编码历史:数字电话(1)
 波形编码
 PCM原理(37年,法Alec Reeres)
   电子管PCM(46年,Bell实验室)
   晶体管PCM(62年,市话扩容,64kb/s)
   单片IC PCM(70年代,微波、卫星、光纤)
 增量编码原理(46年,法De Loraine)
   自适应增量 CVSD(60年代末,军用,32、16kb/s)
   Continuously Variable Slope Delta Modulator
   连续变化斜率增量调制器
 其他编码(70年代,ADPCM、SubBand、ATC、APC等)
在16kb/s以上得到较好的话音质量。
   特点:话音质量好,但编码速率高。
音频编码历史:数字电话(2)
 参数编码
 波形编码通道声码器(39年,Dudly,二次大战保密电话)
 LPC声码器(67年,Atal、Schroeder)
 同态声码器(69年,Oppenheim)
 共振峰声码器(71年,Rabiner、Schafer、Elanagan)
 MBE声码器(88年,Griffin、Lim)
 波形插值(91年,W.B. Kleijn)   
2.4kb/s、1.2kb/s、较好;600-800b/s可懂。特点:编码速率低,自然度差。    
 混合编码器
利用线性预测、VQ、A-B-S、感觉加权、后滤波等技术。
 多脉冲激励线性预测(MPELP  1982 Atal、Remde)
 规则脉冲激励线性预测(RPELP  1985 Deprettere、Kroon)
 码本激励线性预测(CELP  1985 Manfred、Schroeder、Atal)   
8-16kb/s,高质量。特点:话音质量高、编码速率低,但算法复杂。
音频编码历史:宽带语音
主要应用于会议电视,相当于调幅广播的质量
  1988年CCITT制定了G.722 标准:SB-ADPCM
 1996年左右,美国PictureTel 公司提出PTC-PictureTel Transform Coder
 1999年9月发布:“ITU-T G.722.1 proposed for decision: 7 kHz  Audio - Coding At 24 And 32kbit/s For Hands Free Operation In Systems With Low Frame Loss。”
音频编码历史:宽带音频
主要应用于娱乐与鉴赏,对于重建信号的音质有很高的要求,目前采用比特率较高的波形编码技术进行压缩。可以直接在时域进行,也可以转到频域或其他变换域进行。
 1982年激光唱盘 (CD: Compact Disk)上市。MD:Mini-Disk,日本索尼公司采用ATRAC-Adaptive Transform Acoustic Coder压缩技术。
 1987数字音频磁带录音 (DAT: Digital Audio Tape) 问世。
 DAB (Digital Audio Broadcasting) 源于欧洲。
音频压缩依据
1) 冗余度
时域样点之间相关(短时、长时)
频域谱的非平坦性(谱包络、谱离散)
统计特性
2) 人耳听觉特性
人耳分辨能力
人耳对不同频段声音的敏感程度不同,通常对低频比对高频更敏感
人耳对语音信号的相位不敏感
人耳掩蔽效应 Masking Effect …
说明:对人耳听不到或感知极不灵敏的声音分量都不妨视为冗余。
      可利用听觉心理特性…。
      感觉加权、量化、去除多余分量、后滤波、…。
音频编码性能评价(1)
1) 编码速率(Kbps、Kb/s)
   信号带宽:可懂度、自然度、透明度。
   200~3400Hz、50~7000Hz、20~15000Hz、10~20000HZ。
   采样速率:8KHz、16KHz、32KHz、44.1/48KHz…。
   编码位数R(b/样点),总速率I(kb/s)。
   固定速率及可变速率。
2) 重建语音质量
客观评价:
信噪比
分段信噪比
  (一般15dB以上较好,20dB以上相当好)
音频编码性能评价(2)
主观评价
 MOS分(Mean Opinion Score)
              5~1分:Excellent、Good、Fair、Poor、Bad
 4分:长途通信质量 (toll, transparency-电话线)
               3.5分:通信质量 (communication)
 判断韵律测试DRT(Diagnostic Rhyme Test)
                例如:为(wei)、费(fei)
                95%以上 优秀、85%~94% 良好、75%~84% 中等
                65%~74% 差、65% 以下不能接受
 判断可接受度测试DAT(Diagnostic Acceptability Test)
                多维因素测试
 调制噪声参考单位MNRU(Modulated Noise Reference Unit)
 量化失真单位QDU(Quantization Distortion Unit) 一次PCM编解码
音频编码性能评价(3)
3) 编解码延时(ms)
   公众网(25ms)、点对点、广播、存储
   回声控制或回声抵消
   正常通话秩序
   与重建质量关系
4) 算法复杂度
   硬件、成本
   浮点、定点
    MIPS、RAM、ROM
5) 其他
   抗随机误码和突发误码能力
   抗丢包和丢帧能力
   对不同信号编码能力
   级联或转接能力
现有标准(1):宽带音频
现有标准(2):宽带语音
现有标准(3):数字电话
现有标准(4):数字电话(续)
PCM:脉冲编码调制
ADPCM:自适应差分脉冲编码调制
LD-CELP:低延时码本激励线性预测编码
CS-ACELP:共轭结构代数码本激励线性预测编码
ACELP:代数码本激励线性预测编码
MP-MLQ:多脉冲激励最大似然量化
SB-ADPCM:子带自适应差分脉冲编码调制
LPC-10:线性预测编码-10
MELP:混合激励线性预测编码
CELP:码本激励线性预测编码
RPE-LT:长时间预测规则脉冲激励线性预测编码
VSELP:矢量和激励线性预测编码
IMBE:Inmarsat多带激励语音编码
QCELP:Qualcomm码本激励线性预测编码
EVRC:增强型变速率编码
无线通信的语音编码(1)
军用无线通信
  -16 kbps CVSD增量调制
  -4.8 kbps美国军用电台标准
无线通信的语音编码(2)
无绳电话
  -用于CT-2的ADPCM,32kbps
  -用于DECT的ADPCM,32kbps
无线通信的语音编码(3)
移动通信
  -用于GSM的REP-LTP(长时间预测规则码激励)
    13kbps
  -用于IS-54的VSELP(矢量和激励线性预测)
    8kbps
  -用于IS-95的QCELP(Qualcomm码本激励线性预测)
    1.2/9.6kbps
视频编码
压缩的必要性
图象编码的历史(1)
图象编码的历史(2)
现代图像编码
   小波变换图像编码
   神经网络图像编码
   分型图像编码
   模型基图像编码
图象编码的依据
图象编码的质量评价(1)
图象编码的质量评价(2)
图象编码的质量评价(3)

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