信源编码

从模拟信号的抽样，模拟脉冲的调制，抽样信号的量化，脉冲编码调制，差分脉冲编码调制，增量调制，时分复用，矢量量化，语音压缩编码，图像压缩编码，数字数据压缩编码介绍信源编码。

信源编码

• 引言
• 模拟信号的抽样
  • 低通模拟信号的抽样定理
    • 最高频率小于 的模拟信号m（t）可由其等间隔的抽样值唯一确定，抽样间隔Ts或抽样速率fs应满足∶
    • 理想抽样过程的波形和频谱：fs≥2fH
    • 混叠失真：fs≤2fH
    • 不能无失真重建原信号，抽样速率 必须满足：
    • 抽样与恢复原理框图：
  • 带通模拟信号的抽样定理
    • fs 与 fL 关系
      • fL=0时，fs=2B=2fH——低通抽样情况
      • fL很大时，高频窄带信号情形，fs≈2B
• 模拟脉冲调制
  • PAM
    • 自然抽样的PAM
      • 特点
        • 样值脉冲的幅度随原信号m(t)的幅度而变
      • 自然抽样过程的波形和频谱：
      • 自然抽样与恢复原理框图：
    • 平顶抽样的PAM
      • 特点
        • 每个样值脉冲的顶部是平坦的
      • 产生
        • 抽样保持
      • 恢复：修正+低通滤波
• 抽样信号的量化
  • 量化原理
    • 用有限个量化电平表示无限个抽样值
  • 均匀量化
    • 等间隔划分输入信号的取值域
    • 信号量噪比S/Nq
      • 量化器的性能指标之一
    • 均匀量化的缺点
      • 当信号小时，信号量噪比S/Nq也小，往往达不到要求。——这相当于限制了输入信号的动态范围。
      • -需要的编码位数多（11~12位）; -导致编码信号的带宽增大，且编码设备复杂。
    • 应用
      • 主要用于概率密度为均匀分布的信号，如遥测遥控信号、图像信号数字化接口中。
  • 非均匀量化
    • 量化间隔不相等的量化方法
    • 压缩-扩张特性：
    • ITU的两种建议
      • A压缩律---13折线近似法
        • 非均匀量化
      • μ压缩律---15折线近似法
        • 非均匀量化
• 脉冲编码调制
  • PCM的基本原理
    • PCM系统原理框图
    • 模拟信号数字化过程---“抽样、量化和编码”
    • 常用二进制码
  • 常用二进制码
    • 编码考虑的问题之一
    • 码位的选择与安排
      • 之二，关乎通信质量和设备复杂度
    • 起始电平和量化间隔
      • 之三，确定样值所在的段落和量化级
  • 非线性码与线性码
  • PCM信号的比特率和带宽
  • PCM系统中噪声的影响
• 差分脉冲编码调制
  • 差分脉冲编码调制(DPCM)原理与性能
    • DPCM原理
    • DPCM性能
  • 自适应差分脉码调制
• 数字数据压缩编码
  • 基本原理
    • 数据压缩不允许有任何损失，因此只能采用无损压缩方法。
    • 这就需要选用一种高效的编码表示信源数据，以减小信源数据的冗余度，
    • 由于有限离散信源中各字符的信息含量不同，为了压缩，通常采用变长码。
    • 为了确定变长码每个字符的分界，需要采用唯一可译码。
    • 霍夫曼码是一种常用的无前缀变长码，它在最小码长意义上是最佳码。
  • 霍夫曼码
    • 霍夫曼码的编码过程
      • 第1步：减少信源字符的数量
      • 第2步：为字符分配码字
    • 压缩编码性能指标
      • 1）压缩比
      • 2）编码效率
• 图像压缩编码
  • 分类
    • 分类1
      • 有损压缩
      • 无损压缩
    • 分类2
      • 静止图像压缩
      • 动态图像压缩
  • 静止图像压缩编码
    • 静止图像压缩利用了邻近像素之间的相关性，并且常常在变换域中进行有损压缩。最广泛应用的静止图像压缩国际标准是JPEG。
  • 动态图像压缩编码
    • 动态图像压缩利用了邻近帧的像素之间的相关性，在静止图像压缩的基础上再设法减小邻帧像素间的相关性。最广泛应用的动态图像压缩国际标准是MPEG。
• 语音压缩编码
  • 分类
    • 波形编码
    • 参量编码
    • 混合编码
  • 语音参量编码
    • 发音器官和发音原理
    • 语音参量及其提取方法
  • 语音混合编码
    • 参量编码缺点
      • 声音质量较差，通常不能满足公用通信网的要求。原因主要是送入时变线性滤波器的激励过于简单化：简单地将语音分为浊、清两类，忽略了浊音和清音之间的过渡音（见图）；以及浊音时在20ms内的激励脉冲波形和周期不变，清音时的随机噪声也不变。
    • 改进途径
      • 混合编码除了采用时变线性滤波器作为其核心外，还在激励源中加入了语音波形的某种信息，从而改进其合成语音的质量。
• 矢量量化
  • 矢量量化器的量化误差
  • 矢量量化系统原理方框图
    • 在编码端，n维输入信号矢量x与码书中的各个码字比较，找到失真最 小的码字qi；然后将其编号i（经过编码）传输到译码端。在译码端，收到i（的编码）后，经过译码得到i的值，再从码书中寻显然，矢量量化是一种有损压缩编码，但它的压缩性能比标量量化的好。找到x的量化矢量qi。
• 时分复用
  • 基本概念
    • （a)时分多路复用原理
      • TDM的主要优点
  • 准同步数字体系
    • E体系结构图：
    • PCM一次群的帧结构：
• 增量调制
  • 增量调制(ΔM)原理
    • 增量调制原理框图
    • 增量调制波形图
  • 增量调制系统中的量化噪声
    • 译码器的最大跟踪斜率
    • 不过载条件：
    • 编码范围：
    • 信号最大功率：