第10章 信源编码.ppt

信源编码通信原理（第7版）第10章樊昌信曹丽娜编著本章内容:第10章信源编码抽样—低通信号和带通信号量化—标量（均匀/非均匀）和矢量脉冲编码调制—PCM、DPCM、ADPCM增量调制—∆M时分复用—TDM、准同步数字体系（PDH）压缩编码—语音、图像和数字数据引言§10.1引言为什么要数字化？信源编码的作用：A/D转换（数字化编码）的技术：模拟信号数字化传输的三个环节：波形编码的三个步骤：波形编码的常用方法：6、7、8章①②模拟信号de抽样§10.2抽样定理---模拟信号数字化和时分多路复用的理论基础§10.2.1低通模拟信号的抽样定理定理：证明：设单位冲激序列：抽样过程可看作是m(t)与δT(t)的相乘。因此，理想抽样信号为：其频谱为：n=0fs≥2fH因此，抽样速率必须满足：fsfH这就从频域角度证明了低通抽样定理。若fs2fH此时，不能无失真重建原信号。重建原信号：低通滤波器HL(f)内插公式欲传m(t)，只需传ms(t)，收端根据其抽样值就能无失真地重建原信号m(t)，条件是：抽样与恢复原理框图：§10.2.2带通模拟信号的抽样定理定理：fH=nBfH=3Bfs=2B|M(f)|2fH=2(3+k)BfHfL-fL-fHfH=nB+kBfH=3B+kB2(3+k)B=3fs推广：n=任意整数2(n+k)B=nfsfs与fL关系n=1n=2n=3n=4n=5n=6模拟脉冲调制§10.3PAM、PDM、PPM实际抽样𝟙——自然抽样的PAM对比：---理想抽样---自然抽样m(t)理想抽样：自然抽样：理想冲激序列实际脉冲序列s(t)恢复：均可用理想低通滤波器取出原信号。实际抽样𝟚——平顶抽样的PAMn=0模拟信号de量化§10.4西安电子科技大学通信工程学院课件制作：曹丽娜量化——幅度上离散化量化后的信号——多电平数字信号抽样值分层电平§10.4.1量化原理量化电平量化间隔量化值——用有限个量化电平表示无限个抽样值。qi=q1~qMmi抽样值量化信号值抽样值量化值量化噪声[a,b]设抽样信号的取值范围量化电平数M则量化间隔量化电平（中点）分层电平（端点）§10.4.2均匀量化——等间隔划分输入信号的取值域的均方值---量化噪声功率为：信号量噪比S/Nq输入样值信号的概率密度——量化器的性能指标之一mk=m(kTs)mq=mq(kTs)量化噪声信号mk的平均功率：信号量噪比——信号功率与量化噪声功率之比：量化噪声功率解：平均信号量噪比含义？均匀量化的缺点应用：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。——原因：Nq与信号样值大小无关，仅与量化间隔V有关。解决方案：非均匀量化§10.4.3非均匀量化——量化间隔不相等的量化方法压大补小y=f(x)对数特性提高小信号的量噪比-压缩输出-扩张输入在接收端，需要采用一个与压缩特性相反的扩张器来恢复信号。入出压缩特性扩张特性压缩-扩张特性：均匀量化……压缩特性ITU的两种建议：非均匀量化x－归一化输入电压y－归一化输出电压1.A压缩律A律和律不易用电子线路准确实现，实用中分别采用13折线和15折线。3.压缩律及其15折线=0时无压缩效果非均匀量化15折线K1=32大信号的量化性能比A律稍差。小信号的量噪比是A律的2倍。脉冲编码调制§10.5PulseCodeModulation,PCM——模拟信号数字化方式之一§10.5.1PCM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”具有镜像特性①简化编码过程②误码对小电压的影响小表10│4自然二进码和折叠二进码§10.5.2常用二进制码——编码考虑的问题之一极性码：表示样值的极性。正编“1”，负编“0”段落码：表示样值的幅度所处的段落段内码：16种可能状态对应代表各段内的16个量化级在A律13折线PCM编码中，共计：——需将每个样值脉冲（Is）编成8位二进制码：码位的选择与安排——之二，关乎通信质量和设备复杂度表10-5段落码表10-6段内码---归一化输入电压的最小量化单位——之三，确定样值所在的段落和量化级起始电平和量化间隔(幅值)段内码的权值：ΔVi——第i段的量化间隔。不同段落，ΔVi不同。前两段相每来一个样值脉冲就送出一个PCM码组§10.5.3电话信号的编译码器——编码的实现任务——把每个样值脉冲编出相应的8位二进码。极性判决：确定样值信号的极性，编出极性码：整流器：双单（样值的幅度大小）。保持电路：使每个样值的幅度在7次比较编码过程中保持不变。比较器（核心）：将样值电流Is与标准电流Iw进行逐次比较，使Iw向Is逐步逼近，从而实现对信号抽样值的非均匀量化和编码。若Is＞Iw，输出“1”码若Is＜Iw，输出“0”码记忆电路：寄存前面编出的码，