第四信源编码与数据压缩.pptVIP

北邮信息理论 与技术教研中心 BUPT Information Theory Technology Education Research Center 主讲人: 杨戈/ 副教授 * 本章讨论在物理层决定有效性的最主要因素：信源编码和数据压缩技术。 信源编码是主要利用信源的统计特性，解除信源相关性，去掉信源冗余信息，从而达到压缩信源输出的信息率，提高系统有效性的目的。 第二代移动通信主要是语音业务，所以信源编码主要指语音压缩编码。第三代移动通信中的信源编码将不仅包含语音压缩编码，还包含各类图像压缩编码和多媒体数据压缩等方面内容。 * §4.1语音压缩编码 在本节中，我们将讨论语音压缩编码的基本原理与方法，以及在移动通信中的语音编码。 * 4.1.1引言 语音压缩编码大致可以分为以下三类： 波形编码 参量编码 混和编码 以上三类编码，波形编码质量最高，其质量几乎与压缩处理之前相同，可以适用于公用骨干(固定)通信网。参量编码质量最差，不能用于骨干通信网，而仅适合于特殊通信系统，比如军事与必威体育官网网址通信系统。混和编码质量介于两者之间，目前主要用于移动通信网。 * 1. 波形编码的性能估计 利用信息论中连续(模拟)有记忆信源的信息率失真R(D)函数理论可以分析波形编码的性能。 信息率失真R(D)为： 上式的计算结果如下表所示 : 信噪比(dB) 35 32 28 25 23 20 17 R(D)(bit/样点) 4 3.5 2.5 2.34 2 1.5 1 压缩倍数K 2 2.28 3.2 3.42 4 5.3 8 * 由上述分析结果可以得到如下结论：当语音质量达到进入公网要求标准时，即 ,其 倍，若进一步考虑实际语音分布与主观因素的影响(因为正态分布R(D)其压缩倍数可以进一步增大，取 (保守值)这时语音速率可以从未压缩的PCM 64Kbps降至1/4速率的16Kbps。目前已实用化的DPCM为32Kbps。 * 2. 参量编码的性能估计 语音可以采用各种不同形式的参量来表达。为了分析方便，采用最基本的参量“音素”。以英语音素为例进行分析。英语中共有音素 。按照通常讲话速率，每秒大约平均发送10个音素。由信息量计算公式，对于等概率事件有： ，N为总组合数，则： 最后可计算出压缩比K为： * 3. 混合编码的性能估计 显然混合编码的理论压缩比是介于上述两类编码之间，且与语音质量需求有关。若要求混合编码偏重于个性特征，则其压缩比靠近波形编码的压缩比值，若要求混和编码偏重于共性，则其压缩比靠近于参量编码。 * 4.1.2数字通信中的语音编码 高质量的混合编码是移动通信中的优选方案。 在低数据比特率、高压缩比的混合编码中，数据比特率、语音质量、算法复杂度与处理时延是四个主要参量。 * 1. 数据比特率(bps) 数据比特率越低压缩倍数就越大，可通信的话路数 也就越多，移动通信系统也就越有效。 数据比特率降低，语音质量也随之相应降低，为了补偿质量的下降，可采用提高设备硬件复杂度和算法软件复杂度的办法。 降低比特速率另一种有效方法是采用可变速率的自适应传输，它可以大大降低语音的平均传送率。 还可以进一步采用语音激活技术，充分利用至少3/8的有效空隙，可获得大致约2.67dB的有效增益。 * * 2. 语音质量 度量方法不外乎客观与主观两个角度： 客观度量可以采用信噪比、误码率、误帧率，相对而言简单、可行。 主观度量是由人耳主观特性来判断，比客观度量复杂。目前国际上常采用的主观评判方法称为MOS方法 。 * 3. 复杂度与处理时延 语音编码硬件复杂度取决于DSP处理能力，而软件复杂度则主要体现在算法复杂度上。算法复杂度增大，也会带来更长的运算时间和更大的处理时延 。 参数 指标 编码器类型 数据比特率 (Kbps) 复杂度 (MIPS) 时延 (ms) 质量 (MOS) 脉码调制PCM 64 0.01 0 4.3 自适应差分脉码调制ADPCM 32 0.1 0 4.1 自适应自带编码 16 1 25 4 多脉冲线性预测编码 8 10 35 3.5 随机激励线性预测编码 4 100 35 3.5 线性预测声