清华大学：《无线通信工程》第06讲 信源编码

无线通信工程 姚彦教授 清华大学微波与数字通信国家重点实验室 2001年11月24日

无线通信工程 姚彦教授 清华大学微波与数字通信国家重点实验室 2001年11月24日

第六讲 无线通信的信源编码

第六讲 无线通信的信源编码

引言

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:AD,D/A。 抽样率取决于原始信号的带宽: f。=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

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

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AD,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

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。 概述（续）

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

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

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

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）

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

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。 理论（续）

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

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 性能指标

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

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。 实现方法