北京邮电大学：《数据通信原理》课程教学课件（PPT课件）第六章 自适应编码调制

教字通信原理 (4) 2001 Copyright SCUT DT&P Labs

2001 Copyright SCUT DT&P Labs 1 数字通信原理 （4）

第六章自通应编码调制 2001 Copyright SCUT DT&P Labs

2001 Copyright SCUT DT&P Labs 2 第六章 自适应编码调制

61概述 1.(自适应)差分编码调制:一种信源压缩编码方式; 2.语音信号压缩编码的作用:降低传输速率,提高效 率 3.差分编码调制的基本原理:利用语音信号时间上的 相关性,除去信号中的冗余量。 2001 Copyrighi SCUTDI&P Labs

2001 Copyright SCUT DT&P Labs 3 6.1 概述 1. (自适应)差分编码调制：一种信源压缩编码方式； 2. 语音信号压缩编码的作用：降低传输速率，提高效 率； 3. 差分编码调制的基本原理：利用语音信号时间上的 相关性，除去信号中的冗余量

61概述 要的雪E辅万式 1.差分编码(DPCM); 2.子带编码(SCB 3.变换域编码(ATC 4.多脉冲激励线性预测编码( MPLPC) 5.参数或波形矢量编码(VQ; 6.码激励预测编码(CELP)。 2001 Copyrighi SCUTDI&P Labs

2001 Copyright SCUT DT&P Labs 4 6.1 概述 主要的语音压缩编码方式 1. 差分编码(DPCM); 2. 子带编码(SCB)； 3. 变换域编码(ATC); 4. 多脉冲激励线性预测编码(MPLPC); 5. 参数或波形矢量编码(VQ); 6. 码激励预测编码(CELP)

62差分编码(DPcM)的基本原理 1.编码器与解码器 定义:S(k)抽样信号;S(k)预测信号;S(k):重建信号 d(k)=S(k)-S(k):差分信号;da(k):差分信号量化值 k):d(k)的编码值。 编码器 d (k) d(k) S(k) 量化器 编码 预测器s) 2001 Copyright SCUT DT&P Labs

2001 Copyright SCUT DT&P Labs 5 6.2 差分编码(DPCM)的基本原理 1. 编码器与解码器 定义：S(k):抽样信号；Se (k):预测信号；Sr (k):重建信号； d(k)=S(k)-Se (k):差分信号；dq (k):差分信号量化值； I(k): dq (k)的编码值。 编码器 － ＋ 量化器 预测器 S(k) 编码 Se (k) d(k) dq (k) Sr (k) I(k)

62差分编码DPCM)的基本原理 解码器 q 解码 s(k) 预测器 e DPCM系统的误差ek) e(k)=S(k)-S(k)=[s(k)+d(k)]-[S(k)+dq(k) d (k)-da(k) e(k)只与量化过程有关,也称e(k)为量化误差 2001 Copyright SCUT DT&P Labs 6

2001 Copyright SCUT DT&P Labs 6 6.2 差分编码(DPCM)的基本原理 解码器 DPCM系统的误差e(k) e(k) = S(k)-Sr (k) = [Se (k)+d(k)]-[Se (k)+dq (k)] = d(k)-dq (k) e(k)只与量化过程有关，也称e(k)为量化误差。 解码 预测器 I(k) ＋ dq (k) Se (k) Sr (k)

6.2遍分编DPCM的喜本原组 2.DPCM系统的优点 当抽样后的时间序列S(k)具有较强的相关性时,一般有 d(k)|=|S(k)-S(k)<|s(k) 若保持量化误差功率(量化间距)不变,编码输出所需的位数n 可减少,传输信号所需的速率降低 若保持原来的编码位数,量化间距可取较小值使量化误差减 少 2001 Copyrighi SCUTDI&P Labs

2001 Copyright SCUT DT&P Labs 7 6.2 差分编码(DPCM)的基本原理 2. DPCM系统的优点 当抽样后的时间序列S(k)具有较强的相关性时，一般有 |d(k)|=|S(k)-Se (k)| < |S(k)| ◼ 若保持量化误差功率(量化间距)不变，编码输出所需的位数n 可减少，传输信号所需的速率降低； ◼ 若保持原来的编码位数，量化间距可取较小值使量化误差减 少

6.2三分编船(DPCN)的惠本原理 3.DPCM系统的信噪比 SNR=ES2(k)/E[e2(k)]=E[S2(k)]E[d2(k)/E[d2(k)]E[e2(k)} (EIS(kl/Ed2(kihE[d2(kl/E[e2(k)] G SNR 式中:Gp={ES2(k/E[d2(k)} 预测增益 sNRa=E[d2(k/E[e2(k)}--量化信噪比 通常G>=1若SNR不变,总的SNR将增加 2001 Copyrighi SCUTDI&P Labs

2001 Copyright SCUT DT&P Labs 8 6.2 差分编码(DPCM)的基本原理 3.DPCM系统的信噪比 SNR = E[S2 (k)]/E[e2 (k)]={E[S2 (k)]E[d2 (k)]/E[d2 (k)]E[e2 (k)]} = {E[S2 (k)]/E[d2 (k)]}{E[d2 (k)]/E[e2 (k)]} = GpSNRq 式中： Gp = {E[S2 (k)]/E[d2 (k)]} －－－预测增益 SNRq = {E[d2 (k)]/E[e2 (k)]} －－量化信噪比 通常Gp >＝ 1,若SNRq不变，总的SNR将增加

63信号预测 1.极点预测器 d(k dq(k) S(k) 量化器 编码 sk)L预测器 S(k) da(k) 解码 S(k) 预测器 Se(k) 2001 Copyright SCUT DT&P Labs

2001 Copyright SCUT DT&P Labs 9 6.3 信号预测 1. 极点预测器 － ＋ 量化器 预测器 S(k) 编码 Se (k) d(k) dq (k) Sr (k) I(k) 解码 预测器 I(k) ＋ dq (k) Se (k) Sr (k)

6.3号预测 2.说预测器(续丽) S(k)==NaS1(k-i),{a为预测系数; 预测:利用过去值来估计(当前)未来值 da(k)ed(k)= s(k)-se(k)=S( k)-2ilN aiS(k-i e S(k)-Eieina s(k-i 等式两边取z变换: dq2)=(1E1=1Naz2)S(2) 若定义:HZ)=S(2/d2) HZ)=1/(1-21Naz) H(区)只有极点 极点预测器”(#) 2001 Copyright SCUT DT&P Labs

2001 Copyright SCUT DT&P Labs 10 6.3 信号预测 2. 极点预测器（续前） Se (k) = i=1 N aiSr (k-i), {ai }为预测系数； 预测：利用过去值来估计（当前）未来值。 dq (k)  d(k) = S(k) - Se (k) = S(k)- i=1 N aiSr (k-i)  Sr (k)- i=1 N aiSr (k-i) 等式两边取 Z 变换： dq (Z)＝  （1- i=1 N aiZ－i）Sr (Z) 若定义：H(Z) = Sr (Z)/dq (Z) H(Z) = 1/（1- i=1 N aiZ－i） H(Z)只有极点－－－“极点预测器”（＃）