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类型通信原理信源编码7版课件.pptx

  • 上传人(卖家):三亚风情
  • 文档编号:2429054
  • 上传时间:2022-04-17
  • 格式:PPTX
  • 页数:95
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    关 键  词:
    通信 原理 信源 编码 课件
    资源描述:

    1、 课 件 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n为什么要数字化? 压缩编码; 模/数转换n信源编码的作用: 波形编码和参量编码nA/D转换(数字化编码)的技术: A/D 数字方式传输 D/An模拟信号数字化传输的三个环节: “抽样、量化 和 编码”n波形编码的三个步骤: PCM、DPCM、 Mn波形编码的常用方法:6、7、8章

    2、 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 最高频率小于 fH 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:10.2.1 低通模拟信号的抽样定理n定理:n证明:设单位冲激序列: 其周期T = 抽样间隔Ts( )TntTnt1(1)TnfnTTf( )( )() (ssTsnm ttm nnm tTtT( )( )( )sTM fffM1( )()nssfM ffnT 抽样过程可看作是 m(t ) 与 T(t) 的相乘。因此 ,理想抽样信号为: 其频谱为: 1/Tsn=0 理想抽样过程的波形和频谱: fs 2

    3、fH 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 fs IWi 1 Is IWi 0IW1IW2IW356 它与逐次比较型编码器中的本地译码器基本相同,不同的是: 增加了极性控制部分和带有寄存读出的 7/12 位码 变换电路。n 译 码 把 PCM 信号 相应的 PAM 样值信号,即 D/A 变换。A律13折线译码器原理框图各部分功能:7/12变换电路: : 将7位非线性码转变为12位线性码。 目的:增加一个Vi /2恒流电流,人为地补上半个量化级, 使最大量化误差不超过Vi /2 , 从而改善量化信噪比。串/并变换记忆电路 :将串行 PCM 码变为并行码,

    4、并记忆下来。极性控制:根据收到的极性码 C1来控制译码后PAM信号的极性。编码器中 7/11寄存读出电路:将输入的串行码在存储器中寄存起来, 待全部接收后再一起读出 , 送入解码网络。实质上是进行 串/并 变换。12位线性解码电路 :由恒流源和电阻网络组成,与编码器中解码网络类同。它是在寄存读出电路的控制下,输出相应的 PAM信号。 58解解例1270由上例可知,由上例可知,编码电平 :IC=1216因此,译码电平:ID = IC + Vi /2=1216+64/2=1248 编码后误差: ( Is - IC) = 54 译码后误差 : : | Is- ID | = 22 n PCM 信号的比

    5、特率和带宽BbsRfNBR传输带宽: 若采用非归零矩形脉冲传输时,谱零点带宽为例如: 一路模拟话路带宽为 B=4 kHz一路数字电话带宽为问题:PCM信号占用的频带 比 标准话路带宽要 宽很多倍。B=80008 = 64 kHz如何解决?详见10.6节 6010.5.4 PCM系统中噪声的影响PCM 系 统 输 出:( )( )( )( )qam tm tn tn tn 两种噪声:产生机理不同相互独立+ 信号成分( So ) 加性噪声( Sa ) 量化噪声(Sq)2o2( )( )qqSE m tNE ntn 性能指标:2o2aa( )( )SE m tNE nt2o22oa( )( )( )

    6、qSE m tNE n tE n t抗量化噪声性能抗加性噪声性能总输出信噪比含义:当低通信号最高频率 fH 给定时, PCM系统的输出信号量噪比随系统的带宽 B 按指数规律增长。H2o22/22( )22( )NqfqBSE m tMNE nt抗量化噪声性能抗加性噪声性能222(1)o2aa( )1/2=( )4NeeSE m tMPNE ntPPCM系统最小带宽HBNf带宽与信噪比互换22oo222oaa/( )2( )( )1/1 4 2NqNqqeSNSE m tNE n tE n tNNPOO2a,2NqSNNN若则OOa1,4qeSNNNP若则假设条件:自然码、均匀量化、输入信号为均

    7、匀分布。 总输出信噪比 差分脉冲编码调制10.6 Differential PCM, DPCM PCM的改进型,是一种预测编码方法 预测编码简介n 问题引出 PCM 需用 64kb/s 的比特率传输 1 路 数字电话信号,这意味 ,其占用频带 比 1路模拟标准话路带宽(4 kHz)要 宽很多倍。n 解决思路 究其根源:PCM 是对每个样值独立地编码,与其他样值无关。 因此,降低 编码信号的比特率、压缩信号的传输频带是 语音编码技术追求的目标 。 信号抽样值的取值范围较大 从而导致数字化信号的比特率高, 占用带宽大。 需要较多的编码位数 n 方法之一 预测编码n 线性预测 利用前面几个抽样值的

    8、线性组合 来预测当前时刻的样值。 若仅用前面 一个抽样值 预测当前的样值,即为DPCM。 对相邻样值的差值进行编码n 线性预测编码/译码原理框图表明:预测值mk 是前面p个带有量化误差的抽样信号值的加权和。 p - 预测阶数 ai - 预测系数当 时 DPCM p = 1 a1 =110.6.1 差分脉冲编码调制(DPCM)原理与性能当 p = 1,a1 = 1,则有mk = mk-1* , 表示只将前 一个抽样值 DPCM:对相邻样值的差值进行编码。当做预测值。预测器预测器n DPCM原理n DPCM性能DPCM系统的量化误差(量化噪声)为: kkkreqDPCM系统的信号量噪比: 2= o

    9、kSE m为信号平均功率;2= ekSE e为预测误差(量化器输入)的平均功率;/eqSN是把预测误差作为输入信号时量化器的信号量噪比;差分处理增益 约为611dB DPSK22NG ADPCM是为了改善 DPCM 的性能,而将自适应技术引入到量化和预测过程。其主要特点: 用自适应量化取代固定量化。自适应量化 指量化台阶随信号的变化而变化 ,使量化误差减小。 用自适应预测取代固定预测。自适应预测 指预测系数可随信号的统计特性而自适应调整 ,提高预测信号的精度 。 通过这二点改进 ,可大大提高输出信噪比和 编码动态范围 。 n 自适应差分脉码调制(ADPCM ,Adaptive DPCM) AD

    10、PCM 能以32 kb/s的比特率达到 64 kb/s 的 PCM 数字电话质量。极大地节省了传输带宽,使经济性和有效性显著提高。 增量调制( (M&DM) )10.7 一种最简单的 DPCM10.7.1 增量调制(M) 原理引言即对预测误差进行1位编码量化电平数取 2 n 增量调制原理框图74n 增量调制波形图 如何选择 和 fs max( )sdm tfdtskft(2)过载量化噪声(1)一般量化噪声10.7.2 增量调制系统中的量化噪声很大n译码器的最大跟踪斜率:n不过载条件:ufs 选大:对减小过载噪声和一般量化噪声都有利。因此,对于语音信号而言, M 的抽样频率在几十千赫 百余千赫。

    11、u 选大 : 有利于减小过载噪声 ,但一般量化噪声增大。 原因:简单 M 的量化台阶是固定的,难以使两者都不超过要求。 解决:采用自适应 M,使量化台阶随信号的变化而变化。为了避免过载 和 增大编码范围,应合理选择 和 fs !ssMPCMff时,编码1010101010时,编码1010101010= /2u起始编码电平起始编码电平 Aminn编码范围:( )sinkm tAt最大编码电平(临界过载振幅)为:其斜率若不过载,应要求:可见,当跟踪斜率一定时,允许的信号幅度随信号频率k的增加而减小,这将导致语音高频段的信号量噪比下降。即设( )coskkAdm ttdtmax( )sdm tfdt

    12、ksAfu最大编码电平最大编码电平 Amaxu 信号最大功率:信号最大功率:由Amax可得n信号量噪比假定不过载,基本量化噪声为:u 量化噪声功率:量化噪声功率: e(t) = m (t) - m(t)e(t)e(t) 是低通滤波前的量化噪声, m (t) 是译码积分器输出波形;变化区间为(-, +) 。则基本量化噪声通过截止频率为fm 的低通滤波器后,其功率为:可见,此量化噪声功率 Nq 只与量化台阶 及 fm / fs 有关,而 与输入信号大小无关。 可见,最大信号量噪比与抽样频率fs 的3次方成正比,而与信号频率fk 的平方成反比。因此,提高fs 能显著增大M 的量噪比。 时分复用 (T

    13、DM)10.8 Time Division Multiplexing(a ) 时分多路复用原理m i (t)低通低通1低通低通2低通低通N信道信道低通低通 1低通低通 2 低通低通 N同步旋转开关同步旋转开关m1(t)m2(t)m2(t)m1(t)mN(t)mN(t)10.8.1 基本概念实际电路中,用抽样脉冲取代m1(t)m2(t)1帧Ts/NTs +Ts/N时隙12Ts+Ts/N3Ts+Ts/NTs2Ts3Ts4TsTs2Ts3Ts4Ts(b)信号m1(t) 的采样(c)信号m2(t) 的采样(d)旋转开关采样到的信号TDM的主要优点:对于时分复用数字电话通信系统,ITU制定了两种准同步数字体系(PDH)的建议:10.8.2 准同步数字体系 以上两种体系的层次、路数和比特率 如表所示:n nE 体系结构图:偶帧TS0奇帧TS0nPCM一次群的帧结构:随路信令 :每路PCM语音信号的抽样频率:采样周期:fs = 8000 Hz- 帧时间一帧共含 比特32582 6 , PCM一次群的比特率: 2561252.048Mb/sbR Ts = 125 s比特率 后面几节以后补上 着急做其他章节配套辅导教材: 曹丽娜 樊昌信 编著 国防工业出版社 整理知识 归纳结论梳理关系 引导主线剖析难点 解惑疑点强化重点 点击考点 谢谢! 后面几节以后补上 着急做其他章节

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