差分脉冲编码调制DPCM辽宁资源共享课
adpcm编码规则 -回复
adpcm编码规则-回复ADPCM编码规则ADPCM（自适应差分脉冲编码调制）是一种音频编码技术，通过压缩音频数据来提高传输和存储的效率。
本文将详细介绍ADPCM的编码规则，包括差分编码、量化、预测和编码等步骤。
一、差分编码差分编码是ADPCM的第一步，通过比较相邻的音频样本，计算两者之间的差值。
这种差值通常会很小，因为音频信号在短时间内变化不大。
例如，如果前一个音频样本是X，当前的样本是Y，差分编码可以表示为Δ=Y-X。
二、量化量化是把差分值映射成离散的数值，以减少数据的位数。
量化可以通过使用特定的量化表或算法来实现，其中每个差分值被替换为最接近的离散值。
通常，量化表是根据预先确定的规则和压缩需求而生成的。
三、预测预测是用于确定下一个样本值的方法。
在ADPCM中，使用前面的差分值和预测参数来估计下一个样本值。
这种方法称为自适应预测，因为预测参数会根据音频信号的特性而变化。
四、编码在编码过程中，使用差分值和预测参数对音频样本进行压缩。
ADPCM 使用固定长度的位数来表示压缩后的差分值和预测参数。
根据压缩需求，可以选择不同的编码方案，如G.726、G.727等。
五、解码解码是ADPCM的逆过程，将压缩后的数据恢复成原始的音频信号。
解码器根据编码过程中使用的编码方案和位数，对压缩数据进行解析，恢复原始的差分值和预测参数。
然后使用差分值和预测参数来计算下一个样本值，最终重建音频信号。
ADPCM具有很多优点，使它成为一种常见的音频编码技术。
首先，它可以显著减少音频数据的存储和传输需求，提高效率。
其次，ADPCM 在保持相对高音质的同时，还能降低延迟，使其适用于实时通信和音频流媒体应用。
此外，ADPCM还具有较低的计算复杂度，可以在资源有限的嵌入式设备上实现。
然而，ADPCM也存在一些限制。
首先，压缩过程会引入一定的误差，使解码后的音频信号与原始信号略有差异。
其次，使用差分编码和预测的方法对快速变化的音频信号效果较差，可能会导致较大的误差。
dpcm编码课程设计
dpcm编码课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解DPCM编码的基本概念，掌握其工作原理和数学表达式。
2. 学生能描述DPCM编码在数字信号处理中的应用场景及其优势。
3. 学生能解释DPCM编码与其它压缩技术的区别及联系。
技能目标：1. 学生能运用DPCM编码方法对简单的信号进行编码和解码操作。
2. 学生能通过计算和实践，分析DPCM编码的压缩效果和误差。
3. 学生能运用所学知识解决与DPCM编码相关的问题，培养解决问题的能力。
情感态度价值观目标：1. 学生通过学习DPCM编码，培养对数字信号处理技术的兴趣和热情。
2. 学生在学习过程中，培养合作精神，提高团队协作能力。
3. 学生能够认识到科技发展对生活的影响，增强对科技创新的敏感度。
本课程针对高年级学生，已具备一定的数字信号处理基础。
课程性质为理论联系实践，注重培养学生的实际操作能力和解决问题的能力。
教学要求学生在理解基本概念的基础上，通过实例分析和实践操作，掌握DPCM编码的关键技术和应用，达到课程目标。
通过分解目标为具体的学习成果，教师可进行针对性的教学设计和评估。
二、教学内容1. 引言：介绍数字信号处理的基本概念，回顾差分脉冲编码调制（DPCM）的背景和发展。
2. 理论基础：- 差分脉冲编码调制原理- 差分脉冲编码调制的数学表达式- 帧同步与自适应预测3. 编码过程：- 量化器的选择与设计- 预测器的设计与优化- 编码与解码的实现步骤4. 应用案例分析：- DPCM在音频信号处理中的应用- DPCM在图像信号处理中的应用- DPCM与其它压缩技术的结合5. 实践操作：- 使用软件工具进行DPCM编码与解码- 实际信号处理案例分析- 压缩效果与误差分析6. 教学拓展：- 探讨DPCM编码的优化方法- 研究DPCM编码在不同领域的应用前景- 比较DPCM与其它压缩技术的性能差异教学内容依据课程目标，按照科学性和系统性原则进行组织。
教学大纲明确指出，本章节将按照课本第X章的内容进行教学，涵盖以上列举的内容要点。
差分脉冲编码
差分脉冲编码（Differential Pulse Code Modulation，简称DPCM）是一种数字信号处理中常用的编码技术。
它通过对连续信号的时间差值进行编码，以减少传输和存储数据所需的比特率。
在DPCM中，首先将连续信号分为若干个采样窗口。
对于每个采样窗口，将当前采样值与上一个采样值之间的差值作为差分值。
然后将差分值进行量化，并进行编码得到编码值。
最后将编码值传输或存储。
DPCM的解码过程如下：接收到编码值后，对编码值进行解码，得到量化值。
然后将量化值与上一个采样值相加，得到重构值。
重构值即为原始信号的估计。
在实际应用中，DPCM具有广泛的应用场景。
以下是一些常见的应用场景：1. 音频信号压缩：音频信号在存储和传输时通常需要较大的带宽和存储空间。
DPCM通过对音频信号进行压缩，减小了存储和传输的开销。
尤其在对高频信号进行编码时，DPCM还可以提供更好的性能。
2. 视频编码：DPCM也广泛用于视频编码中。
对视频序列的每一帧进行编码时，可以利用前一帧的信息进行差分编码，从而减少码流大小和传输开销。
常见的视频编码标准如MPEG-2和H.264都使用了DPCM的技术。
3. 通信系统：在通信系统中，尤其是数字通信系统中，DPCM也被广泛应用。
DPCM可以提高系统对信道噪声和干扰的鲁棒性，并且能够减少传输开销。
此外，DPCM作为数字信号处理中的一种常用编码技术，具有如下优点和缺点：优点：1. 降低了传输和存储开销：通过差分编码，可以大幅度减小传输数据的比特率，节省传输带宽和存储空间。
缺点：1. 对噪声和干扰的鲁棒性可能不足：由于DPCM是基于差分值的编码方式，对于噪声和干扰的鲁棒性可能不如其他一些编码技术。
第三讲(脉冲编码调制)PPT课件
.
2
数字通信系统的优点
数字传输的抗噪声（或干扰）的能力强，尤其在中继时， 数字信号还可以再生而消除噪声的积累，而模拟通信则 会把噪声干扰和信号一起放大，增大噪声干扰。
传输中的差错可以设法控制，不但可以发现而且还能改 正，因而大大提高了传输质量。
便于同计算机连接，采用现代计算机技术对数字信息进 行处理，以便实现通信现代化、自动化。
量化间隔越小，量 化误差越小，需要 的量化级别越多， 处理和传输就越复 杂，所以，既要尽 量减少量化级数， 又要使量化失真尽 可能的小。
量化误差又称为量 化噪声，用信噪比 来衡量。
.
14
均匀量化
采用均匀量化级进行量化的方法称 为均匀量化或线性量化。
缺点：大信号时信噪比大， 但小信号时，信噪比不足。
fs > 2 fm
.
9
奈奎斯特间隔和奈奎斯特速率
• 所谓奈奎斯特间隔Байду номын сангаас是能唯一确定 信号f(t)的最大抽样间隔。
• 奈奎斯特速率是能够唯一确定信号 f(t)的最小抽样频率。
• 因此，奈奎斯特间隔＝ 1/2fm • 奈奎斯特速率＝2fm
.
10
话音信号的抽样频率
• 话音信号频率范围：300～3400Hz， fm=3400Hz，这时满足抽样定理的最 低的抽样频率应为2×fm＝6800Hz， 为了留有一定的防卫带，CCITT （ITU-T）规定话音信号的抽样频率 为＝8000Hz，（防卫带为8000－ 6800＝1200Hz），T＝125µs。
PCM技术的典型应用是语音数字化。语音、图 像信息必须数字化才能经计算机处理。
.
5
脉冲编码调制分的步骤
dpcm数据压缩算法
DPCM（Differential Pulse Code Modulation，差分脉冲编码调制）是一种音频和图像等信号的压缩算法。
它的基本原理是利用信号中相邻样本之间的差异性进行编码，而不是直接编码每个样本的值。
这种差分编码的方式能够更有效地表示信号中的冗余信息，从而实现压缩。
下面是DPCM的基本步骤：1. 预测：对于每个样本，通过使用先前样本的估计值来预测当前样本的值。
这个预测值通常通过线性预测（例如，使用前一个样本值）或者更复杂的预测算法来得到。
2. 差分编码：计算当前样本与预测值之间的差异，将这个差异值编码为二进制。
如果差异值较小，需要更少的比特表示，从而实现了对冗余信息的压缩。
3. 解码：在解码端，使用相同的预测算法对已编码的差异值进行解码，得到重建的样本值。
DPCM的变种包括Adaptive DPCM（ADPCM），其中预测器的参数可以根据信号的动态范围进行调整，以提高压缩性能。
虽然DPCM在一些应用中能够有效地进行信号压缩，但也存在一些局限性，特别是在信号中存在大量高频成分或者快速变化的情况下。
在这种情况下，其他更复杂的压缩算法，如基于变换的压缩（如JPEG和MP3），可能更为适用。
当使用Differential Pulse Code Modulation（DPCM）算法进行数据压缩时，具体的步骤可以更详细地描述如下：1. 初始化：需要一个起始样本值作为预测的起点。
这个值可以是前一个样本值，也可以通过其他方式选择。
2. 预测：对于每个样本，使用预测器来估计当前样本的值。
预测器通常是根据过去的样本值来计算的，可以是一个线性的、非线性的或者自适应的模型。
线性预测器的一种简单形式是使用前一个样本值作为预测值。
3. 差分编码：计算当前样本与预测值之间的差异，称为预测误差（prediction error）。
这个误差通常通过减去预测值得到，即{误差} = {当前样本} - {预测值}这个误差值可能是正值也可能是负值。
编码原理PCMADPCM获奖课件
29
其他语音编码措施
• 线性预测声码器（LPC－10，LPC－10e） 数据速率为2.4kb/s。
• 多脉冲鼓励线性预测编码器（MPE－LPC） 数据速率为10kb/s左右。
• 规则脉冲鼓励线性预测编码器（RPE－ LTP被定位GSM原则，速率为13kb/s ）
• 码鼓励线性预测编码器（CELP），数据速 率在4.8－16kb/s之间
30
音 频 编 码 算 法 和 原 则 一 览
31
XIDIAN
• 合成质量：80％－90％旳可懂度，听起来 象机器讲话，失去了讲话者旳特征
9
话音编译码器旳分类
• 波形编译码器（waveform coder）：不利用生成 话音旳信号旳任何知识，将话音视为一种一般 旳声音，直接对波形信号进行采样和量化。例 如PCM、DPCM、ADPCM等。
• 音源编译码器（Source coder）：也叫参数编译 码器、声码器（vocoder）。它从话音波形信号 中提取话音生成模型旳参数，使用这些参数经 过话音生成模型重构出话音。
• 气流、声门能够等效为一种鼓励源，声道 能够等效为一种时变滤波器（共振峰）。
• 话音信号具有很强旳有关性（长久有关、 短期有关）。
3
话音旳分类
• 浊音（voiced sounds）：声道打开，声带在先 打开后关闭，气流经过使声带要发生张驰振动， 变为准周期振动气流。浊音旳鼓励源被等效为 准周期旳脉冲信号。
差分脉冲编码调制
差分脉冲编码调制一、概述差分脉冲编码调制（DPCM）是一种数字信号处理技术，用于将模拟信号或数字信号转换为数字脉冲序列。
它的基本原理是对输入信号进行预测并将预测误差编码为脉冲序列，从而实现信号的压缩和传输。
二、DPCM的工作原理1. 信号预测DPCM的第一步是对输入信号进行预测。
这个预测可以使用不同的算法，如线性预测、最小均方误差（MMSE）预测等。
在线性预测中，我们假设输入信号是由前面几个样本的线性组合得到的。
我们使用这些样本来计算一个线性系数，并将其应用于下一个样本以进行预测。
最小均方误差（MMSE）预测则尝试找到最小化平均误差的系数。
2. 预测误差编码在完成信号预测后，我们可以计算出当前样本与其预测值之间的误差。
这个误差就是所谓的“残差”或“残余”。
接下来，我们需要将这个残余量编码为数字脉冲序列。
最简单和最常见的方法是使用Delta Modulation（DM）。
在DM中，我们只考虑残差的符号，然后将其编码为1或0。
如果残差为正，则输出1；否则输出0。
3. 编码器和解码器DPCM系统由编码器和解码器两部分组成。
编码器将输入信号转换为数字脉冲序列，并将其发送到解码器进行恢复。
解码器使用相同的算法来预测信号，并计算出残差。
然后，它使用编码器发送的数字脉冲序列来重建原始信号。
三、DPCM的应用DPCM被广泛应用于音频和视频压缩、图像压缩、数据传输等领域。
例如，在音频压缩中，DPCM可以大大减少原始音频信号的数据量，从而降低存储和传输成本。
在视频压缩中，DPCM可以与其他技术（如运动估计）结合使用，以进一步提高压缩效率。
四、优点和缺点1. 优点（1）简单易实现：DPCM算法不需要太多的计算资源和存储空间。
（2）压缩效率高：通过预测信号并编码预测误差，可以大大减少数据量。
（3）抗噪声能力强：由于预测误差只是信号的一小部分，因此DPCM 对噪声有很强的鲁棒性。
2. 缺点（1）误差传播：由于预测误差会被编码并传输，因此如果一个样本的预测值出现错误，它将会影响所有后续样本的编码。
使用自适应差分脉冲编码调制(ADPCM)
中华人民共和国通信行业标准使用自适应差分脉冲编码调制(ADPCM)和数字话音插空(DSI)的数字电路信增设备Digital circuit multiplication equipmentusing ADPCM and DSIYD／T 1018—1999前言本标准是根据国际电信联盟电信标准化部门(ITU-T)建议G.763(1998)，并结合我国具体情况制订的，在技术内容上与G.763一致。
本标准的附录A是标准的附录。
本标准由邮电部电信科学研究规划院提出并归口。
本标准由邮电部第五研究所负责起草。
本标准主要起草人：戚家和1 范围本标准规定数字电路信增设备(DCME)和数字电路信增系统(DCMS)的技术要求。
本标准适用于设备的设计参考，而不限制具体功能如何实现。
2 引用标准下列标准包含的条文，通过在本标准中引用而构成为本标准的条文。
本标准出版时，所示版本均为有效。
所有标准都会被修订，使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。
GB／T 7611—87 脉冲编码调制通信系统网路数字接口参数ITU—T建议 G.763(1998)使用ADPCM(建议G.726)和数字话音插空的电路倍增设备ITU—T建议 G.703(1O/98)系列数字接口的物理／电气特性ITU—T建议 G.7704(10/98)用于1544kbit/s、6312kbit/s、2048kbit/s、8488kbit/s 和44736kbit/s速率系列级的同步帧结构ITU—T建议 G.726(12/90)40、32、24、16kbit/s自适应差分脉冲编码调制(ADPCM) ITU—T建议 G.766(11／96)数字电路倍增设备的传真解调／再调制ITU—T建议 Q.50(03/93)电路倍增设备(CME)和国际交换中心(ISC)之间的信令ITU—T建议 Q.764(03／93)ISDN用户部分信令程序ITU—T建议 G.711(11/88)话音频率的脉冲编码调制(PCM)ITU—T建议 G.763的附件A(10/98)；DCME发送／接收单元结构的例子和SDL图ITU—T建议 G.763的附录I(10/98)：附加要求ITU—T建议 G.763的补充1(10/98)：DCME的应用指导和系统能力的估算3 定义3.1 数字电路倍增设备(DCME)把64kbit/s PCM编码的输入中继信道集中在较少数量的传输信道上的一类通用设备。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
4
X
差分脉冲编码调制DPCM的定义(--Differential Pulse Code Modulation )
利用信源的相关性，对相邻样值的差值而不是样值本身进行编码， 就是差分脉冲编码调制 DPCM。
.s4
.....
s0
d0
t 样值信号与差值信号
6
由差值恢复样值
s0=d0
s1=d1+s0=d1+d0
s2=d2+s1= d2+d1 +d0
s3=d3+s2 =d3+d2 +d1 +d0
s4=d4+s3 =d4+ d3+d2 +d1 +d0
.....
n
sn=dn+sn-1 =dn+ dn-1+... +d1 +d0=
di
i0
d1. d.2
..
d3 d4
t
X
sn － dn sn-1
延迟T
d'
量化 n
s'
n+
sn=dn+sn-1
dn序列 ＋
sn序列
sn-1 T延迟
差分编码差值/样值转换示意
7
X
DPCM与PCM的比较
相同点：都是用二进制代码去表示模拟信号的编码方式。
区别： 在PCM中，代码表示样值本身的大小，所需码位数较多，从而 导致编译码设备复杂；信号带宽大。 在DPCM中，它对相邻样值的差值进行编码，代码表示相邻样值 的相对大小，与样值本身的大小无关。使编码位数显著减少，信号 带宽大大压缩。
8
X
DPCM系统原理
将“语音信号抽样值与预测样值的差”做量化编码。 实现差分编码的方法：根据前面的p个样值预测当前时刻的样值。
9
X
DPCM系统 原理图
m(t) 抽样器
eqk
mk —
量化
m'k
预测器
编码器
编码
pok +
~
mk
译码 p'ok
+
~'
预测器的设计
预测器的设计是DPCM系统设计的核心内容。预测器输出与输入关系
2
X
语音压缩编码技术
以较低的速率获得高质量编码，一直是语音编码追求的目标。 64kb/s的A律或μ律PCM信号占用频带要比模拟通信系统中的一个 标准话路带宽（3.1 kHz）宽很多倍，这样，对于大容量的长途传输 系统，尤其是卫星通信，采用PCM的经济性能变差。
语音压缩编码技术： 通常把话路速率低于64kb/s的语音编码方法，称为语音压缩编码技术。
优点： 由于相邻样值的差值比样值小，可以用较少的比特数表示差值。这 样，用差值编码可以在量化台阶不变的情况下(即量化噪声不变)， 使编码位数显著减少，信号带宽大大压缩。
5
X
差值信号同样可以表示信号
由样值求差值
d0=s0
信
d1=s1-s0
差
号
d2=s2-s1
值
d3=s3-s2
d4=s4-s3
s1. s2. s3. .
用自适应预测取代固定预测。指预测器系数｛ai｝可以随信号的统 计特性而自适应调整,提高了预测信号的精度,从而得到高预测增益。
通过这两点改进,可大大提高输出信噪比和编码动态范围,可在32kb/s的比特率上
达到64kb/s的PCM数字电话质量。ADPCM已成为长途传输中一种新型的国际通
用的语音编码方法。
第八章 模拟信号的数字传输
8.1 概述 8.2 抽样定理及脉冲振幅调制PAM 8.3 模拟信号的量化 8.4 脉冲编码调制PCM 8.5 差分脉冲编码调制DPCM 8.6 增量调制△M 8.7 时分多路复用
X
8.5 差分脉冲编码调制DPCM 语音压缩编码技术 差分脉冲编码调制DPCM的定义 DPCM与PCM的比较 DPCM系统原理 预测器的设计 自适应差分脉冲编码调制(ADPCM) DPCM与增量调制 DPCM系统的LabVIEW仿真
：
p：预测器的阶数，
｛ai｝的确定是预测器的设计的核心内容：
当ai＝１时，预测值是前p个样值的平均； 当ai≠１时，预测值是前p个样值的加权平均； 当采用自适应算法求ai时，ai能随信号的变化实时调整，此时的 DPCM就是ＡDPCM。
当ai＝１且p＝１时，预测器就是一个延时器，用前一个样值代替
14
X
DPCM与增量调制
增量调制--简称ΔM或DM (Delta Modulation)： 是用一位二进制码来表示相邻样值的差值。从而反映出抽样时
刻波形的变化趋势。 增量调制可以看成是DPCM的一个重要特例。 DPCM用N位二进制码元的来表示相邻样值的差值; N=1时的DPCM就是ΔM。 ΔM的目的在于进一步简化语音编码方法。
通
延迟T
最简单的DPCM系统 (b)译码原理框图
13
X
自适应差分脉冲编码调制(ADPCM)--Adaptive Differential Pulse Code Modulation
是在DPCM的基础上发展起来的,是语音压缩中复杂度较高的一种编码 方法，主要特点:
用自适应量化取代固定量化;指量化台阶随信号的变化而变化,使量 化误差减小；
15
X
DPCM系统的LabVIEW仿真
16
X
17
X
11 预测值－－最简单的DPCM系统；
X
语音信号
sn
抽样
－ dn sn-1
延迟T
d'
量化
n
s' n
+
编码 cn
sn:当前抽样值 sn-1:用来代替预测值的一个样值 dn:预测值与当前样值的差值信号
sn=dn+sn-1
最简单的DPCM系统 (a)编码原理框图
12
X
cn
d' n
解
s' n
+
低
码
sn-1
DPCM即是其中一种。
3
X
PCM的冗余
在PCM中，每个波形样值都独立编码，与其他样值无关，这样， 样值的整个幅值进行编码需要较多位数，比特率较高，造成数字 化的信号带宽大大增加。
然而，大多数以奈奎斯特或更高速率抽样的信源信号在相邻抽 样间表现出很强的相关性，有很大的冗余度(Redundancy)。