第三章 移动通信信源编码

3.2.2 波形的量化
3.2.2.2 非均匀量化
一、非均匀量化特性
图 2.2 语音非均 匀量化特性
图 2.3 非均匀量化波形示意
3.2.2.2 非均匀量化（PCM方案）
三、语音非均匀量化的实现 (1) µ 律压扩 (2) A律压扩
图 2.4
图 2.5
小信号扩张，大信号压缩后
再均匀量化= 非均匀量化！
3.3 语音的波形编码
波形编码的缺点：编码速率较高，一般在16Kbps-64Kbps 之间，因而所占用的频带较宽，只适用与在有线通信中，对 于频率资源相当紧张的移动通信来说，这种编码方式不太合 适。
3.4 语音的wk.baidu.com量编码
3.4.1 参量编码原理
一、 参量描述消息的通适性 消息 文字 语音 图像 参量 汉字五笔；英语26 个字母等 元音、辅音；音调、清音、 浊音；波形参数（如基音 周期、预测系数）等 横线、竖线、角度、 灰度、边沿等
t
tn 1
tn
tn 1
xn ，xn 1 ，独立量化，数据量必然 PCM 是将各抽样值….xn 1 ， 大。由于相邻采样值之间有很强相关性，由前一采样值可以预恻 下一采样值的增量，因而无需传送采样值本身，只需传送差值。
DPCM思想
3.3.2 脉冲差分编码调制（DPCM)
DPCM的原理:DPCM不直接传送PCM数字化信号，而改为传送其采样值与预测值 （通过前面样点值经线性预测求得的）的差值，并将其量化、编码后传送， 由于经过预测和差值以后，其样值差值（误差值）的信息熵要小于直接传送 样值的信息熵，且在相同量化噪声要求的条件下，显然DPCM量化后的比特数 要小于PCM的量化比特数，从而达到压缩信源码率的作用。
3.1 信源信号压缩编码分类
波形编码：利用抽样和量化来表示音频信号的波 形，使编码后的信号与原始信号的波形尽可能一致。 以波形的保真度为主要指标。主要方法是脉冲编码 M 调制（PCM）和增量调制（ ）。 参数编码：将音频信号表示为某种数字模型的输 出，抽取必要的模型参数和激励信号的参数，并对 这些参数进行编码。主要方法是线性预测编码。 混合编码：在参数编码的基础上，引入一定的波形 编码特征。有多脉冲线性预测编码和码激励线性预 测编码以及矢量和激励线性预测编码等。
1111 1110 1101 1100 1011 1010 1001 1000 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111
3.3 语音的波形编码
3.3.2 脉冲差分编码调制（DPCM)
一、PCM的缺点-----数码率高
xn 1 xn
xn 1
xn 2
tn 2
四、A律、 µ 律的数字实现 1) 13折线 实现A律；15 折线 实现µ律！
图 2.6 13折线A律
图 2.7 15折线µ律
3.3 语音的波形编码
3.3.1 脉冲编码调制(PCM)
一、PCM标准
电平 序号 自然 二进 码 折叠 码
1) 码速率
采样频率：8KHZ；A律或µ律压扩 （我国与欧洲采用A律），码速率 64Kb/s 2）码型-----折叠码 将负半边的码翻转：

3.2.1 抽样定理
先行课己讲述，请复习教材内容！
抽样频率
fs 2 fm
f s = 8000HZ
，
fm
信号频谱中的最高频率分量。
语音频谱控制在300~3400HZ，因此选
S(t)
f s = 4000HZ，有：
Ts = 1/ f = 125 微秒 s
S (t nts )
•
抽样定理将连续 波形离散化
第三章 信源编码
信源编码:研究信源产生的消息的编码， 即数字化
信源编码、信源解码在通信系统中的位置：
概述
信源编码作用:其基本目的就是压缩信源产生的冗余信息， 以便降低传递这些不必要的信息的开销，从而来提高整个传 输链路的有效性。 对于移动通信系统而言，信源就是我们的发出的语音，那么 语音为什么存在冗余信息呢? 语音之间有上下文相关性,导致信息熵小 讲话的时间比例大约占40%，而听话的比例大约占50% 引入语音压缩编码的目的就是解除语音信源的统计关联，压 缩语音编码的码率，在保障语音质量的前提下，尽可能地降 低编码比特率，以便在有限的传输带宽内支持更多用户的语 音数据传送。
不传消息的 时间函数波 形，而传消 息参量！
a3
3.4 语音的参量编码
3.4.1 参量编码原理
二、 发声模型
鼻腔
声门 声带 口腔 鼻音 口音
可等 效为
气流通过级 联声管发音
咽腔
a1
a2
a3
ak
气流
发音模型简图： 气流通过声带、 声门，由咽腔、 口腔和鼻腔等 共同控制而发 音。
N段等长级联无损声管， 并可用如下传递函数拟合：
折叠码优点：
比特发生错误引起解码后量 化电平的平均跳变较自然二 进码小！
3）误码对语音质量的影响 精确计算困难
15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
1111 1110 1101 1100 1011 1010 1001 1000 0111 0110 0101 0100 0011 0010 0001 0000
加入平滑
预测值
量化值
3.3.3 脉冲差分编码调制（ADPCM)
ADPCM与DPCM原理是一样的，两者之间的主要差别在于ADPCM中的量化器和预测器 引入了自适应控制机制，自适应量化指量化器的量化间隔（阶距）能随信号的瞬 时值变化作自适应调整，自适应预测指预测器的预测系数能随语音瞬时变化作自 适应调整，从而提高信道的利用率，目前ADPCM技术日趋成熟，其质量与PCM已相 差无几，但是速率却节省了一半，即从PCM的64Kbps降为ADPCM的32Kbps。
•
0
Ts
t
•
0
t s1
ts2
t
3.2.2 波形的量化
波形量化步骤：1）抽样；2）将抽样值量化；3）将量化电平编为二进码。
A/D 变换器是实现波形量化的专用器件！
3.2.2.1 均匀量化
一、量化特性
图2.1 均匀量化输入-输 出分层特性曲线
二，量化噪声
量化噪声电压：
e(t ) S (t ) Q(t )
H （z ) G 1 ak z k
k 1 N
启示：噪声源通过数字滤波器 应能能合成语音！
注：参见数字语音处理
3.4 语音的参量编码