第三講語音信號數(shù)字化及信源編碼

現(xiàn)代通信原理

2010.9~2011.1主要內(nèi)容抽樣技術(shù)量化技術(shù)

PCM編碼原理增量調(diào)制原理信源壓縮編碼第三講語音信號數(shù)字化及信源編碼抽樣的基本定理和方法是什么？量化的性能衡量標(biāo)準(zhǔn)是什么？最佳量化的設(shè)計方法是什么？為什么要采用非均勻量化？PCM系統(tǒng)的完整過程是什么？增量調(diào)制的基本原理是什么？信源編碼的主要目的是什么？研究對象研究對象在數(shù)字通信系統(tǒng)中的位置以語音信號的數(shù)字化過程為例著重介紹，基本原理可適用于其他模擬信源的數(shù)字化PCM基本原理脈沖編碼調(diào)制數(shù)字通信中的基本問題之一預(yù)濾波——限制原始語音頻帶抽樣——時間離散化量化——幅度離散化編碼——量化信號形成傳輸碼組復(fù)習(xí)低通抽樣定理一個頻帶限制在內(nèi)的連續(xù)信號，如果抽樣頻率大于或等于，則可以由抽樣序列無失真地重建恢復(fù)原始信號數(shù)學(xué)描述抽樣信號：抽樣信號的頻譜：低通抽樣頻譜不混疊！原始信號的重建濾波得到原始信號頻譜：重建信號的時域表達式：低通抽樣低通抽樣定理帶來的啟示抽樣信號的頻譜是原始信號頻譜的復(fù)制和搬移只要頻譜不發(fā)生混疊，就可以無失真恢復(fù)原始信號帶通信號的抽樣帶通抽樣-fH-fLfLfH-fL+kfs-fH+(k+1)fs帶通信號的抽樣保證頻譜不混疊的條件帶通抽樣帶通抽樣帶通抽樣定理對于帶通信號，抽樣頻率應(yīng)滿足下列關(guān)系式：

其中，N為不超過的最大正整數(shù)帶通抽樣定理給出了帶通信號抽樣的最低頻率帶通信號最低抽樣頻率在2B~4B之間除最低抽樣頻率外，仍可能有小于2倍最高頻率的其他抽樣頻率當(dāng)最高頻率是帶寬的整數(shù)倍時，最低抽樣頻率總為2B自然抽樣抽樣脈沖為任意形狀脈沖表達式抽樣脈沖序列：抽樣序列：抽樣信號頻譜：實際抽樣頻譜形狀不變，幅度乘以系數(shù)實際抽樣平頂抽樣－抽樣保持每個抽樣脈沖頂部不隨信號變化——抽樣保持電路實現(xiàn)可以等價為理想抽樣后再經(jīng)過一個沖激響應(yīng)為矩形的網(wǎng)絡(luò)來形成表達式平頂抽樣理想抽樣序列：平頂抽樣序列：平頂抽樣序列頻譜：平頂抽樣在頻譜上引入孔徑失真，在收端必須進行頻率補償，抵消失真。補償濾波器的傳遞函數(shù)為使輸出最大，取實際抽樣在數(shù)字化過程中，抽樣沒有引起失真！標(biāo)量量化

稱為分層電平或判決閾值。通常把稱為量化間隔。可采用量化特性曲線描述量化器輸出與輸入的關(guān)系。連續(xù)幅值無限數(shù)集合到離散幅值有限數(shù)集合的映射標(biāo)量量化標(biāo)量量化噪聲量化引入的失真－量化誤差量化噪聲的度量量化器設(shè)計的任務(wù)最佳量化器：在給定輸入信號概率密與量化電平數(shù)L的條件下，求出一組分層電平值與量化電平值使均方誤差最小標(biāo)量量化噪聲在數(shù)字化過程中，量化引入了失真，需要把這種失真最小化！矢量量化輸入是一個連續(xù)幅值的隨機矢量輸出是離散幅度的矢量，稱為碼本或重建碼本，L為碼本尺度把N維隨機矢量空間分為L個子空間，每個子空間對應(yīng)一個碼本矢量矢量量化的失真度量最佳矢量量化量化矢量選擇：總平均失真最?。菏噶苛炕噶苛炕c標(biāo)量量化的比較矢量量化是把量化矢量（碼字）分別存儲在編碼和譯碼兩端的碼書中，而信道中傳輸?shù)牟皇橇炕噶勘旧?，而是碼字的編號在相同的失真條件下，矢量量化所需要的速率比標(biāo)量量化低得多，其編碼效率更高在相同的速率下，矢量量化的失真比標(biāo)量量化的失真明顯的小矢量量化的復(fù)雜度隨維數(shù)成指數(shù)增長，其復(fù)雜度比標(biāo)量量化高矢量量化的應(yīng)用低速率語音壓縮編碼提取的語音參數(shù)進行聯(lián)合矢量量化，降低語音編碼速率困難在于碼本的設(shè)計及碼本的快速搜索圖像壓縮編碼矢量量化與標(biāo)量量化的比較量化噪聲量化器設(shè)計的約束條件信號的概率分布量化電平數(shù)量化器設(shè)計的優(yōu)化目標(biāo)最小化均方誤差量化器設(shè)計的可控變量分層電平量化電平最佳量化最佳量化器的分層電平與量化電平與信號的概率密度函數(shù)有關(guān)，與量化電平數(shù)有關(guān)！沒有統(tǒng)一的量化電平分割方法，這給工程實現(xiàn)帶來很大的困難！如何解決這個問題？——近似！分層電平

物理意義：分層電平在相鄰重建電平的中點重建電平 物理意義：重建電平在分層電平的質(zhì)心

最佳量化器的求解求解方法：迭代！最佳量化器的求解

討論特殊情況L>>1時，相鄰分層電平間隔區(qū)的概率密度可認(rèn)為是常數(shù)物理意義：最佳量化電平正好在分層電平的中點最佳量化器的量化噪聲不過載噪聲V為量化器最大量化電平思考題：此時量化有什么特征？最佳量化器的求解最佳量化器的量化噪聲過載噪聲總量化噪聲量化信噪比量化信噪比是衡量量化器噪聲的重要指標(biāo)！是數(shù)字傳輸系統(tǒng)的整體噪聲的組成部分之一！均勻量化在量化范圍內(nèi)，量化間隔相等不過載量化噪聲——引用L>>1時量化噪聲的結(jié)論，且噪聲獨立均勻量化量化噪聲與信號統(tǒng)計特性無關(guān)！只有在信號均勻分布條件下，均勻量化器才是嚴(yán)格意義上的最佳量化器！量化信噪比一般表達式量化比特數(shù)規(guī)一化有效值dB表示式正弦信號的均勻量化均勻量化情況下，量化比特數(shù)增加一位，量化信噪比增加6dB！6dB語音信號的概率密度分布拉普拉斯分布隨機信號，必定存在過載噪聲語音信號功率量化信噪比過載噪聲很小過載噪聲很大語音信號的均勻量化語音信號的均勻量化關(guān)于D的討論動態(tài)范圍：滿足量化信噪比輸出要求的輸入信號功率的變化范圍對量化的要求最大的量化電平應(yīng)盡可能參照最大的信號設(shè)定量化信噪比在最小信號下也應(yīng)滿足要求均勻量化器不過載量化噪聲與信號分布無關(guān)，是一個固定值，因此在小信號時量化信噪比會很低，從而影響動態(tài)范圍關(guān)于量化比特數(shù)的討論均勻量化的比特數(shù)與量化信噪比的關(guān)系是確定——6dB/比特語音動態(tài)范圍可達（40－50）dB，高質(zhì)量電話（長途電話）的SNR至少應(yīng)大于25dB以上。如果采用均勻量化，為了滿足在50dB的范圍內(nèi)的SNR大于25dB的要求，必須采用n=12位的均勻量化器通信帶寬要求：12×8K＝96Kbps，帶寬要求大于48KHz

要尋求其他的量化方法，降低帶寬需求！非均勻量化概念量化間隔不相等對于語音信號而言，采用均勻量化是不合理的，小信號出現(xiàn)概率大，對噪聲功率的貢獻也大，為了使SNR提高，應(yīng)當(dāng)減小小信號時的量化間隔。為此，應(yīng)采用非均勻量化，小信號時量化“細”，大信號時量化“粗”。即采用“瞬時壓擴”的概念，以改善信噪比非均勻量化采用壓擴特性的量化噪聲原始信號經(jīng)過壓縮特性變化后進行均勻量化最佳非均勻量化求解壓擴特性，使量化信噪比最大化最佳非均勻量化的求解

利用拉格朗日乘子法，求得均勻分布的最佳壓縮特性語音信號最佳壓縮特性最佳非均勻量化語音信號的最佳壓縮特性提供的動態(tài)范圍太小，不能滿足要求！采用理想的對數(shù)壓擴函數(shù)時量化器輸出的信噪比與輸入信號無關(guān)，但具有放大小信號、壓縮大信號的作用，可用于工程應(yīng)用！對數(shù)壓擴非均勻量化對數(shù)壓擴特性下的量化信噪比A律對數(shù)壓縮特性量化壓縮特性小信號段，信噪比增加了24dB（20lg16=24）律對數(shù)壓縮特性量化壓縮特性小信號段，信噪比增加了33.5dBA律壓縮特性的數(shù)字化實現(xiàn)折線近似－13折線段規(guī)一化信號幅度在正區(qū)間分成不均勻8個區(qū)間區(qū)間長度以2倍遞增A律13折線段近似壓縮量化思考：為什么？編碼量化電平變?yōu)槎M制碼組常用二進制碼組編碼編碼對信噪比的影響信道傳輸過程中產(chǎn)生誤碼在信號恢復(fù)過程中產(chǎn)生失真，即噪聲常用FBC語音信號的小信號出現(xiàn)概率大小信號時FBC產(chǎn)生的解碼誤差要小解碼輸出的總噪聲為量化噪聲與信道傳輸誤碼噪聲之和！傳輸誤碼對信噪比的影響（均勻量化、NBC碼）誤碼導(dǎo)致均方誤差為考慮低誤碼率情況，此時僅考慮出現(xiàn)每個碼組出現(xiàn)一個誤碼若采用自然碼，且量化電平等該出現(xiàn)，第k位出錯產(chǎn)生的誤差為接收端信噪比編碼SNR下降3dB的誤比特率是衡量指標(biāo)！A律編碼表＋1250的編解碼編碼①＋1250＞0

M1＝1

決定極性碼②＋1250＞256

M2＝1 ③＋1250＞1024

M3＝1

決定段落碼④1250＜2048

M4＝0

⑤1024＋512＞1250

M5＝0

⑥1024＋256＞1250

M6＝0

決定電平碼⑦1024＋128＜1250

M7＝1

⑧1024＋128＋64＜1250M8＝1

解碼1024＋128＋64＋32＝1248A律編解碼舉例最佳量化：重建電平在分層電平的中點！模擬語音信號頻帶在10Hz－20kHz，主要集中在低頻段預(yù)濾波截取語音信號頻譜最豐富的區(qū)域300Hz－3400Hz抽樣低通抽樣，8KHz抽樣率量化A律或u律折線近似對數(shù)壓縮量化，8比特8KHz×8bit＝64Kbps編解碼折線近似編碼表，最佳量化特性解碼波形重建消除孔徑失真，采用補償濾波器PCM增量調(diào)制增量調(diào)制的特點實現(xiàn)簡單，碼率低在比特率低時，增量調(diào)制的量化信噪比高于PCM增量調(diào)制的抗噪聲能力強，能工作于較高誤比特率信道廣泛應(yīng)用于軍事通信、衛(wèi)星通信等

基本原理 對信號變化趨勢編碼！編碼器

——輸入信號抽樣值

——本地譯碼信號的重建抽樣值（接收端重建樣值）

——差值信號

——差值信號的量化結(jié)果

——單bit數(shù)碼表示Q[]數(shù)碼形成Z-1C(n)S(n)e(n)-+Sl(n)增量調(diào)制的編解碼對信號下一時刻值進行預(yù)測，然后對實際值與預(yù)測值的差值進行編碼！解碼器

工作原理考慮理想的無誤碼信道解碼實際編碼譯碼器常用簡單RC積分器和比較器來實現(xiàn)延時和量化,實現(xiàn)非常簡單!增量調(diào)制的編解碼解碼器就是編碼的預(yù)測部分！滿載情況信號幅度以很大斜率上升時，可能出現(xiàn)差值一直為正的情況，出現(xiàn)連續(xù)的1輸出信號幅度以很大斜率下降時，可能出現(xiàn)差值一直為負的情況，出現(xiàn)連續(xù)的0輸出過載情況即使用連續(xù)的1或者0，也跟不上實際信號變化的情況臨界過載條件增量調(diào)制的工作條件分析出現(xiàn)過載，則會導(dǎo)致量化信噪比大幅下降！考慮單頻信號其斜率為最大斜率為臨界過載（滿載）條件對于給定的重建電平，增大采樣頻率可以提高臨界過載頻率對于給定的采樣頻率，增大重建電平可以提高臨界過載頻率增大重建電平和采樣頻率的代價是什么增大采樣頻率會導(dǎo)致信源速率的提升增大重建電平會導(dǎo)致量化噪聲的增加信源速率和量化噪聲之間存在某種折中增量調(diào)制的工作條件分析增量調(diào)制的量化噪聲量化誤差均方誤差

設(shè)量化噪聲功率譜在范圍內(nèi)均勻分布，收端濾波器帶寬輸出量化噪聲在臨界過載條件下的最大量化信噪比 誤碼引起的噪聲解碼結(jié)果的累積和表示若在n時刻發(fā)生誤碼，則則產(chǎn)生誤碼相當(dāng)于疊加噪聲功率假設(shè)濾波器帶寬內(nèi)功率譜是平的，則其功率譜密度RC積分電路增量調(diào)制的抗誤碼能力回顧臨界過載時的單頻信號功率存在誤碼時，增量調(diào)制的最大信噪比考慮工程實例若信噪比下降3dB對于增量調(diào)制的抗誤碼能力增量調(diào)制的抗噪聲能力遠高于PCM！增量調(diào)制的改進數(shù)字壓擴自適應(yīng)增量調(diào)制－CVSD利用斜率的不可突變性當(dāng)連續(xù)出現(xiàn)“1”或“0”，即可認(rèn)為信號有出現(xiàn)過載的可能，從而增大Δ當(dāng)信號的斜率不會發(fā)生突變時，這一反饋過程可以使其本地譯碼信號跟上變化增量總和調(diào)制低頻信號能夠容忍較小的重建電平抑制高頻分量可以減小過載的可能性PCM與簡單增量調(diào)制的比較抽樣頻率PCM系統(tǒng)的抽樣頻率8K增量調(diào)制系統(tǒng)的抽樣頻率不能根據(jù)抽樣定理來確定，而需要根據(jù)斜率過載條件以及信噪比來確定，一般情況下，為保證不發(fā)生斜率過載以及保證與PCM系統(tǒng)有相同的信噪比，增量調(diào)制的抽樣頻率將遠高于PCM系統(tǒng)帶寬PCM碼速率64Kbit/s，帶寬需求32K如要求與PCM有相同的傳輸質(zhì)量，則增量調(diào)制要求抽樣頻率100K以上，帶寬要求50K增量調(diào)制一般速率為32Kbit/s或16Kbit/s，但質(zhì)量不如PCM

量化信噪比（比較單頻正弦情況）抗信道誤碼性能：

優(yōu)于PCMPCM與簡單增量調(diào)制的比較DPCM產(chǎn)生的原因降低語音編碼速率的必要性模擬單邊帶多路載波電話的帶寬4K，而PCM的帶寬的理論值為32K在頻帶受限的應(yīng)用場合經(jīng)濟性太低，如衛(wèi)星通信、移動通信等PCM占用高帶寬的原因分析為滿足語音信號的高動態(tài)范圍而采用了多位的量化對每個采樣點都進行量化，沒有考慮語音信號的前后相關(guān)性增量調(diào)制對差值信號只進行一位編碼，量化的精度不夠，量化信噪比低，但其思想可以借鑒預(yù)測編碼的概念相鄰樣點之間可能只有一個量化間隔或少數(shù)個量化間隔的差別，PCM傳送的信息存在冗余在編碼前就去掉相關(guān)性很強的冗余，然后再進行編碼傳送預(yù)測編碼：根據(jù)過去的信號樣值預(yù)測下一個樣值，并且把預(yù)測值與現(xiàn)實的采樣值之差進行量化加以編碼和傳送在接收端，經(jīng)過相同的預(yù)測和濾波，即可得到原始信號波形預(yù)測編碼DPCM基本原理原理框圖數(shù)學(xué)描述DPCM性能一般總是大于1，稱為DPCM處理增益，其值主要取決于預(yù)測的效果由于量化的是樣值與預(yù)測值的差值信號，因此動態(tài)范圍可以減小，同時也可有效減小量化誤差，從而使DPCM在較低的編碼率下獲得較高的信噪比質(zhì)量需要研究的問題是：如何設(shè)計預(yù)測器獲得更好的SNR零點預(yù)測器極點預(yù)測器最佳預(yù)測器DPCM的量化信噪比增益極點預(yù)測器N階預(yù)測器的輸出是前N個預(yù)測值的線性組合DPCM的預(yù)測器設(shè)計零點預(yù)測器M階預(yù)測器的輸出是前M個量化值的線性組合DPCM的預(yù)測器設(shè)計DPCM的預(yù)測器設(shè)計零極點預(yù)測器把零點預(yù)測器和極點預(yù)測器組合在一起，即構(gòu)成零極點預(yù)測器最佳預(yù)測器確定一組最佳預(yù)測系數(shù)，使得最小在全極點模型下，并忽略量化誤差最終輸出的信噪比與預(yù)測階數(shù)有關(guān)DPCM的預(yù)測器設(shè)計ADPCM采用自適應(yīng)的必要性由于不同的講話人的語音信號的特性各不相同語音信號只能認(rèn)為是短時平穩(wěn)采用固定的預(yù)測系數(shù)不可能對所有的語音信號獲得最好的結(jié)果，因此有必要采取自適應(yīng)的算法ADPCM的設(shè)計思路盡可能消除語音信號中的冗余對消除冗余后的信號進行有效的比特分配，從自適應(yīng)角度進行最佳編碼自適應(yīng)的方法自適應(yīng)量化自適應(yīng)預(yù)測自適應(yīng)預(yù)測前向估值的自適應(yīng)預(yù)測利用未量化的采樣信號提取預(yù)測信息，有編碼延時及邊信息傳輸?shù)葐栴}后向估值的自適應(yīng)預(yù)測利用已量化的樣本或發(fā)送數(shù)據(jù)更新預(yù)測系數(shù)ADPCM自適應(yīng)預(yù)測自適應(yīng)量化針對被量化信號的變化狀態(tài)，隨時調(diào)節(jié)量化臺階大小以匹配輸入信號的時變方差前向估值的自適應(yīng)量化對輸入信號尚未量化的樣本計算出其前向估值大小需要緩存訓(xùn)練的樣本，并傳送相關(guān)的邊信息，因此引入了編碼延時和占用了一定的信道容量后向估值的自適應(yīng)量化利用量化器的輸出樣本計算輸出信號的方差估值并確定量化臺階沒有延時，但影響估值的追蹤速度ADPCM自適應(yīng)量化語音信號數(shù)字化的研究思路信源編碼信源編碼的目的減少信源輸出符號序列的冗余度，提高符號的平均信息量信源編碼的思想針對信源輸出的符號序列的統(tǒng)計特性，尋找一定的方法把信源輸出序列符號變換為最短的碼字序列，使每個碼元所攜帶的平均信息量為最大，同時又盡可能保證無失真的恢復(fù)出原來的符號序列信源編碼的核心就是研究壓縮編碼算法，用盡可能低的傳輸碼率獲得盡可能好的質(zhì)量信源編碼的目的：壓縮冗余，提高帶寬利用效率！信源編碼是現(xiàn)代數(shù)字通信的重要組成部分！信源編碼的主要方法匹配編碼根據(jù)編碼對象出現(xiàn)的概率分配不同長度的代碼，以保證總的代碼長度最短需要知道信號的概率分布，可采用數(shù)學(xué)模型建模的方式或根據(jù)大量樣本信號進行統(tǒng)計得到典型編碼算法：Huffman編碼預(yù)測編碼利用信號之間的相關(guān)性，預(yù)測未來的信號，對預(yù)測的殘差信號進行編碼變換編碼利用信號在不同的函數(shù)空間分布的不同，選擇合適的函數(shù)將信號從一種信號空間變換到另一種有利于壓縮編碼的信號空間，再進行編碼常用的函數(shù)變換：DFT、Walsh、DCT、Haar識別編碼分解文字、語音、圖象的基本特征，與匯集這些基本特征的樣本集進行對照識別，選擇失真最小的樣本編碼傳送可用于印刷、打印等標(biāo)準(zhǔn)形狀的文字、符號和數(shù)據(jù)的編碼信源編碼信源編碼算法信源編碼定理一個熵為H的信源，當(dāng)信源速率為R時，只要R>H，則能夠以任意小的錯誤概率進行編碼；反之，如果R<H，則無論采用多么復(fù)雜的編碼器和譯碼器，錯誤概率都不可能達到任意小Shannon在1948年證明了該定理，但并沒有指出具體的編解碼算法信源編碼失真度量編碼失真原始信號x經(jīng)過編碼以及解碼后恢復(fù)成x’，失真量即為x與x’之間的保真度或近似度的度量常用的失真度量：漢明失真、均方誤差等以一定的、可以接受的失真換取較高的信源壓縮效率信源編碼語音與圖像壓縮編碼類型帶寬KHZ采樣率KHZ比特/樣點比特率kb/s電話語音0.3～3.48864寬帶語音0.05～71614224調(diào)頻廣播0.02～153216512CD光盤0.01～2044.116705.6DAB/DAT0.01～204816768常用語音信號的編碼速率類型格式分辨率幀頻HZ比特/像素比特率Mb/s電視電話QCIF176×14429.97129.1會議電視CIF352×28829.971236.4常規(guī)電視ITU-R601720×5762516165.9HDTVITU-R7091920×11522516884.7語音與圖像壓縮編碼常用圖像信號的編碼速率圖像壓縮編碼圖像壓縮編碼的必要性圖像的數(shù)據(jù)量巨大，一般必須進行壓縮編碼圖像壓縮編碼的依據(jù)圖像信號在結(jié)構(gòu)和統(tǒng)計上存在大量的冗余度結(jié)構(gòu)冗余度：空間和時間上的強相關(guān)性統(tǒng)計冗余度：被編碼信號概率分布的不均勻基于人眼的視覺特性人眼對某些失真較不敏感，察覺不到圖像的某些細微變化圖像壓縮編碼的評價壓縮效率：壓縮前后編碼速率的比值壓縮質(zhì)量：恢復(fù)圖像的質(zhì)量編碼算法的復(fù)雜度編解碼延時圖像編碼采取的主要技術(shù)措施利用離散余弦變換，去除各象素點在空間域的相關(guān)性通過幀間預(yù)測差分編碼，去除活動圖像的時間相關(guān)性采用熵編碼技術(shù)，使編碼域信源的概率模型相匹配利用人眼的視覺特性，進行自適應(yīng)量化編碼通過緩沖存儲器實現(xiàn)變長碼輸入與定長碼輸出之間的匹配圖像壓縮編碼方法圖像壓縮編碼舉例Huffman編碼基本思想對出現(xiàn)概率較大的信源符號編以較短的代碼，對出現(xiàn)概率較小的信源符號編以較長的代碼JPEG、H.261、MPEG-1、MPEG-2中對量化后的DCT系數(shù)進行Huffman編碼編碼算法

初始化，根據(jù)符號概率的大小按由大到小順序?qū)Ψ栠M行排序；把概率最小的兩個符號組成一個節(jié)點；重復(fù)步驟2，形成一棵“樹”；從根節(jié)點開始到相應(yīng)于每個符號的“樹葉”，從上到下標(biāo)上“0”(上枝)或者“1”(下枝)，至于哪個為“1”哪個為“0”則無關(guān)緊要，最后的結(jié)果僅僅是分配的代碼不同，而代碼的平均長度是相同的；從根節(jié)點開始順著樹枝到每個葉子分別寫出每個符號的代碼編碼特點霍夫曼碼的碼長雖然是可變的，但卻不需要另外附加同步代碼。如果事先編寫出一本解釋各種代碼意義的“詞典”，即碼簿，那么就可以根據(jù)碼簿一個碼一個碼地依次進行譯碼?；舴蚵a沒有錯誤保護功能，如果碼串中有錯誤，哪怕是1位出現(xiàn)錯誤，會出現(xiàn)錯誤傳播(errorpropagation)。霍夫曼碼是可變長度碼，因此很難隨意查找或調(diào)用壓縮文件中間的內(nèi)容，然后再譯碼，這就需要在存儲代碼之前加以考慮圖像壓縮編碼舉例預(yù)測變換編碼利用圖像信號的空間和時間冗余特性，用已知的相鄰象素或圖像塊預(yù)測當(dāng)前象素值，再對預(yù)測誤差進行量化、編碼和傳輸幀內(nèi)預(yù)測編碼，在一幀圖像內(nèi)進行預(yù)測，消除圖像在空間的相關(guān)性幀間預(yù)測編碼，在多幅圖像之間進行預(yù)測，消除圖像在時間域上的相關(guān)性關(guān)鍵在于預(yù)測算法的選取游程長度編碼編碼對象為信源符號在信息流中連續(xù)出現(xiàn)的長度，根據(jù)其出現(xiàn)概率的不同編成不同長度的碼字常用于文件傳真系統(tǒng)中圖像壓縮編碼舉例StandardOrganizationVideoCodingStandardTypicalRangeofBitRatesTypicalApplicationsITU-TH.261P*64kbits/sISDNVideoConferencingITU-TH.263,H.263+,H.263++WiderangePSTNVideoPhoneITU-TH.26L<64kbits/sWiderangeISO11172-2MPEG-1Video1.5Mbits/sCD-ROMISO13818-2MPEG-2Video4-80Mbits/sSDTV,HDTVISO14496-2MPEG-4VideoWiderangeWiderangeJVT(ITU-T,ISO)H.264WiderangeWiderange中國標(biāo)準(zhǔn)AVSWiderangeWiderange圖像壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)語音壓縮編碼語音編碼的基本問題給定編碼速率的條件下，如何獲得更高質(zhì)量的重建語音給定重建語音質(zhì)量的條件下，如何降低編碼速率基本依據(jù)利用語音信號本身的冗余度以及人耳的聽覺特性主要指標(biāo)語音編碼質(zhì)量編碼速率編碼算法的復(fù)雜度編解碼的延時語音壓縮編碼算法語音編碼器波形編碼器參量編碼器頻域時域非差分子帶編碼自適應(yīng)變換域編碼差分PCMDPCMM連續(xù)可變斜率MADPCMAPC線性預(yù)測編碼信道聲碼器共振峰聲碼器倒頻譜聲碼器語音激勵聲碼器多脈沖激勵LPC碼本激勵LPC矢量和激勵LPC混合編碼器波形編碼力圖使重建語音信號保持原始語音波形語音信號作為一般信號進行處理適應(yīng)能力強，重建語音質(zhì)量好編碼速率較高，一般應(yīng)用于64－16K速率參量編碼（聲碼器）通過對語音信號特征參數(shù)的提取及編碼，力圖使語音信號有盡可能高的可懂度，保持語音的語意重建語音信號的波形與原始語音信號的波形可能有相當(dāng)大的差別往往利用某種語音生成的模型，在幅度譜上逼近原始語音合成語音的自然度不好，抗背景噪聲的能力比較差混合編碼結(jié)合聲碼器的特點，同時又利用波形編碼器的特點提取語音參數(shù)，優(yōu)化激勵信號使其達到與原始語音的波形匹配中速率語音編碼4.8－16K，應(yīng)用于蜂窩移動通信、衛(wèi)星通信、軍用通信低速率語音編碼100bit/s-4.8Kbit/s語音壓縮編碼分類語音編碼的標(biāo)準(zhǔn)G.711PCM(64kbps)G.721ADPCM(32kbps)G.7227kHz帶寬64kbps速率內(nèi)的音頻編碼G.723.16.3k/5.6k雙速率多媒體語音編碼G.72816kbps語音編碼LD-CELPG.7298kbps多媒體語音編碼線形預(yù)測編碼LPC的原理原理：模型化人類語音信號產(chǎn)生的機制，提取模型參數(shù)，并且只傳輸模型的參數(shù)。語音信號的產(chǎn)生模型：語音的產(chǎn)生，聲帶和聲道不同語音產(chǎn)生的原因：聲音激勵源和聲道不