第四章 信源编码与数据压缩.pdf

BUPT Information Theory&TechnologyEducation &Research Center
北邮信息理论
与技术教研中心
第四章
信源编码与数据压缩
主讲人: 牛凯
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•本章讨论在物理层决定有效性的最主要因素:
信源编码和数据压缩技术。
•信源编码是主要利用信源的统计特性,解除信
源相关性,去掉信源冗余信息,从而达到压缩
信源输出的信息率,提高系统有效性的目的。
•第二代移动通信主要是语音业务,所以信源编
码主要指语音压缩编码。第三代移动通信中的
信源编码将不仅包含语音压缩编码,还包含各
类图像压缩编码和多媒体数据压缩等方面内
容。
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§
•在本节中,我们将讨论语音压缩编码的
基本原理与方法,以及在移动通信中的
语音编码。
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语音压缩编码大致可以分为以下三类:
•波形编码
•参量编码
•混和编码
以上三类编码,波形编码质量最高,其质量
几乎与压缩处理之前相同,可以适用于公用骨干
(固定)通信网。参量编码质量最差,不能用于骨
干通信网,而仅适合于特殊通信系统,比如军事
与保密通信系统。混和编码质量介于两者之间,
目前主要用于移动通信网。
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1. 波形编码的性能估计
利用信息论中连续(模拟)有记忆信源的信息率失真R(D)
函数理论可以分析波形编码的性能。
信息率失真R(D)为:
1(σ 221−ρ)
RD()= log
2 2 D
上式的计算结果如下表所示:
信噪比(dB) 35 32 28 25 23 20 17
R(D)(bit/样点) 4 2 1
压缩倍数K 2 4 8
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•由上述分析结果可以得到如下结论:当语音质
σ 2
量达到进入公网要求标准时,即≈ 26dB ,其K ≈
D
倍,若进一步考虑实际语音分布与主观因素的
影响(因为正态分布R(D)其压缩倍数可以进一步
增大,取 K = 4 (保守值)这时语音速率可以从未
压缩的PCM 64Kbps降至1/4速率的16Kbps。目
前已实用化的DPCM为32Kbps。
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2. 参量编码的性能估计
语音可以采用各种不同形式的参量来表达。为了分
析方便,采用最基本的参量“音素”。以英语音素为例进行
分析。英语中共有音素2178==28~2256。按照通常讲话速
率,每秒大约平均发送10个音素。由信息量计算公式,对
于等概率事件有:I = log2 N ,N为总组合数,则:
10
I12(上限)==log N=log2(256) 80bps
10
I22(下限)==log N=log2(128) 70bps
最后可计算出压缩比K为:
64Kbps
K =≈914 ~ 800倍
70 ~ 80bps
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3. 混合编码的性能估计
显然混合编码的理论压缩比是介于上述两类
编码之间,且与语音质量需求有关。若要求混合
编码偏重于个性特征,则其压缩比靠近波形编码
的压缩比值,若要求混和编码偏重于共性,则其
压缩比靠近于参量编码。
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•高质量的混合编码是移动通信中的优选方案。
•在低数据比特率、高压缩比的混合编码中,数
据