通信原理：第七章 信源和信源編碼

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1、1第七章 信源和信源編碼（模擬信號(hào)的數(shù)字化傳輸）2信息源調(diào)制器信道解調(diào)器受信者噪聲源模擬通信系統(tǒng)模型 不利于保密通信 不易于大規(guī)模集成 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：抗干擾能力差 3信源信源 編碼信道差錯(cuò) 控制編碼器數(shù)字調(diào)制數(shù)字通信系統(tǒng)框圖數(shù)字通信系統(tǒng)框圖信道信宿信源 譯碼信道差錯(cuò) 控制譯碼器數(shù)字解調(diào)4數(shù)字通信的特點(diǎn) 傳輸差錯(cuò)可以控制，改善傳輸質(zhì)量。便于使用現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)進(jìn)行處理。易于加密、可靠性高。易于綜合傳遞各種消息，增強(qiáng)功能。抗干擾能力強(qiáng)，可以再生，消除噪聲積累。57.9 連續(xù)信源的限失真編碼信源調(diào)制器信道解調(diào)器信宿發(fā)送端接收端模擬隨模擬隨機(jī)序列機(jī)序列數(shù)字隨數(shù)字隨機(jī)序列機(jī)序列模擬隨模擬隨機(jī)序列機(jī)序列

2、數(shù)字隨數(shù)字隨機(jī)序列機(jī)序列數(shù)字通信系統(tǒng)模擬信源抽樣抽樣量化量化編碼編碼譯碼和譯碼和LPF67.9.1 數(shù)字化基本原理抽樣、量化、編碼模擬信號(hào)的數(shù)字傳輸78抽樣：抽樣：量化：量化：編碼：編碼：97.9.2 采樣1、取樣定理（1）低通信號(hào)低通信號(hào)取樣定理時(shí)域頻域1011頻帶受限于(0,fH)Hz內(nèi)的基帶模擬信號(hào)x(t)，若用Ts1/(2fH)秒的間隔對(duì)它進(jìn)行等間隔（均勻）抽樣，則x(t)將被所得到的抽樣值完全確定。低通信號(hào)低通信號(hào)取樣定理12存在混疊存在混疊13恢復(fù)信號(hào)恢復(fù)信號(hào)頻域低通濾波器時(shí)域1415fH-fH能否降低抽能否降低抽樣頻率？樣頻率？受限于（2）帶通信號(hào)帶通信號(hào)取樣定理16定理定理：連

3、續(xù)帶通信號(hào)受限于 ，帶寬為 ，且有最低不失真取樣頻率 為17最高頻率為帶寬地整數(shù)倍最高頻率為帶寬地整數(shù)倍k18取最低頻率使帶寬取樣速率19207.9.3 標(biāo)量量化在值域上離散化引入失真引入失真抽樣：抽樣：量化：量化：編碼：編碼：21（4）非均勻量化，對(duì)數(shù)量化（3）最佳量化（2）均勻量化（1）標(biāo)量量化原理（最佳）限失真編碼在限定失真條件下所需的比特?cái)?shù)最少的編碼22抽樣量化數(shù)字?jǐn)?shù)字模擬模擬1、標(biāo)量量化原理、標(biāo)量量化原理一維標(biāo)量量化 多維矢量量化 均勻量化非均勻量化逐個(gè)樣值獨(dú)立地進(jìn)行量化 23標(biāo)量量化標(biāo)量量化：第k個(gè)量化區(qū)間起始值第k個(gè)量化區(qū)間終點(diǎn)值量化間隔：量化器模擬輸入量化值24分層電平分層電平

4、分層電平量化電平量化電平量化電平量化數(shù)M25量化信噪比量化輸出信號(hào)平均功率 量化誤差隨機(jī)變量量化噪聲方差平均功率262 2、均勻量化、均勻量化（線性量化）（線性量化）信號(hào)取值量化范圍(-V,+V)內(nèi)，等間隔量化。量化間隔 量化電平 最大量化誤差 當(dāng)輸入信號(hào)超過(guò)量化器的量化范圍(-V,+V)時(shí)稱為量化過(guò)載量化過(guò)載，其量化噪聲稱為過(guò)載噪聲過(guò)載噪聲信號(hào)均勻分布最佳量化電平27例7.9.1：設(shè)一M個(gè)量化電平的均勻量化器，輸出信號(hào)在區(qū)間(-V,+V)具有均勻概率密度函數(shù) 試求該量化器輸出端的量化信噪比均勻量化間隔最佳量化電平 信號(hào)功率：28噪聲功率：信噪比：信噪比與M平方成正比與平方成正比M根據(jù)量化信噪

5、比的要求選取293、最佳量化、最佳量化在信源概率密度p(x)大的區(qū)域選擇小小量化間隔p(x)小的區(qū)域選擇大大量化間隔使量化噪聲功率 最小。給定輸入信號(hào) ，M，求 及使量化噪聲功率 最小。分層電平量化電平304、對(duì)數(shù)量化器、對(duì)數(shù)量化器 量化間隔不相等實(shí)現(xiàn)方法：對(duì)輸入量化器的信號(hào)x先進(jìn)行壓縮處理，再把壓縮的信號(hào)y進(jìn)行均勻量化。非線性壓縮均勻量化編碼譯碼非線性擴(kuò)張發(fā)送端接收端31目的：擴(kuò)大量化器的動(dòng)態(tài)范圍32律對(duì)數(shù)壓擴(kuò)特性壓擴(kuò)系數(shù)33 歐洲、中國(guó)采用A律對(duì)數(shù)壓擴(kuò)(A=87.6)（A律壓縮特性曲線是以原點(diǎn)奇對(duì)稱的，只畫正向部分）A律對(duì)數(shù)壓擴(kuò)343513折線法逼近(A=87.56)36樣值脈沖極性樣值脈

6、沖極性格雷二進(jìn)制格雷二進(jìn)制自然二進(jìn)碼自然二進(jìn)碼折疊二進(jìn)碼折疊二進(jìn)碼量化級(jí)序號(hào)量化級(jí)序號(hào)正極性部分正極性部分10001001101110101110111111011100111111101101110010111010100110001111111011011100101110101001100015141312111098負(fù)極性部分負(fù)極性部分01000101011101100010001100010000 01110110010101000011001000010000 00000001001000110100010101100111 76543210編碼極性絕對(duì)值37樣值脈樣值脈沖極性沖極

7、性折疊二進(jìn)碼折疊二進(jìn)碼量化級(jí)序號(hào)量化級(jí)序號(hào)正極性正極性1111111011011100101110101001100015141312111098負(fù)極性負(fù)極性00000001001000110100010101100111 765432108位二進(jìn)制編碼正負(fù)的8個(gè)段落分成816=128不均勻的量化級(jí)383913折線法逼近(A=87.56)40例7.9.2：某A律13折線PCM編碼器的設(shè)計(jì)輸入范圍是-6,6V。若抽樣脈沖幅度 。設(shè)輸入信號(hào)歸一后的量化器的最小量化間隔 為2個(gè)量化單位，1個(gè)量化單位為1/4096，量化器的最大分層電平為4096個(gè)量化單位。（1）求編碼器的輸出碼組（2）求解碼器輸出的

8、量化電平值，并計(jì)算量化誤差；（3）寫出對(duì)應(yīng)于對(duì)數(shù)PCM碼碼組的線性PCM的13位碼組。41解：相當(dāng)于-0.44096=-1638.4個(gè)量化單位根據(jù)CCITT G.711建議A律13折線PCM編碼為01101001（1）第7段第6段11015681632101042（2）輸出量化電平為-1632個(gè)量化單位量化誤差：-1632-(-1638.4)=6.4個(gè)量化單位（3）線性13位PCM編碼（折疊碼）001100110000043例：在30/32路PCM數(shù)字電話時(shí)分復(fù)用系統(tǒng)抽樣間隔：每個(gè)抽樣值采用A律13折線編碼8位碼時(shí)分復(fù)用系統(tǒng)中傳送的是信號(hào)抽樣值。時(shí)分復(fù)用系統(tǒng)中傳送的是信號(hào)抽樣值。時(shí)分復(fù)用時(shí)分復(fù)用在通信系統(tǒng)中傳送的是量化編碼。在通信系統(tǒng)中傳送的是量化編碼。