无线通信工程第06讲信源编码.ppt
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信源编码技术 PPT
实际信源是由上述最基本的单个消息信源组合而成的。 实践证明,只要满足限时、限数这类物理上可实现的基本条件, 模拟信源就可以离散化为离散消息序列信源来表达。 因此对 于实际信源的统计描述,这里仅讨论消息序列信源。 对于离散消息序列信源,也可以采用类似于对上述单个消息信 源的描述方法。假设消息序列信源由L个消息(符号)构成,且 消息序列中每个消息(符号)取值集合(范围)是相同的,用X表示, 则消息序列信源的取值集合可以表示为 XL=X×X×…×X (共计L个X)
∑∑
i =1 j =1
i
i
i
i
它们之间有如下关系： (1) 联合熵与条件熵的关系： H(X, Y)=H(X)+H(Y/X) =H(Y)+H(X/Y) (2) 熵与条件熵的关系： H(X)≥H(X/Y) H(Y)≥H(Y/X) 这两式又称为Shannon不等式
熵的基本性质 1.连续性 2.递减性 3.可加性 4. 对称性 5.非负性 6.极值性（最大熵值定理）
同理,可以分别定义信宿［Y, P(yj)］在Y=yi时的非平均自信 息量、 两个消息有统计关联时的条件非平均自信息量和两个 消息的联合非平均自信息量如下:
1 I [ P ( y i )] = log = − log P ( y i ) P ( yi )
1 I [ P ( y j / xi )] = log = − log P( y j / xi ) P ( y j / xi ) 1 I [ P ( xi / y j )] = log = − log P( xi / y j ) P ( xi / y j ) 1 I [ P ( xi , y j )] = log = − log P ( xi , y j ) P( xi , y j )
∑∑
i =1 j =1
i
i
i
i
它们之间有如下关系： (1) 联合熵与条件熵的关系： H(X, Y)=H(X)+H(Y/X) =H(Y)+H(X/Y) (2) 熵与条件熵的关系： H(X)≥H(X/Y) H(Y)≥H(Y/X) 这两式又称为Shannon不等式
熵的基本性质 1.连续性 2.递减性 3.可加性 4. 对称性 5.非负性 6.极值性（最大熵值定理）
同理,可以分别定义信宿［Y, P(yj)］在Y=yi时的非平均自信 息量、 两个消息有统计关联时的条件非平均自信息量和两个 消息的联合非平均自信息量如下:
1 I [ P ( y i )] = log = − log P ( y i ) P ( yi )
1 I [ P ( y j / xi )] = log = − log P( y j / xi ) P ( y j / xi ) 1 I [ P ( xi / y j )] = log = − log P( xi / y j ) P ( xi / y j ) 1 I [ P ( xi , y j )] = log = − log P ( xi , y j ) P( xi , y j )
清华大学移动通信教程第06讲-信源编码
音频编码的历史（3）
宽带语音：主要应用于会议电视，相当于调幅广播的质量
1988年CCITT制定了G.722 标准：SB-ADPCM 1996 年 左 右 ， 美 国 PictureTel 公 司 提 出 PTC － PictureTel Transform Coder 1999 年 9 月 发 布 ： “ ITU-T G.722.1 proposed for decision: 7 kHz Audio - Coding At 24 And 32kbit/s For Hands Free Operation In Systems With Low Frame Loss。”
混合编码器（80年代） 利用线性预测、VQ、A-B-S、感觉加权、后滤波等技术。 多脉冲激励线性预测（MPELP 1982 Atal、Remde） 规则脉冲激励线性预测（RPELP 1985 Deprettere、Kroon） 码本激励线性预测（CELP 1985 Manfred、Schroeder、Atal） 8~16kb/s高质量。话音质量高、编码速率低，但算法复杂。
音频编码的历史（4）
音频(Audio)：主要应用于娱乐与鉴赏，对于重建信号的音 质有很高的要求，目前采用比特率较高的波形编码技术进 行压缩。可以直接在时域进行，也可以转到频域或其他变 换域进行。 1982年激光唱盘 (CD: Compact Disk)上市。MD：MiniDisk ， 日 本 索 尼 公 司 采 用 ATRAC － Adaptive Transform Acoustic Coder压缩技术。 1987数字音频磁带录音 (DAT: Digital Audio Tape) 问 世。 DAB (Digital Audio Broadcasting) 源于欧洲。
信源编码与信道编码课件
熵编码的原理基于信息论中的熵概念，即数据中包含的信息量大小。通过计算数据 的熵值，可以确定数据的冗余程度，从而选择合适的编码方式进行压缩。
常见的熵编码算法包括哈夫曼编码和算术编码等。
算术编码原理
算术编码是一种基于概率的压缩方法，它将输入数据映射到一个实数范 围内，通过降低该实数范围来达到压缩数据的目的。
信道编码
广泛应用于通信和数据传输领域，如移动通信、卫星通信、光纤通信等。
性能指标的对比
信源编码
压缩比、解码时间、重建数据的失真程度等是其主要性能指标。
信道编码
误码率、抗干扰能力、频谱效率等是其主要性能指标。
06
信源与信道编码的未来发展
信编码的未来发展
视频编码
随着超高清视频和虚拟现实技术的普及，信源编码将更加注重视 频压缩效率，以适应更高的分辨率和帧率。
目的
提高信息传输效率和存储 空间利用率。
方法
通过去除冗余信息、减少 表示信息的比特数等方式 实现。
信源编码的分类
无损压缩
能够完全恢复原始数据的压缩方 法。
有损压缩
无法完全恢复原始数据的压缩方 法，一般用于图像、音频和视频 等多媒体数据的压缩。
信源编码的应用场景
文件压缩
用于减小文件大小，便 于存储和传输。
视频会议
对视频和音频信号进行 压缩，以减小传输带宽
和存储空间。
数字电视
对图像和声音信号进行 压缩，以减小传输带宽
和存储空间。
无线通信
对语音和数据信号进行 压缩，以减小传输带宽
和存储空间。
02
信源编码原理
熵编码原理
熵编码是一种无损数据压缩方法，它利用了数据中存在的冗余和概率分布特性，通 过编码技术去除冗余，达到压缩数据的目的。
常见的熵编码算法包括哈夫曼编码和算术编码等。
算术编码原理
算术编码是一种基于概率的压缩方法，它将输入数据映射到一个实数范 围内，通过降低该实数范围来达到压缩数据的目的。
信道编码
广泛应用于通信和数据传输领域，如移动通信、卫星通信、光纤通信等。
性能指标的对比
信源编码
压缩比、解码时间、重建数据的失真程度等是其主要性能指标。
信道编码
误码率、抗干扰能力、频谱效率等是其主要性能指标。
06
信源与信道编码的未来发展
信编码的未来发展
视频编码
随着超高清视频和虚拟现实技术的普及，信源编码将更加注重视 频压缩效率，以适应更高的分辨率和帧率。
目的
提高信息传输效率和存储 空间利用率。
方法
通过去除冗余信息、减少 表示信息的比特数等方式 实现。
信源编码的分类
无损压缩
能够完全恢复原始数据的压缩方 法。
有损压缩
无法完全恢复原始数据的压缩方 法，一般用于图像、音频和视频 等多媒体数据的压缩。
信源编码的应用场景
文件压缩
用于减小文件大小，便 于存储和传输。
视频会议
对视频和音频信号进行 压缩，以减小传输带宽
和存储空间。
数字电视
对图像和声音信号进行 压缩，以减小传输带宽
和存储空间。
无线通信
对语音和数据信号进行 压缩，以减小传输带宽
和存储空间。
02
信源编码原理
熵编码原理
熵编码是一种无损数据压缩方法，它利用了数据中存在的冗余和概率分布特性，通 过编码技术去除冗余，达到压缩数据的目的。
《信源编码》课件
（2）若抽样频率为
= 31
则有
∞
=
=−∞
∞
− = 31
=−∞
′ − 31
例题12-5
∞
= 31
′ − 31
=−∞
（3）接收网络的传输函数2()应设计为
1
2 = 1
0
此时能由()不失真地恢复 。
∞
=
=−∞
∞
− = 5
=−∞
− 5
例题12-4
其频谱图为
例题12-5
【例题12-5】已知某信号 的频谱 如题图（a）所示，将它通过传输函数为1()的滤波器（见题
图（b））后再进行理想抽样。
（1）抽样速率应为多少？
（2）若抽样速率 = 31，试画出已抽样信号()的频谱。
（3）接收网络的传输函数2()应如何设计，才能由()不失真地恢复 ？
例题12-5
解：（1） 通过1 变为 ′ ， ′ 与()相乘，所以采样的对象是 ′ 。欲求采样速率，首
先须求得 ′ 的最高频率。
可见， 通过1()后的最高频率仍为1，故抽样频率为 ≥ 21。
1
= 400时
∞
= 400
其频谱图为
=−∞
− 400
例题12-4
【例题12-4】对基带信号 = 2000 + 24000进行理想抽样，为了在接收端能不失真地从已
抽样信号()中恢复 。
（1）抽样间隔应如何பைடு நூலகம்择？
（2）若抽样间隔取为0.2，试画出已抽样信号的频谱图。
0.25
= 31
则有
∞
=
=−∞
∞
− = 31
=−∞
′ − 31
例题12-5
∞
= 31
′ − 31
=−∞
（3）接收网络的传输函数2()应设计为
1
2 = 1
0
此时能由()不失真地恢复 。
∞
=
=−∞
∞
− = 5
=−∞
− 5
例题12-4
其频谱图为
例题12-5
【例题12-5】已知某信号 的频谱 如题图（a）所示，将它通过传输函数为1()的滤波器（见题
图（b））后再进行理想抽样。
（1）抽样速率应为多少？
（2）若抽样速率 = 31，试画出已抽样信号()的频谱。
（3）接收网络的传输函数2()应如何设计，才能由()不失真地恢复 ？
例题12-5
解：（1） 通过1 变为 ′ ， ′ 与()相乘，所以采样的对象是 ′ 。欲求采样速率，首
先须求得 ′ 的最高频率。
可见， 通过1()后的最高频率仍为1，故抽样频率为 ≥ 21。
1
= 400时
∞
= 400
其频谱图为
=−∞
− 400
例题12-4
【例题12-4】对基带信号 = 2000 + 24000进行理想抽样，为了在接收端能不失真地从已
抽样信号()中恢复 。
（1）抽样间隔应如何பைடு நூலகம்择？
（2）若抽样间隔取为0.2，试画出已抽样信号的频谱图。
0.25
相关信源编码PPT课件
性无关与统计独立是完全等效的。所以，能完全解除线性相关性的信源，即
是符合统计独立的无记忆信源。
第11页/共97页
• 3.1.2
•
预测就是从已收到的符号来提取关于未收到的符号信息，从而预
测其最可能的值作为预测值；并对它与实际值之差进行编码，达到进一步压
缩码率的目的。由此可见，预测编码是利用信源的相关性来压缩码率的；对
第1页/共97页
•
由于非线性的复杂性，大部分预测器均采用线性预测函数。科尔莫戈罗
夫 (Kolmogorov) 、 维 纳 (Wiener) 、 卡 尔 曼 (Kalman) 等 人 在 20 世 纪 40 年
代对线性预测理论就作出了杰出贡献，他们建立了以最小均方量化误差为准
则的最优预测理论与方法，广泛应用于通信工程和航天航空飞行器的控制等
关于预测器输入数据的选取，是指选取何处的原始数据作为预测器的输入依
据。一般可分为开环、闭环和开环闭环两者的混合三类。开环直接从信源输
出选取待测瞬间i的前k位，即i-1，i-2，…，i-k位作为预测器的输入依据，
闭环则取误差函数的输出端反馈到预测器中的i位以前的k位作为预测器的主
要输入依据。
第9页/共97页
相减得误差值ei，再将ei量化成数字序列xi。经信道传输后变成yi序列。在
接收端将接收到的yi与在接收端形成的预测值
相加，可得恢复后
的信源序列
,同时又将
反馈到接收端线性预测器,以求得下一
u 瞬 间 的 预 测 值
^ 。由于预测误差ei的熵(或者方差)远远低于输入序列
ui的 熵 ( 或 者 差 值 ) ， 所i 以 经 预 测 后 可 以 很 大 程 度 地 提 高 压 缩 信 源 的 数 码 率 。
《信源编码》PPT课件
器的存在性，它使输出符号的信息率与信源熵之比接
近于 1 ，即：
若要实现，取无限长 L 的
信源符号进行统一编码。
精选ppt
30
例： 设离散无记忆信源概率空间为
•
信源熵：
H
(
X
)
=
-
∑
i=
p
1
(
xi
)
log
p
(
xi
)
=
2.55
bit
/
符号
对信源符号采用定长二元编码, 要求编码效率η为 90 ％
若取 L ＝ 1 ，则
• 信源熵： H ( X ) = 2 . 55 bit / 符号
要求编码效率η为 90 ％ 用二进制变长编码， m ＝ 2
精选ppt
38
例： 设离散无记忆信源概率空间为
• 信源熵： H ( X ) = 1/4 log4 +3/4 log3/4 = 0. 811 bit / 信源符号
精选ppt
存在唯一可译码
20
K1 =1 , K2 =2 , K3 =3 , K4 =3 。
注意Βιβλιοθήκη Kraft 不等式只是用来说明唯一可译码是 否存在，并不能作为唯一可译码的判据。
如码字 {0，10，010，111} 虽然满足 Kraft 不等式，
但它不是唯一可译码。
精选ppt
21
5.2 无失真信源编码
在不失真或允许失真的条件下，用
尽可能少的符号传送信源信息。
精选ppt
3
• 信道编码： – 是以提高信息传输的可靠性为目的的编码。 – 通常通过增加信源的冗余度来实现。采用的 一般方法是增大码率/带宽。
第5章-信源编码PPT课件
2将依次排列的信源符号按概率值分为两大组使两个组的概率之和近于相同并对各组赋予一个二19费诺编码3将每一大组的信源符号迚一步再分成两组使划分后的两个组的概率之和近于相同并又赋予两个组一个二迚制符号0和1
第５章 信源编码
.
1
信源编码
如果信源输出符号序列长度L=1，信源符 号集A(a1，a2，…，an)，信源概率空间为
级端点，此时，将少于mn个码字。 右图为非满树
.
12
5.1.1 码字唯一可译的条件
克劳夫特不等式（证明P133）
m元长度为ki,i=1,2,…,n的即时码存在的充分和必要条 件：各码字的长度ki应符合克劳夫特不等式
n
m－ki 1
i 1
{1，01，001，000} 惟一可译码；
{1，01，101，000} 不是惟一可译码；
行限失真编码
.
5
5.1 离散信源编码
定长码与变长码
信源 符号ai
a1 a2 a3 a4
信源符号出 现概率p(ai)
p(a1) p(a2) p(a3) p(a4)
码表 码1 码2 00 0 01 01 10 001 11 111
码可分为两类：
➢固 定 长 度 的 码 ， 码 中 所 有码字的长度都相同，如 表中的码1就是定长码。
.
25
5.1.4 哈夫曼（Huffman）编码
(3)对重排后的两个概率最小符号重复步骤(2)的过 程。
(4)不断继续上述过程，直到最后两个符号配以0和 1为止。
(5)从最后一级开始，向前返回得到各个信源符号 所对应的码元序列，即相应的码字。
.
26
5.1.4 哈夫曼（Huffman）编码（例１）
例：对以下信源进行哈夫曼编码。 P166习题5.3
第５章 信源编码
.
1
信源编码
如果信源输出符号序列长度L=1，信源符 号集A(a1，a2，…，an)，信源概率空间为
级端点，此时，将少于mn个码字。 右图为非满树
.
12
5.1.1 码字唯一可译的条件
克劳夫特不等式（证明P133）
m元长度为ki,i=1,2,…,n的即时码存在的充分和必要条 件：各码字的长度ki应符合克劳夫特不等式
n
m－ki 1
i 1
{1，01，001，000} 惟一可译码；
{1，01，101，000} 不是惟一可译码；
行限失真编码
.
5
5.1 离散信源编码
定长码与变长码
信源 符号ai
a1 a2 a3 a4
信源符号出 现概率p(ai)
p(a1) p(a2) p(a3) p(a4)
码表 码1 码2 00 0 01 01 10 001 11 111
码可分为两类：
➢固 定 长 度 的 码 ， 码 中 所 有码字的长度都相同，如 表中的码1就是定长码。
.
25
5.1.4 哈夫曼（Huffman）编码
(3)对重排后的两个概率最小符号重复步骤(2)的过 程。
(4)不断继续上述过程，直到最后两个符号配以0和 1为止。
(5)从最后一级开始，向前返回得到各个信源符号 所对应的码元序列，即相应的码字。
.
26
5.1.4 哈夫曼（Huffman）编码（例１）
例：对以下信源进行哈夫曼编码。 P166习题5.3
信源及信道编码课件
BCH码与RS码
总结词
BCH码（Bose-ChaudhuriHocquenghem码）和RS码（ReedSolomon码）是两种常用的纠错码。
VS
详细描述
BCH码是一类具有循环结构的纠错码，能 够纠正多个随机错误。RS码是一种非二 进制的、具有强纠错能力的纠错码，广泛 应用于光盘、硬盘等数据存储设备。
成压缩码字。
LZ78算法则是在LZ77的基础上 进行改进，它使用字典的方式 进行压缩，能够处理更广泛的 数据类型和格式。
LZ系列算法在实际应用中具有 较高的压缩比和较快的压缩速 度，因此在许多领域都有广泛 的应用。
04
常见信道编码技术
线性分组码
总结词
线性分组码是一种纠错码，它将信息 比特分成若干组，每组包含k个比特， 然后添加r个校验比特，形成一个长度 为n的码字。
卷积码是一种将输入信 息序列分成若干个段， 并利用有限状态自动机 进行编码的方法，它能 够在纠错能力和编码效 率之间进行折衷选择。
03
常见信源编码技术
霍夫曼编码
01
霍夫曼编码是一种无损数据压缩 算法，它利用了数据的概率分布 特性进行编码。
02
在霍夫曼编码中，频繁出现的字 符使用较短的编码，而较少出现
奇偶校验是一种简单的 错误检测方法，通过在 信息码元中添加一个校 验位，使得整个码字的 二进制数中“1”的个数 为偶数（偶校验）或奇 数（奇校验）。
循环冗余校验（CRC） 是一种利用模运算和多 项式除法进行错误检测 的方法，通过生成一个 包含冗余信息的校验码 ，使得在传输过程中出 现错误时能够被检测。
信源及信道编码课件
目录 CONTENT
• 信源编码概述 • 信道编码概述 • 常见信源编码技术 • 常见信道编码技术 • 信源与信道编码的应用场景 • 信源与信道编码的未来发展
信源编码详解
应能能合成语音！
注：参见数字语音处理
4.5 语音的参量编码
4.5.1 参量编码原理
三、 语音参量编码的可能速率 # 语音参数一般有128~256个，假设为256个，用8bit/参数 表示； 假设发音速率是10参数/秒，
Rb = 8bit/参数•10参数/秒= 80 bit/s
# 当前语音参量编码（混合）达到的速率： CDMA移动通信系统（IS-95) ：1.2Kb/s 实验室达到的速率：低于800 bit/s
4.5 语音的参量编码
4.5.2 语音参量编码的实现
一、参量空间
分析一段语音，提取一组参量：
A a1,a2,....ai....an 这组参量代表了这段语音，是一个整体，因而对参 量的处理必须是对这一整体进行处理，并把这组参 量视为n维空间的一点。
由某类消息参量组成的多维空间，称之为参量空间。
DPCM思想
4.4.2 脉冲差分编码调制（DPCM)
二、DPCM原理
xn 1
xni
xn2
xn
t
tn1 tn
t tn1
n2
假设 xn 与 xn 之前k 次采样有关，有：
k
x n
ai xni
ai 为一组系数
i 1
xn与真值 xn 之差为 en ，有：
k
k
x e x x x e n = n -
n=
预测值
加入平滑 量化值
xn xn en
实际参数：k=12，4比特 （16电平）量化差值，码速 率32Kb/s 。
图 4.4.4 DPCM 原理图
4.4.2 脉冲差分编码调制（DPCM)
四、ADPCM 编码-------DPCM的改进
信源编码技术PPT课件
二、编码方式 1、离散无记忆信源编码DMS
包括有Huffman编码和等长编码
2、脉冲编码调制和增量编码调制PCM/DM 3、线性预测编码LPC
将信源等效地视为在一个适当输入信号激励下的线性系 统输出。用线性系统的参数及伴随的输入激励信号进行编 码。
数字通信原理
2019年6月21日星期五
三、DMS编码
（3）每三个符号组合，进行等长二进制 编码；
数字通信原理
2019年6月21日星期五
2、不等长编码
即将出现概率较大的符号用位数较少的 码字代表，而出现概率较小的符号用较长 的码字代表，也称为概率匹配编码。
（1）哈夫曼编码：单义可译码，平均长度 最短的码种；
平均码长为：
L
H ( x) N p( xi ) ni H ( x) 1
（1）Huffman编码所产生的8个不等长码 字；
（2）每个符号平均二进制编码长度；
（3）信源的熵；
数字通信原理
2019年6月21日星期五
注意：
Huffman编码构造的码字不唯一； Huffman编码是变长编码，硬件实现
比较困难； 采用Huffman编码，要传送编码表，
占用传送时间； Huffman编码是变长编码，出错时难
数字通信原理
2019年6月21日星期五
4.2 抽样定理
一、抽样 模拟信号数字化的第一步是在时间上
对信号进行离散化处理，即将时间上连续 的信号处理成时间上离散的信号，这一过 程称之为抽样。
每隔一定的时间间隔T，抽取模拟信 号的一个瞬时幅度值，所形成的一串在时 间上离散的样值称为样值序列或样值信号， 或叫脉幅调制信号（PAM信号）。
i 1
ni：相应出现概率为p(xi)的符号的编码长度。
包括有Huffman编码和等长编码
2、脉冲编码调制和增量编码调制PCM/DM 3、线性预测编码LPC
将信源等效地视为在一个适当输入信号激励下的线性系 统输出。用线性系统的参数及伴随的输入激励信号进行编 码。
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三、DMS编码
（3）每三个符号组合，进行等长二进制 编码；
数字通信原理
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2、不等长编码
即将出现概率较大的符号用位数较少的 码字代表，而出现概率较小的符号用较长 的码字代表，也称为概率匹配编码。
（1）哈夫曼编码：单义可译码，平均长度 最短的码种；
平均码长为：
L
H ( x) N p( xi ) ni H ( x) 1
（1）Huffman编码所产生的8个不等长码 字；
（2）每个符号平均二进制编码长度；
（3）信源的熵；
数字通信原理
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注意：
Huffman编码构造的码字不唯一； Huffman编码是变长编码，硬件实现
比较困难； 采用Huffman编码，要传送编码表，
占用传送时间； Huffman编码是变长编码，出错时难
数字通信原理
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4.2 抽样定理
一、抽样 模拟信号数字化的第一步是在时间上
对信号进行离散化处理，即将时间上连续 的信号处理成时间上离散的信号，这一过 程称之为抽样。
每隔一定的时间间隔T，抽取模拟信 号的一个瞬时幅度值，所形成的一串在时 间上离散的样值称为样值序列或样值信号， 或叫脉幅调制信号（PAM信号）。
i 1
ni：相应出现概率为p(xi)的符号的编码长度。
信源编码ppt课件
因为 K K L H ( X ) , L log m
所以 R log m
当K达到极限值 H ( X ) 时，编码后的信息传输率 log m
HUST --- Basis for Information Theory
信源编码（主要内容）
信源编码定理
信源编码概念 香农第一定理（变长编码） 香农第三定理
信源编码方法
离散信源编码 连续信源编码* 相关信源编码* 变换编码*
1
HUST --- Basis for Information Theory
1、克拉夫特不等式
信源符号数、码符号数和码字长度之间应满 足什么条件，才能构成即时码？
定 理 设 信 源 符 号 集 X (x1, x2, xn ) ， 码 符 号 集 为 Y ( y1, y2, ym ) ， 对 信 源 进 行 编 码 ， 相 应 的 码 字 为 W (W1,W2, Wn ) ，其分别对应的码长为 k1, k2, kn ，则即时 码存在的充要条件是
HUST --- Basis for Information Theory
3、平均码长
定义 设信源
X P
p
x1
x1
x2
p x2
xn
p xn
编码后的码字分别为W1 ，W2，…，Wn，相应 的码长分别为k1，k2，…，kn。因为是唯一可
译码，信源符号xi和码字Wi一一对应，则平均 码长为
n
K = p(xi )ki
i 1
6
HUST --- Basis for Information Theory
4、信息传输率与信息传输速率
信源编码-北邮信息论课件
信源编码贺志强信源编码：将信源符号序列按一定的数学规律映射成由码符号组成的码序列的过程。
成由码符号组成的码序列的过程信源译码：根据码序列恢复信源序列的过程。
信源译码根据码序列恢复信源序列的过程无失真信源编码：即信源符号可以通过编码序列无差错地恢复。
无差错地恢复（适用于离散信源的编码）限失真信源编码：信源符号不能通过编码序列无差错地恢复。
差错地恢复（可以把差错限制在某一个限度内）信源编码的目的：提高传输有效性，即用尽可能短的码符号序列来代表信源符号。
号序列来代表信源符号无失真信源编码定理证明，如果对信源序列进行编码，当序列长度足够长时，存在无失真编码使得传送每信源符号存在无失真编码使得传送每信源符号所需的比特数接近信源的熵。
因此，采用有效的信源编码会使信息传输效率得到提高。
会使信息传输效率得到提高概述一、信源编码器二、信源编码的分类三分组码三、分组码分组码单符号信源编码器符号集符号集AA 1{,,}q a a ii c a 编为1{,,}q c c 编码器码字集合信源序列码符号集1{,}r b b分组码单符号译码器1{,,}q c c 信源序列码字集合1{,,}q a a 译码器1{,}r b b 码符号集简单信源编码器摩尔斯信源编码器将英文字母变成摩尔斯电码将摩尔斯电码变成二进码信源编码器信源编码器（1）信源符号{英文字母英文字母}}（2）二进信道码符号集点、划、字母间隔、单词间隔信道基本符号{0，1}符号点划字母间隔单词间隔电平+ -+++ ---------二进代码 1 0111000000000摩尔斯信源编码器原信源的次扩展码原信源的N N将N个信源符号编成一个码字。
相当于对原信源的N次扩展源的信源符号进行编码。
例信源X={0,1}的二次扩展源的二次扩展源X X 2的符号集为：信源X={0,1}。
对X X2编码，即为原信源编码，即为原信源X X的二{00,01,10,11}。
对{00,01,10,11}编码即为原信源X {00011011}对即为原信源次扩展码。
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信道编码定理： 如果信源速率R小于信道容量C，总可以找 到一种信道编码方法，使得信源信息可以 在有噪声信道上进行无差错传输，即： R C，无差错传输条件
说明1：信道容量C是根据仙侬定理得到的 C ＝ Wlog2(1+S/N)
说明2：为了保证无差错传输，必需采用信 道编码，因而会引入编码延时。
音频编码历史：宽带语音
主要应用于会议电视，相当于调幅广播的质量
1988年CCITT制定了G.722 标准：SB-ADPCM 1996 年 左 右 ， 美 国 PictureTel 公 司 提 出 PTC － PictureTel Transform Coder 1999 年 9 月 发 布 ： “ ITU-T G.722.1 proposed for decision: 7 kHz Audio - Coding At 24 And 32kbit/s For Hands Free Operation In Systems With Low Frame Loss。”
电子管PCM（46年，Bell实验室） 晶体管PCM（62年，市话扩容，64kb/s） 单片IC PCM（70年代，微波、卫星、光纤） 增量编码原理（46年，法De Loraine） 自适应增量 CVSD（60年代末，军用，32、16kb/s） Continuously Variable Slope Delta Modulator 连续变化斜率增量调制器 其他编码（70年代，ADPCM、SubBand、ATC、APC等）
性能指标
速率：高速率、中速率、低速率 压缩比
质量：客观评价 主观评价
延时：质量和延时的关系 不同业务对延时的要求
复杂性：算法的复杂性及软硬件实现的复杂 性
实现方法
波形编码 将波形直接变换成数字码流。特点：比特率较高、解码后质 量较高、延时较小。可以分为：时域波形编码，如PCM、 ADPCM、M等；频域波形编码，如：子带编码（SBC）、 自适应变换编码（ATC）等。
在16kb/s以上得到较好的话音质量。 特点：话音质量好，但编码速率高。
音频编码历史：数字电话（2）
参数编码 波形编码通道声码器（39年，Dudly，二次大战保密电话） LPC声码器（67年，Atal、Schroeder） 同态声码器（69年，Oppenheim） 共振峰声码器（71年，Rabiner、Schafer、Elanagan） MBE声码器（88年，Griffin、Lim） 波形插值（91年，W.B. Kleijn） 2.4kb/s、1.2kb/s、较好；600-800b/s可懂。特点：编码速率低，自然度差。 混合编码器 利用线性预测、VQ、A-B-S、感觉加权、后滤波等技术。 多脉冲激励线性预测（MPELP 1982 Atal、Remde） 规则脉冲激励线性预测（RPELP 1985 Deprettere、Kroon） 码本激励线性预测（CELP 1985 Manfred、Schroeder、Atal） 8-16kb/s，高质量。特点：话音质量高、编码速率低，但算法复杂。
音频编码
音频编码的优点
提高传输的质量 便于处理 使用灵活，便于多种媒体（视频、音频、文字、 数据）相结合应用 易于加密 适合大规模集成 可靠性高、体积功耗小 价格便宜
音频编码的应用
分类
电话语音 宽带语音
频率范围 Hz
300-3400
动态范围 48dB
采样频 率
kHz 8
50-7000 84dB
16
质量 要求
清晰度 清晰度
音频
10-20k 96dB
48 保真度 44.1 32
主要应用
数字电话 扬声器电话 ISDN会议电视
广播 音频产品 节目分配和交换 数字声广播 数字声存储 视频会议 多媒体系统 高质量电视
压缩的必要性
类型
电话语音 宽带语音 调频广播 CD 光盘 DAB/DAT
对于给定的失真率D，总可以找到一种信源 编码方法，只要信源速率R大于R(D)，就可 以在平均失真任意接近D的条件下实现波形 重建。
说明1：R(D)称为率失真函数，它是单调非 增函数，速率越高，平均失真越小。
说明2：为了保证在一定速率下的失真，必 需采用信源编码，因而会引入编码延时。
理论（续）
无线通信工程
姚彦教授 清华大学微波与数字通信国家重点实验室
2001年11月24日
第六讲 无线通信的信源编码
引言
概述
信源的原始信号绝大多数是模拟信号，因 此，信源编码的第一个任务是模拟和数字 的变换，即：A/D，D/A。
抽样率取决于原始信号的带宽： fc = 2 w，w为信号带宽
抽样点的比特数取决于经编译码后的信号 质量要求： SNR ＝ 6 L(dB)，L为量化位数
带宽 KHZ 0.3~3.4 0.05~7 0.02~15 0.01~20 0.01~20
采样率 KHZ
比特/样点
8
12
16
14
32
16
44.1512 705.6 768
音频编码历史：数字电话（1）
波形编码 PCM原理（37年，法Alec Reeres）
理论（续）
信息传输定理：
将信源编码定理和信道编码定理综合，就得 到信息传输定理。即：为保证无差错传输及 失真度，必需满足：C R(D) 说明1：在一般数字通信系统中，信源编码和 信道编码可以分开考虑。信道编码定理给出 无差错的速率上限，信源编码定理给出无失 真的速率下限。
说明2：为了实现理想性能，都要付出延时的 代价。
概述（续）
但是，由于传输信道带宽的限制，又由于 原始信源的信号具有很强的相关性，则信 源编码不是简单的A/D，D/A，而是要进行 压缩。为通信传输而进行信源编码，主要 就是压缩编码。
信源编码要考虑的因素： －发信源的统计特性。 －传输信道引入的损伤，如误码。 －受信者的质量要求。
理论
信源编码定理：
参数编码 从信源信号的某个域中提取特征参数，并变换成数字码流。 特点：比特率较低、解码后质量较低、延时较大。如：各种 声码器。
混合编码 将以上二种方法混合，特点：以较低的比特率获得较高的质 量，延时适中，复杂。如：G723.1，G728，G729，GSM的 语音编码，IS-95的语音编码等。
说明1：信道容量C是根据仙侬定理得到的 C ＝ Wlog2(1+S/N)
说明2：为了保证无差错传输，必需采用信 道编码，因而会引入编码延时。
音频编码历史：宽带语音
主要应用于会议电视，相当于调幅广播的质量
1988年CCITT制定了G.722 标准：SB-ADPCM 1996 年 左 右 ， 美 国 PictureTel 公 司 提 出 PTC － PictureTel Transform Coder 1999 年 9 月 发 布 ： “ ITU-T G.722.1 proposed for decision: 7 kHz Audio - Coding At 24 And 32kbit/s For Hands Free Operation In Systems With Low Frame Loss。”
电子管PCM（46年，Bell实验室） 晶体管PCM（62年，市话扩容，64kb/s） 单片IC PCM（70年代，微波、卫星、光纤） 增量编码原理（46年，法De Loraine） 自适应增量 CVSD（60年代末，军用，32、16kb/s） Continuously Variable Slope Delta Modulator 连续变化斜率增量调制器 其他编码（70年代，ADPCM、SubBand、ATC、APC等）
性能指标
速率：高速率、中速率、低速率 压缩比
质量：客观评价 主观评价
延时：质量和延时的关系 不同业务对延时的要求
复杂性：算法的复杂性及软硬件实现的复杂 性
实现方法
波形编码 将波形直接变换成数字码流。特点：比特率较高、解码后质 量较高、延时较小。可以分为：时域波形编码，如PCM、 ADPCM、M等；频域波形编码，如：子带编码（SBC）、 自适应变换编码（ATC）等。
在16kb/s以上得到较好的话音质量。 特点：话音质量好，但编码速率高。
音频编码历史：数字电话（2）
参数编码 波形编码通道声码器（39年，Dudly，二次大战保密电话） LPC声码器（67年，Atal、Schroeder） 同态声码器（69年，Oppenheim） 共振峰声码器（71年，Rabiner、Schafer、Elanagan） MBE声码器（88年，Griffin、Lim） 波形插值（91年，W.B. Kleijn） 2.4kb/s、1.2kb/s、较好；600-800b/s可懂。特点：编码速率低，自然度差。 混合编码器 利用线性预测、VQ、A-B-S、感觉加权、后滤波等技术。 多脉冲激励线性预测（MPELP 1982 Atal、Remde） 规则脉冲激励线性预测（RPELP 1985 Deprettere、Kroon） 码本激励线性预测（CELP 1985 Manfred、Schroeder、Atal） 8-16kb/s，高质量。特点：话音质量高、编码速率低，但算法复杂。
音频编码
音频编码的优点
提高传输的质量 便于处理 使用灵活，便于多种媒体（视频、音频、文字、 数据）相结合应用 易于加密 适合大规模集成 可靠性高、体积功耗小 价格便宜
音频编码的应用
分类
电话语音 宽带语音
频率范围 Hz
300-3400
动态范围 48dB
采样频 率
kHz 8
50-7000 84dB
16
质量 要求
清晰度 清晰度
音频
10-20k 96dB
48 保真度 44.1 32
主要应用
数字电话 扬声器电话 ISDN会议电视
广播 音频产品 节目分配和交换 数字声广播 数字声存储 视频会议 多媒体系统 高质量电视
压缩的必要性
类型
电话语音 宽带语音 调频广播 CD 光盘 DAB/DAT
对于给定的失真率D，总可以找到一种信源 编码方法，只要信源速率R大于R(D)，就可 以在平均失真任意接近D的条件下实现波形 重建。
说明1：R(D)称为率失真函数，它是单调非 增函数，速率越高，平均失真越小。
说明2：为了保证在一定速率下的失真，必 需采用信源编码，因而会引入编码延时。
理论（续）
无线通信工程
姚彦教授 清华大学微波与数字通信国家重点实验室
2001年11月24日
第六讲 无线通信的信源编码
引言
概述
信源的原始信号绝大多数是模拟信号，因 此，信源编码的第一个任务是模拟和数字 的变换，即：A/D，D/A。
抽样率取决于原始信号的带宽： fc = 2 w，w为信号带宽
抽样点的比特数取决于经编译码后的信号 质量要求： SNR ＝ 6 L(dB)，L为量化位数
带宽 KHZ 0.3~3.4 0.05~7 0.02~15 0.01~20 0.01~20
采样率 KHZ
比特/样点
8
12
16
14
32
16
44.1512 705.6 768
音频编码历史：数字电话（1）
波形编码 PCM原理（37年，法Alec Reeres）
理论（续）
信息传输定理：
将信源编码定理和信道编码定理综合，就得 到信息传输定理。即：为保证无差错传输及 失真度，必需满足：C R(D) 说明1：在一般数字通信系统中，信源编码和 信道编码可以分开考虑。信道编码定理给出 无差错的速率上限，信源编码定理给出无失 真的速率下限。
说明2：为了实现理想性能，都要付出延时的 代价。
概述（续）
但是，由于传输信道带宽的限制，又由于 原始信源的信号具有很强的相关性，则信 源编码不是简单的A/D，D/A，而是要进行 压缩。为通信传输而进行信源编码，主要 就是压缩编码。
信源编码要考虑的因素： －发信源的统计特性。 －传输信道引入的损伤，如误码。 －受信者的质量要求。
理论
信源编码定理：
参数编码 从信源信号的某个域中提取特征参数，并变换成数字码流。 特点：比特率较低、解码后质量较低、延时较大。如：各种 声码器。
混合编码 将以上二种方法混合，特点：以较低的比特率获得较高的质 量，延时适中，复杂。如：G723.1，G728，G729，GSM的 语音编码，IS-95的语音编码等。