通信原理PPT lecture11

e (n) 0 -1 0 -1 0 19 17 13 5 -3 1 -1 0 -1 0 -1
c (n) 1 0 1 0 1 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0
δ (n) 1 -1 1 -1 1 2 4 8 8 -4 2 -1 1 -1 1 -1
语音压缩编码技术
低于64kb/s数码率的语音编码技术 差分脉码调制(DPCM) 自适应差分脉码调制(ADPCM) 子带编码(SBC) 矢量量化编码(VQ)
i 1
p
图像压缩编码
图像信号 模/数 变换 压缩编码
预测变换 函数变换
差分脉冲编码调制(DPCM)
s(t) 抽样 ss(t) 减法器 e(t) 量化 eq(t) 编码 解码 eq(t) 积分器 se(t) LPF s’(t)
fm se(t)
积分器
DPC M 系统原理框图
差分脉码调制：对调制信号相邻采样值的 差值进行量化并编成码组
差分脉冲编码调制(DPCM)
发送端：差值信号e(t)=ss(t)-se(t)，量化后得 到的eq(t)一方面送入编码器，另一方面送入 本地解码器产生斜变信号se(t) 接收端：先经过PCM解码恢复eq(t)，在经 过积分器和LPF即恢复出模拟信号s’(t)
k
f1(t)
s s 2
{ f (kT ) (t kT ) f
1

( kTs Ti ) ( t kTs Ti ) f N ( kTs NTi ) ( t kTs NTi )
时分多路PCM系统
PCM30/32路（A律压扩特性） PCM24路（μ律压扩特性）
R N 1 a1opt R N 2 a2 opt R 0 a Nopt R N 1 R N 2 R 0
e(t)的最小周期大致为Ts，其单边功率谱在 (0,fs)内近似均匀分布 2 V
Wnq ( f )
2 V
3
经截至频率fm的LPF，输出量化噪声功率为 2 V f m
N qo Wnq ( f ) f m 3 fs
3 fs
△M系统的量化信噪比
输入调制信号
△M系统的带宽
码元间隔 Tb=Ts 最小信道带宽
1 1 1 fc fb f s 2Tb 2 2
增量调制与PCM系统性能比较
采样率和带宽
s0 N qo
量化信噪比
频率响应
PCM △M
误码率要求
系统设备
fb
Lecture 11 DM性能、时分复用和压缩编码
ΔM抗噪声性能 时分复用(TDM) 语音和图像的压缩编码
DPCM抗噪声性能
ADPCM—自适应预测
ADPCM—自适应预测
输入 x[n]
z-1
x[n-1]
z
-1
x[n-2] a2
…
x[n-N+1]
z-1
x[n-N] aN 预测 ˆ [n] x
a1
aN-1
∑
…
∑
∑
ADPCM—自适应预测
2 N 2 E e n E x n ak x n k i 1
ˆ n a k xn k ˆ n 预测信号x ；预测误差en xn x
i 1 2 N 2 E e n E xn a k xn k i 1
N
E e 2 n a i
0, i 1, 2 N
DPCM抗噪声性能
抗噪声性能：PCM部分+ ΔM部分 DPCM系统最大输出量化信噪比
2 Som 3 f s3 n 2 2 2 1 n N qo 8 f a f m


Βιβλιοθήκη Baidu
DPCM总量化误差
( t ) s ( t ) s ( t )
se ( t ) e( t ) se ( t ) eq ( t ) e ( t ) eq ( t )
例
已知自适应ΔM调制器的瞬时量阶为δ(n)
K ( n 1 ) ( n ) 1 K ( n 1 ) 设 x e ( 0 ) 0 .5 求输出码字。 若c ( n ) c ( n 1 ) ， 若c ( n ) c ( n 1 )
0 .5 0 n 5 x( n ) , 19.5 5 n 15
其中K=2,δ(0)=1,δmax=10,δmin=1，并且假定e(n)=0， c(n)=1，ΔV(n)=δ(n)；而当δ(n-1)递归得到δ(n)不在 1≤δ(n) ≤10范围内时，δ(n)=|δ(n-1)|。
例
e( n ) s( n ) se ( n ) x ( n ) xe ( n ) e( n ) 0 , c( n ) 1; xe ( n ) xe ( n - 1) ( n - 1) e( n ) 0 , c( n ) 0; xe ( n ) xe ( n - 1) ( n - 1) ( n ) 2 ( n 1 ), c( n ) c( n 1 ) 1 ( n ) ( n 1 ), c( n ) c( n 1 ) 2
x(kTs)
缓存器 编码器 解码器
y(kT s)
电平估 计器
ADPCM—自适应量化
AQB
x(kTs)
编码器 解码器
y(kT s)
电平估 计器
电平估 计器
语音和图像的压缩编码 无损压缩 有损压缩 CD和MP3
语音压缩编码
基音周期
语音生成模型
周期信号源 清音 Vn 随机噪声源 浊音 × 滤波器 xn
s( t ) Amax cos t Amax cos 2f a t
Som
输出功率
V 2 f s2 1 2 1 V f s Amax 2 2 2f a 8 2 f a2
2
最大输出量化信噪比
2 2 Som V f s N qo 8 2 f a2 3 3 V 2 f m 3 fs fs 2 2 0.04 2 3 fs 8 f a f m fa fm
Lecture 11
DM性能、时分复用和压缩编码
Lecture 11 DM性能、时分复用和压缩编码
ΔM抗噪声性能 时分复用(TDM) 语音和图像的压缩编码
△M系统的量化噪声
设e(t)在±ΔV范围内均匀分布，量化噪声的 平均功率 1 V 2 1 V 2 2 2 e ( t ) V e ( t ) p( e )de e ( t ) de V V
DPCM抗噪声性能
系统总的量化信噪比
s2 ( t ) s2 ( t ) e2 ( t ) SNR 2 2 2 G p SNRq (t ) e (t ) (t )
预测增益
s2 ( t ) Gp 2 e (t )
差值信号量化信噪比
e2( t ) SNRq 2 (t )
R 1 R 0 R 1 R 2 R 1 R 0 其中rxx ，Rxx R N 1 R N 2 R N
ADPCM—自适应量化
AQF
接收端
数字电话系统帧结构
30/32路基群 RBP=fs×N×n=8000×32×8=2.048Mb/s
复帧 F0 F1 F2 F14 F15
TS0 TS1
TS16
TS31
偶帧 * 0 0 1 1 0 1 1 复帧 奇帧
* 0 1 A 1 1 1 1
数字电话系统帧结构
高次群
数字电话系统帧结构
时分复用原理
TDM：利用不同时隙传送各路不同信号
第 1 路
τ
0
第 2 路 1 0 1 1 1
第 N 路 1 1 1
τ
g
Tb Ti Ts
t
时分复用原理
同步：建立收发两端相对一致的时间关系 信令 帧结构：时间分割、按某种固定方式排列 的信号
时分复用原理
f2(t) f3(t)
和信号 f ( t )
声道滤波器 H Z
G 1 i Z i
i 1 p
G
输出序列 x n i x n k G v n
i 1
p
语音压缩编码
线性预测编码(LPC)声码器
ˆ n ai xn i 预测值x
i 1 p
ˆ n xn ai xn i 预测误差 en xn x
f1(t) f2(t)
LPF1 LPF2 时 分 开 关 多路 PAM 信号 量化 编码 信号码组 PCM 信号
压 缩
合成
信 道
fN(t)
LPFN
时 钟
同步
fs 发送端
时分多路PCM系统
LPF1 再 生 解 码 量化多路 PAM 选 通 扩 张 门 LPF2
f1(t) f2(t)
同 步
LPFN
fN(t)
列表如下所示。 c(n)={10101111101010101010}
x(n) -0.5 -0.5 -0.5 -0.5 -0.5 19.5 19.5 19.5 19.5 19.5 19.5 19.5 19.5 19.5 19.5 19.5
xe(n) -0.5 0.5 -0.5 0.5 -0.5 0.5 2.5 6.5 14.5 22.5 18.5 20.5 19.5 20.5 19.5 20.5
△M系统的信号动态范围
正弦调制信号的振幅为Am 系统输出端SNR
2 m 2 max
So A 2 A 2 Am Som Am N qo N qo N qo Amax N qo Amax
2
2
信号的动态范围 ♦满足不过载条件的Amax ♦保证一定输出信噪比要求的Amin
复接器：将多个支路信号按 TDM 方式 合并成一个合路信号，由定时、码速调 整和复接单元组成。 分接器：将合路信号分解为原始的各支 路数字信号，由同步、定时、分接和支 路码速恢复单元组成。 同步/准同步
Lecture 11 DM性能、时分复用和压缩编码
ΔM抗噪声性能 时分复用(TDM) 语音和图像的压缩编码
ADPCM—自适应预测
R 1 R 0 R 1 R 0 R 2 R 1 R N 1 R N 2 R N
1 aopt Rxx rxx