数字通信原理信源编码优秀课件
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要无失真地恢复xB(t)，要求各 XBfnSf 成分在频
谱上无混叠。
一般地，有fH ＝NB＋MB，其中N为整数，0 ≤ M < 1。
2010 Copyright
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SCUT DT&P Labs
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n 平顶抽样
第三章 信源编码
抽样信号： xsf
(t)xs(t)h(t)
xs()h(t )d
x(nTS)h(tnTS) n
A, | t |
h(t) 0, 其他
抽样信号频谱：频谱的结构收到某个函数加权改变 孔径失真
X sf()X ()H ()T 1 sn X ( n s)H ()
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5、抽样定理
第三章 信源编码
n 理想抽样
抽样脉冲序列 s (t) (t kTs) k
抽样信号
S()s (ks) k
X () 2 1 X () S () 2 s X () k ( k s ) T 1 sk X ( k s )
数字通信原理信源编码
1、信源编码的基本概念
第三章 信源编码
n 信源编码的主要目的：提高传输效率；
n 信源编码的基本思想：根据信源的统计特性，去除消息中 的冗余成分；
n 信源编码的主要类别：
(1)无失真的信源编码：编码和译码是可逆的，译码后可 无失真地恢复原来的信息；
(2)限失真的信源编码：研究如何在满足失真不大于某一 值的条件下，任何获得最有效的传输效率；
（频域相乘 时域卷积）
x(t)2ffsMk x(kTs)Sa[2fM(tkTs)]
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n 自然抽样
第三章 信源编码
抽样脉冲序列： c(t) p(t nTS) n
抽样信号： xS(t)x(t)c(t)x(t) p(tnTS) n
抽样信号频谱：
连续信源：取值连续或有无限多种状态的信源：未经抽样量 化（数字化）的信号，如模拟的语音、图像和视频等。
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3、脉冲编码调制(PCM)
第三章 信源编码
n 脉冲编码调制的基本概念 将模拟信号转变为某种二进制脉冲信号的过程；
PCM主要包括抽样、量化和编码三个过程；
X s(f) 2 1 [X () C () ] A T n s in c (n 2 fs)X (f n fs )
Xs() CnX(ns) n
式中Cn是常数。
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n 自然抽样(续) 同样通过低通滤波器可恢复出原信号
第三章 信源编码
n 模拟信号 n 抽样信号 n 脉冲宽度调制(PWM) n 脉冲位置调制(PPM) n 脉冲幅度调制(PAM)
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第三章 信源编码
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5、抽样定理
第三章 信源编码
n 低通抽样定理：奈奎斯特准则－若以信号最高频率的2倍以上的 频率对信号进行抽样，从离散的抽样值可无失真地恢复原信号。
抽样：把连续时间模拟信号转换成离散时间连续幅度的抽样 信号
量化： 把离散时间连续幅度的抽样信号转换成离散时间离散 幅度的数字信号
编码：编码是将量化后的信号映射成一个特定的二进制码组
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3、脉冲编码调制(PCM) n 脉冲编码调制与解调的实现
模拟信号 输入
抽样保持
量化
第三章 信源编码
编码
PCM信号 输出
冲激脉冲
PCM信号 输入
解码
低通滤波
模拟信号 输出
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3、脉冲编码调制(PCM) n 脉冲编码调制工作原理示意图
第三章 信源编码
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4、其他脉冲调制方式
应用限失真信源编码的物理基础：人的视觉、听觉的分 辨率均有极限，超过某一门限人无法分辨其差异：
图像灰度等级：8bits，语音等级：16/24bits
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2、信源的分类
第三章 信源编码
n 信源的分类
离散信源：只有有限种符号(状态)的信源：如文字、数据、 抽样量化后的样值；
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n 理想抽样(续)
第三章 信源编码
当fS < 2fM，抽样信号发生混叠，信号产生失真的一个示例
产生新的频谱成分(虚线)
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n 理想抽样(续)
第三章 信源编码
信号重建：抽样信号 低通滤波 原信号
H()A sin(/2) /2
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n 平顶抽样(续) 抽样信号过程示意图
第三章 信源编码
平顶抽样信号的校正
MH(w)
1/H(w)
ຫໍສະໝຸດ Baidu
MS(w)
低通滤波器
M(w)
/2 sin ( / 2)
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（显然，利用低通抽样定理也可恢复带通信号，此时要求： fS ≥ 2fH）
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n 带通抽样定理（续）
第三章 信源编码
带通抽样定理的证明 带通信号经抽样后:
x S t x B tx t x B t n t nS T
抽样信号频谱：
X SfX B fX f T 1 S n X Bf nSf
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n 带通抽样定理
第三章 信源编码
设带通信号:xB(t)： 频率范围：fL -- fH，带宽：B ＝ fH－fL 若抽样频率满足：
fS
2B1
M N
其中N为小于等于fH/B的最大正整数，M = fH/B – N，则 用带通滤波器可无失真地恢复xB(t)。
利用带通抽样定理，可将fS限定在2B--4B范围内。
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n 理想抽样(续)
第三章 信源编码
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n 理想抽样(续)
第三章 信源编码
抽样信号到原信号恢复过程
当fS 2fM，无混叠现象，信号可无失真恢复
当fS < 2fM，抽样信号发生混叠，信号产生失真
谱上无混叠。
一般地，有fH ＝NB＋MB，其中N为整数，0 ≤ M < 1。
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n 平顶抽样
第三章 信源编码
抽样信号： xsf
(t)xs(t)h(t)
xs()h(t )d
x(nTS)h(tnTS) n
A, | t |
h(t) 0, 其他
抽样信号频谱：频谱的结构收到某个函数加权改变 孔径失真
X sf()X ()H ()T 1 sn X ( n s)H ()
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5、抽样定理
第三章 信源编码
n 理想抽样
抽样脉冲序列 s (t) (t kTs) k
抽样信号
S()s (ks) k
X () 2 1 X () S () 2 s X () k ( k s ) T 1 sk X ( k s )
数字通信原理信源编码
1、信源编码的基本概念
第三章 信源编码
n 信源编码的主要目的：提高传输效率；
n 信源编码的基本思想：根据信源的统计特性，去除消息中 的冗余成分；
n 信源编码的主要类别：
(1)无失真的信源编码：编码和译码是可逆的，译码后可 无失真地恢复原来的信息；
(2)限失真的信源编码：研究如何在满足失真不大于某一 值的条件下，任何获得最有效的传输效率；
（频域相乘 时域卷积）
x(t)2ffsMk x(kTs)Sa[2fM(tkTs)]
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n 自然抽样
第三章 信源编码
抽样脉冲序列： c(t) p(t nTS) n
抽样信号： xS(t)x(t)c(t)x(t) p(tnTS) n
抽样信号频谱：
连续信源：取值连续或有无限多种状态的信源：未经抽样量 化（数字化）的信号，如模拟的语音、图像和视频等。
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3、脉冲编码调制(PCM)
第三章 信源编码
n 脉冲编码调制的基本概念 将模拟信号转变为某种二进制脉冲信号的过程；
PCM主要包括抽样、量化和编码三个过程；
X s(f) 2 1 [X () C () ] A T n s in c (n 2 fs)X (f n fs )
Xs() CnX(ns) n
式中Cn是常数。
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n 自然抽样(续) 同样通过低通滤波器可恢复出原信号
第三章 信源编码
n 模拟信号 n 抽样信号 n 脉冲宽度调制(PWM) n 脉冲位置调制(PPM) n 脉冲幅度调制(PAM)
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5、抽样定理
第三章 信源编码
n 低通抽样定理：奈奎斯特准则－若以信号最高频率的2倍以上的 频率对信号进行抽样，从离散的抽样值可无失真地恢复原信号。
抽样：把连续时间模拟信号转换成离散时间连续幅度的抽样 信号
量化： 把离散时间连续幅度的抽样信号转换成离散时间离散 幅度的数字信号
编码：编码是将量化后的信号映射成一个特定的二进制码组
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3、脉冲编码调制(PCM) n 脉冲编码调制与解调的实现
模拟信号 输入
抽样保持
量化
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编码
PCM信号 输出
冲激脉冲
PCM信号 输入
解码
低通滤波
模拟信号 输出
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3、脉冲编码调制(PCM) n 脉冲编码调制工作原理示意图
第三章 信源编码
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4、其他脉冲调制方式
应用限失真信源编码的物理基础：人的视觉、听觉的分 辨率均有极限，超过某一门限人无法分辨其差异：
图像灰度等级：8bits，语音等级：16/24bits
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2、信源的分类
第三章 信源编码
n 信源的分类
离散信源：只有有限种符号(状态)的信源：如文字、数据、 抽样量化后的样值；
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11
n 理想抽样(续)
第三章 信源编码
当fS < 2fM，抽样信号发生混叠，信号产生失真的一个示例
产生新的频谱成分(虚线)
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信号重建：抽样信号 低通滤波 原信号
H()A sin(/2) /2
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n 平顶抽样(续) 抽样信号过程示意图
第三章 信源编码
平顶抽样信号的校正
MH(w)
1/H(w)
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MS(w)
低通滤波器
M(w)
/2 sin ( / 2)
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（显然，利用低通抽样定理也可恢复带通信号，此时要求： fS ≥ 2fH）
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n 带通抽样定理（续）
第三章 信源编码
带通抽样定理的证明 带通信号经抽样后:
x S t x B tx t x B t n t nS T
抽样信号频谱：
X SfX B fX f T 1 S n X Bf nSf
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n 带通抽样定理
第三章 信源编码
设带通信号:xB(t)： 频率范围：fL -- fH，带宽：B ＝ fH－fL 若抽样频率满足：
fS
2B1
M N
其中N为小于等于fH/B的最大正整数，M = fH/B – N，则 用带通滤波器可无失真地恢复xB(t)。
利用带通抽样定理，可将fS限定在2B--4B范围内。
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n 理想抽样(续)
第三章 信源编码
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n 理想抽样(续)
第三章 信源编码
抽样信号到原信号恢复过程
当fS 2fM，无混叠现象，信号可无失真恢复
当fS < 2fM，抽样信号发生混叠，信号产生失真