语音和图像信号中存在着大量冗余,信源编码就是用压缩技术去除这些冗余,来提高通信的有效性,而预测是其中常用的手段之一。
由于语音信号的相邻样值之间存在幅度的相关性,因此,在发送端进行编码时,可以根据前面时刻的样值预测当前时刻的样值
(n),而只传送样值x(n)和预测值
(n)之差(称作预测误差)d(n)=x(n)-
(n),不必传送样值x(n)本身;在接收端,根据前面时刻的样值预测当前时刻的样值
(n),再加上收到的当前时刻样值的预测误差d(n),即得到当前时刻的重建样值
(n)=
(n)+d(n)。这种方法称为预测编码。
因为预测误差序列代表了原来样值序列中的有效信息,因此压缩了原样值序列的冗余,其表现就是预测误差序列的幅度远小于原样值,这样就可以采用较少的量化电平数,从而大大压缩传码率。图8.5.1和图8.5.2给出了差分脉冲编码和解码系统的原理框图。
图8.5.1 差分脉冲编码器框图
图8.5.2 差分脉冲解码器框图
在图8.5.1和图8.5.2差分脉冲编、解码器中,x(n)是输入样值,
(n)是重建样值,
(n)是预测样值,d(n)是预测误差,
(n)是预测误差的量化输出,c(n)是对量化后预测误差
(n)的编码。P(Z)是预测器的传递函数,Q[·]是量化器。
编码器和解码器中的预测器是完全一样的,因此在没有传输误码时,它们的输出一样,为
(n)。
由图8.5.1和图8.5.2可得:预测误差
重建样值为(www.xing528.com)
所以由差分脉冲编码调制DPCM产生的总量化误差e(n)为输入信号x(n)与解码器输出重建信号
(n)之差,即
可见,差分脉冲编码调制DPCM总的量化误差e(n)只和差值信号的量化误差有关。
设原始信号序列为
式中,x(n)是序列的当前样值,x(n-1)是x(n)前一个样值。如选择前N个样值来预测当前的x(n),则预测值
(n)为
式中,hj(j=1,2,…,N)是预测器的预测系数,或称为加权系数;N是预测阶数。由式(8.5.4)可知,预测值是前N个样值的线性组合。
差分脉冲编码调制原理如图8.5.3所示。
图8.5.3 差分脉冲编码调制原理示意图
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