1、第6章現(xiàn)代通信原理的自適應差分脈沖編碼，第6章自適應差分脈沖編碼，2。單元概述，差分脈沖編碼調制使用二進制代碼組來量化和編碼信號的差值。這里，所謂的“差”也稱為“差”，即信號的當前采樣值和預測值之間的差。ADPCM的關鍵是“預測”，它可以用較小的碼組進行編碼，獲得接近于PCM的量化信噪比?！邦A測”越準確，“差異”就越小，這樣就可以用更少的數(shù)字量化，并且量化噪聲也更小。第六章是自適應差分脈沖編碼。單元學習大綱，差分脈沖編碼調制原理和框圖，差分信號、預測信號和重構信號的含義，以及差分脈沖編碼調制的編碼增益；線性預測原理、極點預測和零點預測的基本概念和物理意義；自適應預測和自適應量化的基本概念和物理

2、意義。第6章，自適應差分脈沖編碼，4，6.1概述，8位脈沖編碼調制，用于語音傳輸，速度為64K，需要32K帶寬，主要用于有線傳輸。在無線通信中，特別是在移動通信中，帶寬資源非常寶貴，并且通常要求信號具有較低的速率以減少傳輸帶寬。數(shù)字圖像的速度一般為96M，占用帶寬為48M，因此有必要重新設計源編碼形式，以降低速度或數(shù)據(jù)量，便于傳輸和存儲。這就產生了壓縮的問題。第六章自適應差分脈沖編碼，5。語音壓縮編碼技術：比特率低于64kb/s的語音編碼技術：差分脈沖編碼調制(DPCM)，自適應差分脈沖編碼調制(ADPCM)，子帶編碼(SBC)，矢量量化編碼(VQ)，第6章，自適應差分脈沖編碼，6，62 DP

3、CM的基本原理，任何信號，無論是語音還是圖像，都將通過直接采樣-量化-編碼進行編碼，并找到代碼。由于相關性的存在，在傳輸?shù)臄?shù)據(jù)中有大量的信息不需要傳輸，這就是所謂的冗余。DPCM通過預測和差分編碼減少冗余，達到數(shù)據(jù)壓縮的目的。第6章自適應差分脈沖編碼，7。什么是預測？知道信號在某個時間之前的表現(xiàn)，我們就可以推斷出它之后的值。具體到信號的采樣過程，我們可以通過前面的樣本預測下一個樣本。在第6章，自適應差分脈沖編碼，8。如果存在以1/Ts的速率采樣的信號s(t)，那么在時間t=nTs時，我們可以掌握之前的n個樣本序列：根據(jù)前n個樣本預測s(nTs)，其被定義為：-s(NTs)的預測值。人工智能-D

4、PCM的基本原理，DPCM系統(tǒng)的原理框圖，第6章自適應差分脈沖編碼，11。差分脈碼調制：量化并傳輸采樣值和預測值之間的差異。接收器將接收到的差值和恢復的預測值相加，得到采樣值。因為僅傳輸具有小動態(tài)范圍的差異，所以編碼的代碼組不需要太長。在DPCM，通常使用4位。第6章自適應差分脈沖編碼，12。發(fā)送端：差分信號d(k)=s(k)-se(k)，量化后的dq(k)發(fā)送給編碼器和本地解碼器，生成斜坡信號se(k)。在接收端，dq(k)由PCM解碼恢復，模擬信號sr(k)由積分器和LPF恢復。第6章自適應差分脈沖編碼，13。DPCM系統(tǒng)的總誤差只與差分信號的量化誤差有關。第6章自適應差分脈沖編碼，14。

5、系統(tǒng)的總量化信噪比等于預測增益和差分量化信噪比的乘積。第6章自適應差分脈沖編碼，15。預測增益，差分信號量化信噪比。DPCM研究了如何最大化這兩個參數(shù)，并提出了自適應差分量化編碼的思想。在第6章，自適應差分脈沖編碼，16，線性預測網絡可以分為兩種類型：極點預測器和零點預測器。1.極點預測器，第6章，自適應差分脈沖編碼，17，讓傳輸系統(tǒng)預測量化器傳遞函數(shù)為D(Z)，其中ai是一組預測系數(shù)。第6章自適應差分脈沖編碼，第18章接收系統(tǒng)的重構濾波器傳遞函數(shù)H(Z)，它被稱為全極點預測器，因為重構濾波器傳遞函數(shù)只有極點而沒有零點，第6章自適應差分脈沖編碼，第19章，第6章自適應差分脈沖編碼，第20，2章

6、零預測器，第6章自適應差分脈沖編碼，第21章，預測信號：重構信號是：第6章自適應差分脈沖編碼，22。重構濾波器的傳遞函數(shù)只有零點，沒有極點，稱為全零預測器。第6章自適應差分脈沖編碼，23，3，極坐標零預測器，第6章自適應差分脈沖編碼，24，從發(fā)送端到接收端，傳遞函數(shù)，有零點和極點，稱為極坐標零預測器，第6章自適應差分脈沖編碼，25，4，最佳線性預測器有一組預測系數(shù)ai，bi，如何選擇這組數(shù)據(jù)，以便如何選擇一組系數(shù)ai，bi，以最小化差分功率Ed2，可以通過找到極限來實現(xiàn)。第6章自適應差分脈沖編碼，26，對于全極點預測器，找到部分微分并使其為零：第6章自適應差分脈沖編碼，27，因此得到一組線性方

7、程，第6章自適應差分脈沖編碼，28，第6章自適應差分脈沖編碼，29，當預測系數(shù)取最佳值時，差分信號最小，并且假設信號與噪聲無關。第六章自適應差分脈沖編碼，31，5。GP和預測順序之間的關系通常由先前樣本的數(shù)量來預測，如下圖所示。當階數(shù)大于2時，最佳預測增益趨于飽和，飽和值一般為6-12dB。第六章自適應差分脈沖編碼，32，6.3自適應預測，為了獲得最大的預測增益，通常采用自適應預測的方法，而預測系數(shù)是在預測過程中1。如上所述，前向自適應預測算法能夠在短時間內根據(jù)相關特性R(i)找到最佳預測系數(shù)，這種算法計算量大，延遲時間長，不能用于高速系統(tǒng)。第6章，自適應差分脈沖編碼，33，2。反向序列自適應

8、預測算法在dq(k)最小時找到最佳預測系數(shù)，并采用不斷修改預測系數(shù)ai(k)的方法來減小瞬時平方差dq2(k)，使ai(k)保持接近aiopt(k)。Wi卓爾提出的LMS算法：第6章自適應差分脈沖編碼，34，梯度符號算法：差分信號=實際信號-預測信號，表達式為：第6章自適應差分脈沖編碼，35，預測過程如上圖所示，預測系數(shù)ai越大，預測值Sr(k)越大。第6章自適應差分脈沖編碼，37，2。如果預測信號Sr(k)0，差值dq(k)0:預測值大于實際值，在信號為正的情況下，下一個預測系數(shù)應該減小以減小預測值。第6章自適應差分脈沖編碼，38，3。如果預測信號Sr(k)0:在負信號的情況下，預測值大于實

9、際值，則應降低下一個預測系數(shù)以降低預測值。第6章自適應差分脈沖編碼，39，4。如果預測信號Sr(k)0和差值DQ (k) 03360的預測值小于負信號條件下的實際值，則應該增加下一個預測系數(shù)以增加預測值。第六章，自適應差分脈沖編碼，40，6.4自適應量化，自適應預測解決最大預測增益問題，自適應量化主要解決最大量化信噪比問題。對于具有大功率變化(大動態(tài)范圍)的信號，量化器參數(shù)(量化級別dqn、分級級別dn、幅度)應該能夠跟上輸入信號變化。第6章自適應差分脈沖編碼，41，1，前向自適應量化：根據(jù)輸入信號的方差調整量化電平dqn和分級電平值dn，d2大，使用大量的階數(shù)；D2很小，訂單很少。這種方法在

10、實時系統(tǒng)中不容易實現(xiàn)。在第6章，自適應差分脈沖編碼，42，2，后向自適應量化，此時dn(k)和dqn(k)是根據(jù)前一時刻的輸出數(shù)字碼I(k-1)或量化器的輸出值dqn(k-1)確定的。賈揚特提出的后向自適應算法：該量化間隔=前一個量化間隔*量化調整因子，第六章自適應差分脈沖編碼，43。上述算法在傳輸錯誤的情況下會引起錯誤擴散問題，因此采用了修訂版：抗錯因子M|I(K)|量化間隔調整因子，第六章自適應差分脈沖編碼，44。對于L=16，Jayant等人根據(jù)大量實驗確定了不同量化級別L下DPCM量化器的M值，如下表所示。第六章自適應差分脈沖編碼，45。注：1。對于非均勻量化，公式6-26不能直接使用

11、。2.6-26是一種快速瞬時自適應，適用于語音等電平變化快的信號。3.對于調制解調器或信令等變化緩慢的信號，需要重新定義表6-2。M值基本接近1，只有M|I(8)|略大于1，約為1.024。CCITT G.721在第六章“自適應差分脈沖編碼，46，32kb/sADPCM編解碼系統(tǒng)”中提出，經過四次編解碼后，能夠穩(wěn)定工作的4800b/s調制解調器信號的誤碼率應小于10-5和10-6。系統(tǒng)組成：參見P148，圖6-6，第6章自適應差分脈沖編碼，47，第6章自適應差分脈沖編碼，48，第6章自適應差分脈沖編碼，49，1，I/O單元，其輸入和輸出信號為標準PCM信號，從非線性脈沖編碼調制轉換為線性脈沖編碼調制，第6章自適應差分脈沖編碼，50，2，同步編碼調整單元和同步級聯(lián)量化ADC PCM，PCM，ADPCM，PCM，多級轉發(fā)，基本原理(解碼器)在重建PCM信號輸出之前如圖所示，第6章，自適應差分脈沖編碼，51，3，自適應量化器，對于不同類型的信號(如語音和數(shù)據(jù))，必須采用兩種不同比例因子L=16的自適應算法。雙模非均勻自適應量化器的原理框圖如圖6-7，慢比例