第4章信源编码与数据压缩 通信系统中的核心问题: ? 有效性 ? 可靠性 ? 安全性
具体到移动通信：
? 有效性、可靠性与安全性是一个全系统概念，是一个很复杂的问题；
? 实现这3类指标的环境与条件更加恶劣，因而达到目标也就更加困难；
? 提高效率的问题更加突出。[特别是由于移动通信的频率资源是有限的] 实际实现中的关联性：
? 与移动通信系统中的3个层次——物理层、网络层和网络规划层都有关系，特别是与蜂窝网的拓扑结构密切相关。 ? 涉及方面：仅从物理层来探讨，具体有： ? 有效性:涉及到信源编码与数据压缩、调制与信道编码技术、多址方式、信号分集接收、天线方向性等诸多因素。
本章仅讨论在物理层决定有效性的最主要因素之一：信源编码和数据压缩技术。 信源编码
? 作用：压缩信源输出的信息率，提高系统有效性
? 实现原理：主要是利用信源的统计特性，解除信源相关性，去掉信源冗余信息。
? 发展过程：
? 第二代(2G)数字式移动通信系统：语音压缩编码：[语音业务]。
? 第三代(2G)数字式移动通信系统：语音压缩编码 + 各类图像压缩编码和多媒体数据压缩等方面[包含语音、数据和图像在内的多媒体业务]
本课在本章仅讨论以压缩算法为核心的原理与技术。
? 第一阶段：信源统计特性为依据的统计压缩编码。
? 第二阶段：在统计特性的基础上考虑
了瞬时特性和主观特性的自适应压缩编码。
4.1语音压缩编码
语音压缩编码的基本原理与方法 移动通信中的语音编码。 4.1.1 引言
技术要点：压缩语音编码的码率，提高通信系统的有效性。
原理：解除语音信源的统计关联。 语音压缩编码分为以下3类。
? 波形编码：波形编码是以精确再现语音波形为目的，并以保真度即自然度为度量标准的编码方法。这类编码是保留语音个性特征为主要目标的方法，其码率较高。
? 参量编码：一般又称为声码器。参量编码是利用人类发声机制，仅传送反映语音波形变化主要参量的编码方法。在接收端，可根据发声模型，由传送过来的变化参量激励产生人工合成的语音。参量编码的主要度量标准是可懂度。
? ?
[评看：这类编码是以提取并传送语音的共性特征参量为主要目标的编码方法，其码率较低。]
? 混合编码：又称为软声码器。混合编码是吸取上述两类编码的优点，以参量编码为基础并附加一定的波形编码特征，以实现在可懂度基础上适当改善自然度目的的编码方法。其码率介于上述两类编码之间。 ? 技术比较：
? 质量：波形编码 > 混合编码 > 参量编码
? 压缩倍数: 波形编码 < 混合编码 < 参量编码 ? 应用情况： ? 公用骨干(固定)通信网：波形编码。 ? 移动通信网：混合编码。 ? 特殊通信系统[如军事与保密通信系统]：参量编码
3类压缩编码的理论性能估计 理论支撑：信息论
1.波形编码的性能估计
利用信息论中连续(模拟)有记忆信源的信息率失真R(D)函数理论可以分析波形编码的性能。为了简化，粗略假设语音取样值遵从广义平稳正态马氏链性质，则信息率失真R(D)函数为 R(D)定义
1?2(1??2)R(D)?log22D(4.1.1)
2
式中，ρ为相关系数，D为允许失真；σ
为方差，即噪声功率。 计算：
根据实测数据，对于语音其取样点间ρ
2
=O.96左右；D为允许失真；σ为方差，即
2
噪声功率；若σ/D为信噪比。上式的计算结果见表4.1。
表4.1 波形编码理论压缩倍数K的初估 信噪比(dB) 35 32 28 25 23 20 17 R(D)(bit／样点) 4 3.5 2.5 2.34 2 1.5 l 压缩倍数K 2 2.28 3.2 3.42 4 5.3 8 注：表中的压缩倍数K是以PCM 8bit／样