《信源编码PCM编码》课件

信源编码编码PCM信源编码是将模拟信号转换为数字信号的过程，编码是信源编码中最PCM常用的方法之一引言信号处理信源编码信息在传递过程中，信号会受信源编码是信号处理领域的重到各种噪声和干扰的影响，导要环节，目的是对信号进行压致信息失真缩，降低信息传输的带宽和存储空间编码PCM脉冲编码调制（）是一种常用的信源编码方法，它将模拟信号转PCM换成数字信号，以便于存储和传输信源编码的基本原理信息压缩信源编码利用信息冗余，将信息压缩，减少数据量，提高传输效率信息表示将信息源产生的信息转换成便于存储、传输或处理的数字信号编码解码信源编码器将信息编码，信宿解码器将信息解码还原信息解码后的信息尽可能还原原始信息，确保信息完整性信源编码的分类无损编码有损编码

1.

2.12无损编码可以完全恢复原始有损编码会丢失部分信息，数据，不会丢失任何信息但可以压缩数据量，提高传例如哈夫曼编码、算术编输效率例如编码、PCM码编码MP3无损编码无损压缩压缩后数据可完全还原，不丢失信息典型应用文本文件•图像文件•代码文件•编码算法例如，哈夫曼编码、算术编码等哈夫曼编码树形结构数据压缩信息论基础哈夫曼编码采用树形结构，根据符号出通过对符号进行变长编码，压缩数据大基于信息论原理，利用符号概率特性设现的概率构建最优编码树小，提高传输效率计最优编码方案算术编码原理算术编码是一种无损数据压缩技术它将输入数据转换为一个单一的实数，这个实数在到之间该实数的大小表示原01始数据的大小，解码时可以根据这个实数恢复原始数据有损编码数据压缩音频压缩图像压缩视频压缩有损编码通过去除冗余和不音频压缩算法如和图像压缩算法如和视频压缩算法利用帧间冗余MP3AAC JPEGPNG重要的信息来压缩数据，牺利用人类听觉感知特性，移通过减少像素信息来减小文，仅编码帧间差异，从而大牲部分数据以实现更高的压除不可察觉的音频信息，降件尺寸，但也可能会导致图幅压缩视频数据，常见格式缩比低文件大小像质量下降有和H.264VP9量化概述量化是将连续的模拟信号转换为离散的数字信号的过程它是数字信号处理的关键步骤量化过程将信号的幅度值映射到有限数量的离散级别，从而引入量化误差量化的基本原理采样1将连续信号转换为离散信号，并进行固定间隔的采样量化2将采样值映射到有限个离散级别，将每个离散级别用一个码字表示编码3使用码字对量化后的数据进行编码，将模拟信号转换为数字信号标量量化单样本量化简化编码12标量量化是对每个样本单独进行量化处理，不考虑样本之间每个样本的量化结果用一个码字表示，简化了编码过程的关系量化误差广泛应用34由于量化过程引入的误差，会造成信号失真，影响重建信号标量量化在语音、音频、视频等信号的编码中被广泛应用的质量矢量量化矢量量化数据压缩码本设计将多个样本一起考虑，并将其视为向量通过减少量化级别来降低数据量，实现需要设计合适的码本，以确保量化后的，然后对该向量进行量化压缩数据能够准确地重建编码PCM脉冲编码调制是一种数字音频编码技术它使用数字信号表示模拟PCM音频信号编码的基本原理PCM采样1将模拟信号转换为离散信号量化2将离散信号的幅度值映射到有限个离散值编码3将量化后的离散值转换为二进制代码编码是一种将模拟信号转换为数字信号的常用方法PCM编码的波形PCM编码将模拟信号转换为数字信号，在数字信号中，信号的振幅被量化PCM为离散的级别这些离散级别在波形图上显示为阶梯状，被称为量化级，量化级之间的间隔被称为量化步长编码的量化误差PCM编码过程中，量化会导致信号失真，产生量化误差量化误差是原始模拟PCM信号与量化后数字信号之间的差值

0.5%1/2误差范围量化步长量化误差通常在量化步长的以内量化步长决定了量化误差的大小1/2最大值0理想情况误差上限理想情况下，量化误差为零实际情况下，量化误差最大可达量化步长的1/2编码的量化噪声PCM量化噪声由于量化误差产生的噪声影响降低信号质量，导致音频失真特征随机分布，通常呈白噪声降低方法提高量化位数，降低量化步长编码的信噪比PCM信噪比SNR是一个重要的性能指标，用于衡量PCM编码的质量SNR衡量的是信号功率与噪声功率之比SNR的单位通常为分贝dBSNR越高，信号质量越好，噪声越小编码的编码速率PCM编码的编码速率是指每秒传输的比特数，也称为比特率PCM编码速率取决于采样频率、量化位数和声道数8KHz8bit采样频率量化位数每秒采样次数每个样本的比特数2128kbps声道数编码速率音频通道数量计算公式采样频率量化位数声道数××编码的应用PCM音频信号处理语音通信编码广泛用于数字音频录制、存储和传输例如，、编码是电话、移动电话和其他语音通信系统中重要的编码PCM CDPCM播放器和音频广播都依赖于编码技术方案它可以有效地将模拟语音信号转换为数字信号MP3PCM视频编码医疗设备编码也可以用于视频信号的数字化，例如，在数字电视广编码广泛应用于医疗设备，例如心电图机、脑电图机和超PCM PCM播和视频会议系统中声波扫描仪，用于记录和分析生物信号语音编码语音信号处理语音识别音频压缩语音合成将模拟语音信号转换为数字将语音信号转换为文本信息降低语音信号的数据量，以将文本信息转换为语音信号信号，以便于存储和传输，例如语音助手和语音控制便于存储和传输，例如音频，例如语音导航和文字朗读系统压缩算法音频编码音频压缩声音质量12音频编码可以将音频信号压编码算法会根据不同的目标缩为更小的文件，从而节省应用和用户需求，对音频信存储空间和传输带宽号进行不同的处理，从而实现不同程度的声音质量编码标准3常见的音频编码标准包括、、等，它们使用不同MP3AAC FLAC的压缩算法来实现不同的音质和压缩效率视频编码压缩视频数据提高传输效率应用场景广泛视频编码压缩视频数据，以压缩后的视频数据传输效率视频编码广泛应用于互联网减少存储空间和传输带宽更高，可以节省网络带宽和视频、视频会议、视频监控存储资源等领域压缩技术包括帧内压缩和帧提高了视频内容的访问速度常见的视频编码标准包括间压缩和质量、和H.264H.265AV1信源编码的评价指标编码效率复杂度衡量编码器压缩数据的能力指编码和解码算法的复杂程度压缩比越高，效率越高算法越复杂，计算量越大，需要更多资源编码延迟指从输入数据到输出编码数据的时间间隔延迟时间越短，实时性越好编码效率编码效率压缩比信噪比定义原始数据大小与压信号功率与噪声功缩后数据大小之比率之比，反映编码后信号质量指标压缩比越高，编码信噪比越高，编码效率越高质量越好复杂度编码复杂度是指编码器和解码器所需的计算量算法越复杂，计算量越大，所需的硬件资源就越多不同的编码方案需要不同的计算资源，比如，哈夫曼编码相比算术编码需要更少的计算资源编码延迟编码延迟是指从数据源生成数据到编码器完成编码输出所需的时间编码延迟越短，实时性越好编码延迟受多种因素影响，包括数据源的特性、编码算法的复杂度、硬件平台的性能等例如，实时语音编码需要较低的延迟，而视频编码的延迟则可以相对较高应用场景分析语音编码音频编码视频编码适用于电话、语音识别、语音合成等领适用于音乐播放、广播、录音等领域适用于视频通话、视频会议、网络直播域等领域未来发展趋势云计算云计算平台提供更强大的处理能力，为信源编码算法提供更广阔的应用空间人工智能人工智能技术在图像、语音、视频等领域的应用，将进一步推动信源编码技术的发展网络5G网络的高速率、低延迟特性为实时信源编码提供了更理想的传输环境5G总结编码应用广泛未来趋势PCM数字信号处理中的基础技术，将模拟语音、音频、视频等领域都有应用，随着技术的进步，编码效率和压缩比信号转换成数字信号例如电话、广播、电视等将会进一步提高。