什麼是信源編碼技術

將消息或其特徵信號經採樣變換爲數字代碼的技術。消息（信源信號）一般爲連續變化的模擬量，若直接用這連續變化的信號進行調製、傳輸，則稱爲模擬通信;若經編碼變爲數字代碼後再調製、傳輸，則稱爲數字通信。編碼技術廣泛應用於數字通信領域。

信源編碼通常按信號性質或按信號處理域的不同來分類。按信號性質分，有語言信號編碼、圖像信號編碼、傳真信號編碼等；按信號處理域分，有波形編碼（或時域編碼）和參量編碼（或變換域編碼）兩大類。常見的脈碼調製(PCM)和增量調製（DM或墹M）等屬於波形編碼，各種類型的聲碼器屬於參量編碼。

數字信號的特點是在有限時間段僅具有有限種代碼，而模擬信號或其特徵信號在有限時間段上有無限種狀態。這樣，編碼首先應在時間和幅度上以有限的離散值來表徵，繼而用數字代碼來表示這離散值。這就是實現編碼所需的三個環節，即採樣、量化和碼化(圖1)。

採樣定理

若信號f(t)爲連續時間函數，其最高頻率分量爲fmax時，它可用時間間隔爲Ts(Ts≤1/2fmax)的樣點序列來表示。在這樣點序列的頻譜中含有原f(t)信號分量，並可復原f(t)信號。如圖2所示，可用ɑ、b、c、…離散值來表徵f(t)信號。

幅度量化

在給定信號幅度範圍內劃分若干層，落入各層的瞬時信號分別用其對應的量化電平（圖2中採樣點a、b、c、 d、e、f、g所對應的量化電平分別爲 5、7、8、6、5、5、6）表示，這時量化後的信號幅度具有有限個離散值。量化由於是以其近似值表徵原幅度而帶來誤差，這誤差的均方值稱爲量化噪聲，它是衡量編碼質量的重要指標。採樣、量化和數碼化如圖2。幅度量化用量化特性表示，它給出壓縮器(或擴張器)輸入電平和輸出電平之間的關係。量化特性有均勻量化和非均勻量化兩種，前者又稱爲線性量化，後者又稱爲非線性量化。均勻量化的分層間隔爲等間隔，它適於幅度均勻分佈的信號（如多路載波信號）；對各種非均勻分佈信號，可找到對應的最佳量化特性，其特點是在概率密度大的區域分層間隔小，反之分層間隔大。

常用比特率和量化信噪比來說明信源編碼的技術規格。比特率是指編碼後信號每秒所用比特(bit)數。例如，電話信號採樣頻率取8千赫，每一樣值編8位二進碼，這時電話信號比特率爲64千比特／秒。比特率反映傳輸時所需頻帶寬度。量化信噪比是用分貝表示的信號功率與量化噪聲功率化，它與信號電平有關。隨着數字信號處理技術和大規模集成電路的發展，編碼技術在壓縮比特率方面很受重視，較爲普遍的措施是採用自適應量化和自適應預測技術。自適應量化是使量化器的分層電平隨信號短時能量而作自適應調整，使信號能在較大範圍內處於最佳量化狀態，從而獲得壓縮增益。預測是利用過去樣值對當前樣值作預測，常用的是線性預測（見線性預測編碼），其關係式可表示爲

塻＝ɑ1xn-1+ɑ2xn-2+…+ɑmxn-m

＝

式中塻爲當前樣值的預測值；xn-i爲過去第 i時刻的樣值；ɑi爲過去第i時刻的預測係數，其值由信號統計特性按一定準則來確定。若ɑi爲常量，則這時的預測稱爲固定預測；若ɑi隨信號短時統計特性作調整，則這時的預測稱爲自適應預測。有了預測值之後，只需要傳輸信號與預測之差值，這樣就可在接收端恢復原信號，從而可實現編碼比特率的壓縮。

在電話信號編碼中，可採用基音預測技術進一步壓縮比特率；在圖像編碼中利用相鄰幀的相關性進行預測，稱爲幀間預測技術。這些都是較爲有效的預測方法。在高質量信號（如廣播節目、錄音信號）的傳輸、錄音和轉錄中，爲獲得高保真度已採用高比特率編碼信號。這比用其他方法簡便有效。

信源編碼技術隨着數字化技術的推廣應用已普遍用於通信、測量、計算機應用和自動化系統中。各種比特率的單片集成電路和混合集成電路已得到廣泛採用。

N. S. Jayant-Peter　Noll，　Digital　Coding　of Waveforms， Prentice　Hall　Inc.，Englewood Cliffs， New Jersey，1984.