信源編碼技術

將訊息或其特徵信號經採樣變換為數字代碼的技術。訊息（信源信號）一般為連續變化的模擬量，若直接用這連續變化的信號進行調製、傳輸,則稱為模擬通信;若經編碼變為數字代碼後再調製、傳輸，則稱為數字通信。編碼技術廣泛套用於數字通信領域。

正文

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。
數位訊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征，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)。

信源編碼技術

採樣定理　若信號f(t)為連續時間函式，其最高頻率分量為fmax時,它可用時間間隔為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、…離散值來表征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為 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征原幅度而帶來誤差，這誤差的均方值稱為量化噪聲，它是衡量編碼質量的重要指標。採樣、量化和數位化如圖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，前者又稱為線性量化，後者又稱為非線性量化。均勻量化的分層間隔為等間隔，它適於幅度均勻分布的信號（如多路載波信號）；對各種非均勻分布信號，可找到對應的最佳量化特性，其特點是在機率密度大的區域分層間隔小，反之分層間隔大。

信源編碼技術

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為64千比特／秒。比特率反映傳輸時所需頻頻寬度。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。隨著數位訊號處理技術和大規模積體電路的發展，編碼技術在壓縮比特率方面很受重視，較為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），其關係式可表示為

塻＝ɑ1xn-1+ɑ2xn-2+…+ɑmxn-m

＝ɑixn-i

式中塻為當前樣值的預測值；xn-i為過去第 i時刻的樣值；ɑi為過去第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為常量，則這時的預測稱為固定預測；若ɑi隨信號短時統計特性作調整，則這時的預測稱為自適應預測。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，稱為幀間預測技術。這些都是較為有效的預測方法。在高質量信號（如廣播節目、錄音信號）的傳輸、錄音和轉錄中，為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。
信源編碼技術隨著數位化技術的推廣套用已普遍用於通信、測量、計算機套用和自動化系統中。各種比特率的單片積體電路和混合積體電路已得到廣泛採用。
參考書目
　N. S. Jayant-Peter　Noll,　Digital　Coding　of Waveforms, Prentice　Hall　Inc.,Englewood Cliffs, New Jersey,1984.

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