听觉特性与音频信号

人耳对声音频率的感觉（即音调的高低）

人耳对音调的主观感觉与振动频率对数值相对应。
音乐中经常采用对数刻度的坐标系。
人类的听觉频带（可闻声）：20 Hz～20 KHz

不同类型音频信号的频谱分布

次音信号：< 20 Hz
语音信号：300 Hz～3.4 KHz
歌唱声： 80 Hz～10 KHz
乐器信号：20 Hz～20 KHz
超声信号： > 20 KHz

人耳对声音强弱的感觉（即响度的大小）

人耳对声音强弱的主观感觉与声强的对数值相对应。
日常采用声强相对某基准值比值的对数来表示，单位为分贝 (dB)

等响度曲线图

人耳听觉的频响特性

人耳听觉的频响特性非平坦：即不同频率下，即使声音强度相同，人类主观感觉到的强弱会不同。
专业上把不同频率下人耳主观感受到相同强度的点连成曲线，形成了响度级曲线，响度级单位为方
声强： 0 ～120 分贝
响度级：0 ～ 120 方
人耳对3 ～5 KHz频率的声音最敏感

视觉特性与视频信号

人体的五种感觉器官

扫描：实现二维图像信号与一维可传输信号间的并串变换

视觉暂留效应

划分的速率要求：

为得到连续的、没有跳跃感的重建图像
- 图像帧频 ＞ 20 Hz
为得到没有闪烁感的重建图像
- 图像帧频＞ 40 Hz

扫描的同步要求：

行同步
帧同步

视频信号特征

彩色电视系统中的三基色

彩色电视系统

彩色电视信号的传送方式：一个亮度分量和两个色差分量

亮度分量 Y=0.299R+0.587G+0.114BY = 0.299R + 0.587G + 0.114BY=0.299R+0.587G+0.114B
色差分量 U=k1(B–Y)U = k_1 ( B – Y )U=k1(B–Y)
色差分量 V=k2(R–Y)V = k_2 ( R – Y )V=k2(R–Y)

目的：解决黑白和彩色电视系统兼容问题

视音频业务编解码技术

视音频信息数字化

信息数字化

时间/空间上的离散化
信息电平值的离散化

数字化过程

采样
量化
编码

奈奎斯特定理（准则）
只要采样频率等于或大于被采样信号中最高频率的两倍，原信号即可无失
真恢复。
量化
采样后的样值的取值仍是连续的，将其转换为有限个离散值的过程称为量化。
编码
每个量化电平最终被赋予一个二进制码字来表示，这一过程被称为编码。

音频信号通常采用8-20bit量化编码
视频信号通常采用6-10bit量化编码

数据速率=采样频率 × 量化比特数

音频压缩编码方法

波形编码：考虑人的听觉特性，使重建信号尽可能与原输入信号波形保持一致。
特点：在高码率条件下可获得高质量的音频信号，抗噪性能强，适于高保真度语音和音乐信号。
参数编码：是将音频信号以某种模型表示，再抽出合适的模型参数和参考激励信号进行编码；声音重放时，再根据这些参数重建即可，这就是通常讲的声码器(vocoder)。
特点：参数编码压缩比很高，但计算量大、语音质量较差、自然度较低、不适合高保真度要求的场合。
混合编码：一种吸取波形和参数编码的优点，进行综合的编码方法。
特点：能在较低的比特率上获得较高的语音质量，目前被很多国际标准采用。

常用音频编码技术

**电话（300Hz~3.4KHz）**质量的音频压缩编码

数字化：8KHz采样，8bit量化---64kb/s
PCM标准G.711：64kb/s
ADPCM标准G.721 ：32kb/s
CELP（码本激励线形预测编码）：4~16kb/s

**高保真环绕立体声（50Hz~20KHz）**质量的音频压缩编码

数字化：44.1KHz采样，16bit量化-----每声道705kb/s

视频信息冗余种类

空间冗余、时间冗余、信息熵冗余、结构冗余、知识冗余、视觉冗余

视频压缩编码

预测编码基于图像数据的空间和时间冗余特性，用相邻的已知像素或图像块来预测当前像素或图像块的取值，然后再对预测误差进行量化和编码。
变换编码通常是将空间域相关的像素点通过正交变换映射到另一个域上，使变换后的系数之间的相关性降低，能量集中于少数几个系数上，采用适当的量化和熵编码可以有效地压缩图像的数据量。

通信业务

模拟与数字视音频务、数据通信业务、多媒体通信业务

数据通信业务

数据：能够由计算机或数字设备进行处理的、以某种方式编码的数字、字母和符号。
信号：信息的电气或电磁表现形式，如电信号、光信号等。
基带信号：将原始电信号直接用不同的电压来表示，然后送到线路上去传输。
调制信号：将基带信号进行调制后形成的信号。
数据传输：利用电信号或光信号的形式把数据从一端传送到另外一端的过程。
数据通信：指按照一定的规程或协议完成数据的传输、交换、储存和处理的整个通信过程。
数据通信的特点

数据业务比其它通信业务拥有更为复杂、严格的通信规程或协议
数据业务相对于视音频业务实时性要求较低，可采用存储转发交换方式工作
数据业务相对于视音频业务差错率要求较高，必须采取严格的差错
控制措施
数据通信是进程间的通信，可在没有人的参与下自动完成通信过程

多媒体通信业务

多媒体技术
是一种能同时综合处理多种信息，在这些信息之间建立逻辑联系，使其集成为一个交互式系统的技术。其主要用于实时地综合处理声音、文字、图形图像和视频等信息，并把它们融合在一起。
多媒体的关键特性

信息载体的多样性、交互性和集成性
不同媒体特性不同、要求不同

多媒体通信业务对网络的要求：

具有足够的传输带宽，对信息采取必要的压缩措施
支持实时传输特性
支持点到点、点到多点和广播方式通信
支持对称和不对称方式连接
在一次呼叫过程中可修改连接的特性
呼叫过程中可建立和释放一个或多个连接，多个连接间应保持一定的同步关系

知识图谱

例题讲解

常用的双声道立体声信号，如果采用11.025kHz采样，8bit量化，则数据速率是多少？
最基本的计算公式为数据速率 =采样频率×量化比特数，但是要注意题目中特别说明了是双声道，因此还要乘以信息通道数，因此数据速率是11.025×8×2 = 176.4kb/s。
注：现代通信技术_北京邮电大学

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