Kỹ thuật mã hóa nguồn và ghép kênh

1
TRƯ
TRƯ
Ờ
Ờ
NG Đ
NG Đ
Ạ
Ạ
I H
I H
Ọ
Ọ
C CÔNG NGHI
C CÔNG NGHI
Ệ
Ệ
P TP.HCM
P TP.HCM
KHOA CÔNG NGH
KHOA CÔNG NGH
Ệ
Ệ
ĐI
ĐI
Ệ
Ệ
N T
N T
Ử
Ử

B
B
Ộ
Ộ
MÔN VI
MÔN VI
Ễ
Ễ
N THÔNG
N THÔNG


000
000


CÔ SÔÛ VIEÃN THOÂNG
CÔ SÔÛ VIEÃN THOÂNG
TP.HCM – NĂM 2011
GV : LÊ VĂN HÙNG
Môn hc
2/73
2/73
Bài ging môn C S Vin ThôngBài ging môn C S Vin Thông
Khoa
CNĐT
-
B

môn

Vi

n
Thông
Khoa
CNĐT
-
B

môn
Vi

n
Thông
Chương 1: Tín hiệu và phổ
Chương 2: Điều chế và giải điều chế tương tự
Chương 3: Điều chế và giải điều chế số
Chương 4: Mã hóa kênh truyền
Chương 5: Đồng bộ kênh truyền
Chương 6: Ghép kênh và đa truy cập
Chương 7: Kĩ thuật trải phổ
Chương 8: Mã hóa nguồn
Chương 9: Kỹ thuật mã hóa và giải mã dữ liệu
Chương 10: Khảo sát kênh truyền Fading
45 tiết lý thuyết
Nôi dung môn học
Nôi dung môn học
3/73
3/73
Bài ging môn C S Vin ThôngBài ging môn C S Vin Thông

Khoa
CNĐT
-
B

môn
Vi

n
Thông
Khoa
CNĐT
-
B

môn
Vi

n
Thông
Chương 8: Mã hóa nguồn
8.0 Biến đổi A/D,D/A
8.1 Lấy mẫu,Lượng tử hóa
8.2 Điều chế mã xung
8.3 Mã hóa khối (Block coding)
8.4 Mã hóa nguồn cho dữ liệu số
8.4.1 Mã hóa Huffman
8.4.2 Mã hóa run-length
Nôi dung môn h
ọ

c(tt)
4/73
4/73
Bài ging môn C S Vin ThôngBài ging môn C S Vin Thông
Khoa
CNĐT
-
B

môn
Vi

n
Thông
Khoa
CNĐT
-
B

môn
Vi

n
Thông
Vai trò
Chương 8: Mã hóa nguồn(tt)
Biến đổi nhiều nguồn tin từ nhiều
định dạng khác nhau thành tín hiệu
số tương thích với đầu vào hệ thống
số

Nén dữ liệu 

 giảm dư thừa
5/73
5/73
Bài ging môn C S Vin ThôngBài ging môn C S Vin Thông
Khoa
CNĐT
-
B

môn
Vi

n
Thông
Khoa
CNĐT
-
B

môn
Vi

n
Thông
PA
UC Mod
Mux SEn
CEn ForEnc

Inf
Source
Sampling
PAM
Quantization
PCM
DPCM
Predictive
coding
JPEG, MPEG,
…
PuM
Binary
Digital
message
Digital
circuit
Logic
circuit
PCM
wave
form
RZ
NRZ
AMI
…
ASK
FSK
PSK
QAM

…
Spreading
Multiple
access
FDMA-
TDMA
CDMA
OFDMA
Baseband
Modulation
Analog-Digital
Modulation
Block
Convolution
BCH
Interleaving
….
Baseband
signaling
Line coding
Digital-Digital
Modulation
Passband
Modulaion
Digital-Analog
Modulation
Carrier
Frequency
Modulation
Symbol

maping
Chương 8: Mã hóa nguồn(tt)-Vị trí
Khoa CNDT- M môn Vin Thông
6
Bài ging môn C S Vin Thông
Chương 8: Mã hóa nguồn
Định Nghĩa:

Bi
ế
n
đổ
i AD là quá trình bi
ế
n
đổ
i tín hi
ệ
u t
ươ
ng t
ự
(
Analog) sang tín hi
ệ
u s
ố
(Digital)

Bi

ế
n
đổ
i DA là quá trình bi
ế
n
đổ
i tín hi
ệ
u s
ố
(Digital)
sang t
ươ
ng t
ự
( Analog)
M
ộ
t tín hi
ệ
u có th
ể
bi
ể
u di
ễ
n theo m
ộ
t hàm c

ủ
a th
ờ
i
gian
1. Analog : Hàm liên t
ụ
c



bi
ễ
u di
ễ
n s
ự
thay
đổ
i
đ
iên
áp hay dòng di
ệ
n theo th
ờ
i gian …
8.0 Biến đổi A/D,DA
Khoa CNDT- M môn Vin Thông
7

Bài ging môn C S Vin Thông
Đị
nh Ngh
ĩ
a:

Bi
ế
n
đổ
i AD là quá trình bi
ế
n
đổ
i tín hi
ệ
u t
ươ
ng t
ự
(
Analog) sang tín hi
ệ
u s
ố
(Digital)

Bi
ế
n

đổ
i DA là quá trình bi
ế
n
đổ
i tín hi
ệ
u s
ố
(Digital)
sang t
ươ
ng t
ự
( Analog)
M
ộ
t tín hi
ệ
u có th
ể
bi
ể
u di
ễ
n theo m
ộ
t hàm c
ủ
a th

ờ
i
gian
8.0 Biến đổi A/D,DA(tt)
2. Digital : Hàm rời rạc thời gian


 được biểu diễn bởi xung (ON or OFF) –> 2 trạng thái
→
+
1
→
−
1
Chương 8: Mã hóa nguồn(tt)
Khoa CNDT- M môn Vin Thông
8
Bài ging môn C S Vin Thông
Other Destination
Other Sources
Dmod
Mod UC PA
LNA
DC
Inf
Inf
Mux
Dmux
H
ệ

th
ố
ng thông tin analog



Không có bi
ế
n
đồ
i AD và DA
Chương 8: Mã hóa nguồn(tt)
8.0 Biến đổi A/D,DA(tt)
Khoa CNDT- M môn Vin Thông
9
Bài ging môn C S Vin Thông
H

th

ng s




Bi

n
đ
i AD,DA

LNA
DC Dem
Dmx
SDeCDe ForDeE
TA
PA UC Mod
Mux SEn
CEn ForEnc
Transmitter Side
Inf
Source
Inf
Sink
Receiver Side
other
sources
other
destinations
Channel
RA
Communication
Chương 8: Mã hóa nguồn(tt)
8.0 Biến đổi A/D,DA(tt)
Khoa CNDT- M môn Vin Thông
10
Bài ging môn C S Vin Thông
 Nhược điểm của hệ thống thông tin tương tự
 Dễ bị tác động của nhiễu
 Hệ thống cồng kềnh
 Chi phí cao

Chương 8: Mã hóa nguồn(tt)
8.0 Biến đổi A/D,DA(tt)
Sự cần thiết phải biến đổi AD ( Ananlog to Digital)
Khoa CNDT- M môn Vin Thông
11
Bài ging môn C S Vin Thông

Tái t
ạ
o (Regeneration)


 Độ
c l
ậ
p kho
ả
ng cách

T
ỉ
l
ệ
l
ổ
i r
ấ
t th
ấ
p




Free Error

Ghép
đ
a h
ợ
p



FDM, TDM

M
ậ
t mã



Hoàn toàn b
ả
o m
ậ
t

Nén




Hi
ệ
u qu
ả
b
ă
ng thông cao
 Đ
a truy c
ậ
p



FDMA, TDMA, CDMA

Ch
ươ
ng trình



Software

Reliable & Cheap



VLSI

L
ợ
i
đ
i
ể
m c
ủ
a h
ệ
th
ố
ng s
ố
( kh
ắ
c ph
ụ
c nh
ữ
ng
nh
ượ
c
đ
i
ể
m c
ủ
a h

ệ
th
ố
ng analog)
Chương 8: Mã hóa nguồn(tt)
8.0 Biến đổi A/D,DA(tt)
Sự cần thiết phải biến đổi AD ( Ananlog to Digital)(tt)
Khoa CNDT- M môn Vin Thông
12
Bài ging môn C S Vin Thông
Tín hi
ệ
u xung
đượ
c truy
ề
n t
ừ
n
ơ
i phát sang n
ơ
i nh
ậ
n thông
qua môi tr
ườ
ng truy
ề
n (Wire or Wirelss)




B
ị
tác
độ
ng c
ủ
a
nhi
ễ
u ( nhi
ễ
u trong nhi
ễ
u ngoài) s
ự
can nhi
ễ
u v.v



d
ễ
dàng
khôi ph
ụ
c chính xác

Chương 8: Mã hóa nguồn(tt)
8.0 Biến đổi A/D,DA(tt)
Sự cần thiết phải biến đổi AD ( Ananlog to Digital)(tt)
Khoa CNDT- M môn Vin Thông
Chng 8: Mã hóa ngun
13
Bài ging môn C S Vin Thông
• Analog

 Digital:
Lấy mẫu
Lượng tử hóa
Mã hóa
PCM
DPCM
Delta
Delta Adaptive
8.1 Lấy mẫu,Lượng tử hóa
Source
encoding
Khoa CNDT- M môn Vin Thông
Chng 8: Mã hóa ngun
14
Bài ging môn C S Vin Thông
Lý thuyết lấy mẫu

L
ấ
y m
ẫ

u tín hi
ệ
u là t
ừ
m
ộ
t tín hi
ệ
u liên t
ụ
c ban
đầ
u ta l
ấ
y
ra nh
ữ
ng m
ẫ
u
ở
th
ờ
i
đ
i
ể
m nh
ấ
t

đị
nh. T
ừ
các m
ẫ
u r
ờ
i r
ạ
c
h
ệ
th
ố
ng ph
ả
i khôi ph
ụ
c l
ạ
i tín hi
ệ
u ban
đầ
u
8.1 Lấy mẫu,Lượng tử hóa(tt)
Khoa CNDT- M môn Vin Thông
Chng 8: Mã hóa ngun
15
Bài ging môn C S Vin Thông

Để thực hiện khôi phục ta phải lấy mẫu theo
tiêu chuẩn sampling của Nyqist- Shannon:
Một hàm S(t) có phổ hữu hạn, không có
thành phần tần số lớn hơn ω
max
(=2πf
max
) có
thể thay thế bởi các mẫu của nó lấy tại các
thời điểm cách nhau một khoảng ∆t<=π/ω
max
.
hay nói cách khác tần số lấy mẫu F>=2f
max
.
Lý thuyết lấy mẫu
8.1 Lấy mẫu,Lượng tử hóa(tt)
Khoa CNDT- M môn Vin Thông
Chng 8: Mã hóa ngun
16
Bài ging môn C S Vin Thông
T
th
T
sample
<<T
th


f

sample
>>f
th
8.1 Lấy mẫu,Lượng tử hóa(tt)
Khoa CNDT- M môn Vin Thông
Chng 8: Mã hóa ngun
17
Bài ging môn C S Vin Thông
T
sample
=1/2 T
th
F
sample
=2 F
th
T
th
T
recovery
8.1 Lấy mẫu,Lượng tử hóa(tt)
Khoa CNDT- M môn Vin Thông
Chng 8: Mã hóa ngun
18
Bài ging môn C S Vin Thông
T
th
T
sampling
>1/2 T

th


F
sampling
<2F
th
a
l
i
a
s
8.1 Lấy mẫu,Lượng tử hóa(tt)
Khoa CNDT- M môn Vin Thông
19
Bài ging môn C S Vin Thông
8.1 Lấy mẫu,Lượng tử hóa(tt)
MỐI QUAN HỆ BĂNG TẦN VÀ F MẪU
Khoa CNDT- M môn Vin Thông
20
Bài ging môn C S Vin Thông
8.1 Lấy mẫu,Lượng tử hóa(tt)
MỐI QUAN HỆ BĂNG TẦN VÀ F MẪU
Khoa CNDT- M môn Vin Thông
Chng 8: Mã hóa ngun
21
Bài ging môn C S Vin Thông

Biên
độ

c
ủ
a tín hi
ệ
u th
ườ
ng là m
ộ
t kho
ả
ng liên t
ụ
c (S
min
đế
n S
max
)

L
ượ
ng t
ử
hóa là phân chia kho
ả
ng này thành m
ộ
t s
ố
m

ứ
c
nh
ấ
t
đị
nh ch
ẳ
ng h
ạ
n là S
0
=S
min
, S
1
=…,…S
n
=S
max
. và quy
ướ
c các giá tr
ị
biên
độ
không trùng v
ớ
i các giá tr
ị

này v
ề
các giá tr
ị
g
ầ
n v
ớ
i nó nh
ấ
t. Có ngh
ĩ
a là có sai s
ố
khi th
ự
c
hi
ệ
n l
ượ
ng t
ử
hóa
8.1 Lấy mẫu,Lượng tử hóa(tt)
Khoa CNDT- M môn Vin Thông
Chng 8: Mã hóa ngun
22
Bài ging môn C S Vin Thông
8.1 Lấy mẫu,Lượng tử hóa(tt)

Khoa CNDT- M môn Vin Thông
23
Bài ging môn C S Vin Thông
• Các thông số cần chú ý:
Độ rộng lượng tử Q=R/2
B
, với B là số bit mã
hóa, R là độ rộng toàn thang
Sai số lượng tử lớn nhất =Q
Sai số hiệu dụng e
rms
=Q/Sqrt(12)
Tần số thoại lớn nhất =4kHz
Tần số audio lớn nhất =20kHz
Tần số video lớn nhất=4MHz
8.1 Lấy mẫu,Lượng tử hóa(tt)
Khoa CNDT- M môn Vin Thông
Chng 8: Mã hóa ngun
24
Bài ging môn C S Vin Thông
Tín hiệu được lượng tử thành M
mức tùy theo khoảng lượng tử
Mỗi giá trị lượng tử được biễu
diễn bởi một số các bit nhị phân thì
được gọi là điều chế PCM
Số bit nhị phân =log
2
M
8.2 Điều chế PCM
Khoa CNDT- M môn Vin Thông

Chng 8: Mã hóa ngun
25
Bài ging môn C S Vin Thông
8.2 Điều chế PCM(tt)