С61 Спутниковые системы связи: Учебное пособие для вузов

Сокращение информационной избыточности
127
Ðèñ. 7.1.
Классификация методов сжатия (экономного кодирования)
Ìåòîäû ñæàòèÿ áåç ïîòåðü èíôîðìàöèè
подразделяются на
две группы, различающиеся способом формирования сжатого сооб-
щения.
К первой группе относятся статистические методы сжатия, ис-
пользующие оценку вероятности появления символов в алфавите ис-
точника кодируемого сообщения и, соответственно, энтропии данного
сообщения. Статистические алгоритмы сжатия в явном виде содер-
жат процедуру сжатия сообщения.
Сущность статистических методов состоит в представлении каж-
дого символа из алфавита источника сообщений как можно меньшим
числом бит, с учетом вероятности появления этого символа. Такие
статистические методы сжатия информации называют также «энтро-

---

128
Р а з д е л 7
пийным кодированием». К этой группе относятся методы кодирова-
ния Шеннона, Фано, Хаффмана и арифметическое кодирование (АК).
Вторую группу методов сжатия без потерь образуют словарные
методы, в которых сжатое сообщение формируется на основе стати-
ческих либо динамических словарей, позволяющих экономно сформи-
ровать сообщение на основе встречающихся в словаре последователь-
ностей символов. В основе всех современных словарных алгоритмов
сжатия лежит идея измерения «продукционной сложности» конечных
символьных последовательностей, выдвинутая А. Лемпелом и Я. Зи-
вом в 1976 г.
Различают два семейства адаптивных словарных методов сжатия,
основу которых составляют алгоритмы LZ77 и LZ78. Алгоритм LZ78
имеет множество модификаций, отличающихся размером и способом
обновления словаря, способом кодирования символов и указателей.
Самой известной и распространенной разновидностью этого алгорит-
ма является алгоритм Лемпела — Зива — Велча (LZW).
Особенностями этого алгоритма являются простота его реализа-
ции и большая скорость сжатия по сравнению с любыми другими ме-
тодами, поэтому он часто реализуется аппаратно, а один из его вари-
антов стандартизован в Рекомендации ITU-T V.42bis.
Ìåòîäû ñæàòèÿ ñ ïîòåðÿìè èíôîðìàöèè.
В зависимости от
типа сигнала и природы его источника, будь то изображение (непод-
вижное и подвижное) или речь, различают следующие методы сжатия
с потерями на основе:
•
интегральных преобразований сигнала;
•
аналого-цифрового преобразования сигнала;
•
параметрического кодирования (вокодеры).
Для кодирования (сжатия) изображений наиболее часто применя-
ют алгоритмы интегральных преобразований сигнала, позволяющие
реализовать высокую степень сжатия при относительно незначитель-
ном снижении качества (четкости, цветовой палитры и т. п.) воспроиз-
водимого изображения. Среди известных разновидностей интеграль-
ных преобразований сигнала на практике для целей сжатия получили
распространение два вида преобразования сигнала: дискретное коси-
нусное и вейвлет-преобразование.
7.2. Классификация и описание принципов
действия современных речевых кодеков
Для упрощения описания принципов действия речевых кодеков
их разделяют на три основных класса (рис. 7.2): кодеки формы (ре-
чевой волны), кодеки источника (вокодеры) и гибридные кодеки. Ес-

---

Сокращение информационной избыточности
129
Ðèñ. 7.2.
Классификация речевых кодеков
тественно, кодеки формы волны (waveform codecs) порождают срав-
нительно высокоскоростной битовый поток и обеспечивают высокое
качество речи.
Кодеки источника речи (source codecs) обеспечива-
ют, наоборот, низкоскоростное кодирование речи, и восстанавливае-
мая (синтезируемая) ими речь в определенной степени отличается от
натуральной. Гибридные кодеки используют методы кодирования ха-
рактерные как для вокодеров, так и для кодеков формы, обеспечивают
Ðèñ. 7.3.
Зависимость качества речи от скорости передачи информации
для основных типов речевых кодеков

---

130
Р а з д е л 7
сравнительно высокое качество речи, реализуемое при промежуточ-
ных скоростях ее передачи.
Приведенная классификация речевых кодеков является наиболее
распространенной в технической литературе, хотя и не считается об-
щепринятой. Одни авторы некоторые из видов кодеков относят к во-
кодерам, в то время как другие авторы эти же виды относят к кодекам
гибридного типа.
На рис. 7.3 представлена зависимость качества восстанавливаемой
речи от скорости передачи информации в кбит/с для трех основных
классов речевых кодеков.
7.2.1. Кодеры формы
Кодеками называются устройства для кодирования передаваемо-
го сигнала и декодирования принимаемого. Часто оба эти технические
устройства объединены в одном узле. Когда речь идет только о коди-
рующей части устройства, то их называют кодерами, декодирующую