解碼算法

解碼(Decoding)是指受傳者將接受到的符號(hào)或代碼還原為信息的過程，與編碼過程相對(duì)應(yīng)。解碼活動(dòng)要受到受眾的社會(huì)地位和文化背景的影響，體現(xiàn)社會(huì)的多樣性，受眾的解碼還具有同向性、對(duì)抗性、妥協(xié)性三種形態(tài)。編碼和解碼的連通過程實(shí)質(zhì)上就是簡(jiǎn)單的傳播過程。如果說符號(hào)具或符號(hào)的表現(xiàn)層面是由編碼者決定的，那么符號(hào)義或符號(hào)的內(nèi)容層面則是由解碼者決定的。在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)通過通信網(wǎng)將計(jì)算機(jī)互聯(lián)以實(shí)現(xiàn)資源共享和數(shù)據(jù)傳輸?shù)摹．?dāng)使用的通信網(wǎng)信號(hào)形式和傳輸設(shè)備的信號(hào)形式不一樣時(shí)，就必須進(jìn)行信號(hào)形式的轉(zhuǎn)換。一般將在發(fā)送方進(jìn)行的信號(hào)形式轉(zhuǎn)換稱為編碼，接收方進(jìn)行的信號(hào)形式的轉(zhuǎn)換成為解碼。

對(duì)不同的信號(hào)通常有著不同的解碼算法，日常生活中主要為DTMF信號(hào)與PDM信號(hào)。DTMF(Double Tone Multi Frequency ，雙音多頻)信令使用在按鍵式電話機(jī)上，因其提供更高的撥號(hào)速率，并具有很強(qiáng)的抗干擾能力，從而迅速取代了傳統(tǒng)轉(zhuǎn)盤式電話機(jī)使用的撥號(hào)脈沖信令。 近年來，DTMF 廣泛應(yīng)用于交互式控制中，如語言菜單、語言郵件、來電顯示、電話銀行和 ATM 終端等，用戶可發(fā)送 DTMF 信號(hào)來選擇菜單進(jìn)行操作。 DTMF 編碼器將數(shù)字按鍵信息轉(zhuǎn)換成雙音信號(hào)發(fā)送出去，解碼時(shí)對(duì)接收到的 DTMF 信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，將其還原為數(shù)字鍵。

FFT算法FFT(快速傅里葉變換)是有限長(zhǎng)序列離散傅里葉變換(DFT)的快速算法，其基本運(yùn)算是蝶形算法，可使DFT計(jì)算時(shí)間縮短1～2個(gè)數(shù)量級(jí)，大大推動(dòng)了數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展。解碼過程如下:1.對(duì)接收到的DTMF信號(hào)做FFT，畫頻譜圖，從中找出代表各信號(hào)的頻率分量。FFT中要求序列長(zhǎng)度N為2的E次冪(E為整數(shù))，所以N=28=256，由于頻譜分辨率F=fs/N≈31.25Hz<73Hz，因此可在頻譜圖中分辨出各頻率分量。DTMF信號(hào)的幅頻譜只含兩根譜線，譜線橫坐標(biāo)即該信號(hào)的兩個(gè)頻率分量點(diǎn)KL和KH。消除頻譜泄漏。由于DTMF信號(hào)是有限長(zhǎng)的，相當(dāng)于對(duì)無限長(zhǎng)的信號(hào)加矩形窗，因此在頻譜圖中必然會(huì)出現(xiàn)頻譜泄漏現(xiàn)象，使信號(hào)能量散布到其他譜線位置。為此應(yīng)選擇一適當(dāng)閾值，將出現(xiàn)在這兩條譜線周圍的幅度較小的譜線消除。2.將各DTMF信號(hào)還原為相應(yīng)的數(shù)字鍵。

用FFT算法解碼，每幀信號(hào)要做 N = 256 點(diǎn)FFT，而組成所有DTMF 信號(hào)的頻率只有 8 個(gè)，于是可以只對(duì)每幀信號(hào)算 8 個(gè)最具有特征的特征點(diǎn)的DFT，以避開 FFT中許多無意義的計(jì)算。DFT 算法解碼過程如下：1.對(duì)每幀 DTMF 信號(hào)在 8 個(gè)特定的頻率上做DFT，畫幅頻譜圖，從中找出代表各信號(hào)的特征字。2.將各 DTMF 信號(hào)還原為相應(yīng)數(shù)字鍵。

頻域?yàn)V波算法1.首先對(duì)信號(hào)分幀，考慮到頻譜泄露等截?cái)嘈?yīng)，用漢寧窗可得到更好的頻譜特性。然后根據(jù)序列加窗后的頻譜，從頻域上濾波，即對(duì)帶外頻譜置零，得到輸入序列理想化低通濾波后的頻譜。2.由于此時(shí)帶外頻譜已置零，信號(hào)帶寬減小，可直接將帶內(nèi)頻譜進(jìn)行拼接， 做傅里葉逆變換恢復(fù)時(shí)域波形，相當(dāng)于抽取。3.最后除以漢寧窗系數(shù)，得到了解碼后的序列。在濾波中除去漢寧窗系數(shù)時(shí)， 會(huì)放大序列兩端的絕對(duì)誤差。 對(duì)長(zhǎng)序列分段解碼時(shí)，需要采用重疊保留法，即分段時(shí)需要與前后少量重疊， 解碼后丟棄前后重疊的部分， 保留中間絕對(duì)誤差小的部分作為解碼結(jié)果。此算法使用 DFT進(jìn)行解碼，分段的大小對(duì)解碼效果也有重要的影響。對(duì)不同頻率輸入信號(hào)，采用頻域?yàn)V波解碼算法計(jì)算出來的信噪比，在分段較小時(shí)，信噪比隨著頻率的升高而下降。因?yàn)轭l譜分析時(shí)產(chǎn)生頻譜泄露，在理想化濾波時(shí)被去除，導(dǎo)致由此恢復(fù)出的帶內(nèi)頻譜失真。并且頻率越高，泄露到帶外的越多，從而失真越大，信噪比下降。 隨著分段長(zhǎng)度的增加，信噪比的損失逐漸減小。分段長(zhǎng)度為 512×64，就可做到基本不損失信噪比，這是因?yàn)檩^大的分段可獲得更細(xì)致的頻譜， 減少頻譜泄露到帶外而引起的信噪比下降。