音頻編碼和解碼原理

每張CD光盤(pán)重放雙聲道立體聲信號可達74分鐘。VCD視盤(pán)機要同時(shí)重放聲音和圖像，圖像信號數據需要壓縮，其伴音信號數據也要壓縮，否則伴音信號難于存儲到VCD光盤(pán)中。

一、伴音壓縮

在接收端實(shí)現發(fā)送端的逆過(guò)程。輸入子帶編碼數據流，將各子帶信號分別送到相應的數字解碼電路(共m個(gè))進(jìn)行數字解調，經(jīng)過(guò)諸路低通濾波器(m路)，并重新解調，可把各子帶頻域恢復為當初原始信號的分布狀態(tài)。最后，將各路子帶輸出信號送到同步相加器，經(jīng)過(guò)相加恢復為原始信號，該恢復的信號與原始信號十分相似。
(2)子帶編碼的應用
子帶編碼技術(shù)具有突出的優(yōu)點(diǎn)。首先，聲音頻譜各頻率分量的幅度值各不相同，若對不同子帶分配以合適的比例系數，可以更合理地分別控制各子帶的量化電平數目和相應的重建誤差，使碼率更精確地與各子帶的信號源特性相匹配。通常，在低頻基音附近，采用較大的比特數目來(lái)表示取樣值，而在高頻段則可分配以較小的編碼比特。其次，通過(guò)合理分配不同子帶的比特數，可控制總的重建誤差頻譜形狀，通過(guò)與聲學(xué)心理模型相結合，可將噪聲頻譜按人耳主觀(guān)噪聲感知特性來(lái)形成。于是，利用人耳聽(tīng)覺(jué)掩蔽效應可節省大量比特數。
在采用子帶編碼時(shí)，利用了聽(tīng)覺(jué)的掩蔽效應進(jìn)行處理。它對一些子帶信號予以刪除或大量減少比特數目，可明顯壓縮傳輸數據總量。比如，不存在信號頻率分量的子帶，被噪聲掩蔽的信號頻率的子帶，被鄰近強信號掩蔽的信號頻率分量子帶等，都可進(jìn)行刪除處理。另外，全系統的傳輸信息量與信號的頻帶范圍、動(dòng)態(tài)范圍等均有關(guān)系，而動(dòng)態(tài)范圍則決定于量化比特數，若對信號引入合理的比特數，可使不同子帶內按需要給以不同的比特數，也可壓縮其信息量。

二、MPEG-1音頻編碼方框圖

1、MPEG-1音頻編碼的依據
MPEG-1音頻壓縮編碼標準采用了心理學(xué)算法。利用感知模型刪去那些聽(tīng)覺(jué)不靈敏的聲音數據，而使重建的聲音質(zhì)量無(wú)明顯下降。它采用子帶編碼技術(shù)，根據心理聲學(xué)模型取得不同子帶的聽(tīng)覺(jué)掩蔽閾值；對各子帶的取樣值進(jìn)行動(dòng)態(tài)量化。它根據不同頻段上大音量信號所引起的小音量信號掩蔽閾值的變化規律，對不同頻段給以不同的量化步長(cháng)，以便保留主要信號，而舍棄對聽(tīng)覺(jué)效果影響很小的成分，經(jīng)過(guò)數據壓縮，可取得合理的比特流，將原來(lái)大約1.5Mbit/s的聲音傳輸碼率減少到0.3Mbit/s，即壓縮率可達到1/5。

2、編碼流程
圖2.3.2是基于MUSICAM(掩蔽模式通用子帶編碼和多路復用)的MPEG-1音頻壓縮編碼方框圖。輸入信號是經(jīng)過(guò)取樣的二進(jìn)制PCM數字音頻信號，取樣頻率可以取44.1KHz、48KHz或32KHz，該音頻數碼信號的碼值與原來(lái)采樣信號的幅度、頻率成正比。