音頻編碼和解碼原理
編碼器原始信號是5路,輸入通道是5個(gè),經(jīng)過(guò)矩陣轉化處理后產(chǎn)生了7種聲音信號。應當設置通道選擇電路,它能夠根據需要,對7路信號進(jìn)行合理的選擇處理。該處理過(guò)程決定于解矩陣的過(guò)程,以及傳輸通道的分配信息;合理的通道選擇,有利于減弱人為噪聲加工而引起的噪聲干擾。此外,還設置了多聲道預測計算電路,用于減少各通道間冗余度。在進(jìn)行多聲道預測時(shí),在傳輸通道內的兼容信號LO、RO,可由MPEG-1數據計算出來(lái)。根據人耳生理聲學(xué)基
礎,后級設置了動(dòng)態(tài)串話(huà)電路,可在給定比特的情況下提高聲音質(zhì)量,或在要求聲音質(zhì)量的前提下降低比特率。但設置該電路增加了MPEG-2解碼器的復雜程度。
經(jīng)過(guò)編碼器產(chǎn)生了多種信息,主要有編碼取樣值,比例因子,比特分配數據,動(dòng)態(tài)串話(huà)模式,多聲道預測信息,通道預測選擇信號等,諸信息傳遞給復接成幀模塊電路,最后以MPEG-2比特流形式輸出壓縮編碼信號。
MPEG-2解碼器基本上是編碼器的逆過(guò)程,其電路結構簡(jiǎn)單一些,運算量小一些。解碼器的解碼轉換矩陣可輸出5路信號,再經(jīng)過(guò)32分頻子帶濾波器處理,可輸出LS、L、C、R、RS信號;另外,經(jīng)過(guò)量化、SCF和子帶濾波器處理后,還可以取得前置立體聲LO、RO,共計可輸出7路音頻信號。
2、MPEG-4音頻解碼
MPEG-4音頻編碼和MPEG-4視頻編碼一樣,具有許多特點(diǎn)和功能,例如可分級性,有限時(shí)間音頻流,音頻變化/時(shí)間尺度變化,可編輯性,延遲性等。它具優(yōu)越的交互性能和高壓縮比。它不僅利用分級方法可對語(yǔ)言和音樂(lè )進(jìn)行編輯,也能解決合成語(yǔ)言和音樂(lè )問(wèn)題,它將成為多媒體世界的一個(gè)主要格式,將成為“全能”的系統。
通過(guò)MPEG-4音頻編碼,可以存儲、傳送多種音頻內容。它具有高質(zhì)量的音頻信號(單聲道、立體聲和多通道)。它采用低碼率編碼,而聲音重放質(zhì)量很高。它可以傳送寬帶語(yǔ)言信號(例如7KHz寬的語(yǔ)音),也可傳送窄帶寬語(yǔ)言信號(例如長(cháng)途電話(huà))??梢詡鬏?、制作可理解的各種語(yǔ)音信號??梢院铣烧Z(yǔ)言,例如進(jìn)行音素或其它記號為基礎的文本轉換;也可以合成音頻,例如支持音樂(lè )描述語(yǔ)言。
四、杜比AC-3技術(shù)
1、什么是杜比AC-3
在杜比定向邏輯環(huán)繞聲技術(shù)的基礎上,于1990年杜比公司與日本先鋒公司合作,采用先進(jìn)的數位壓縮技術(shù),推出新穎的全數字化杜比數碼環(huán)繞聲系統。它可使多聲道信號有更多的信息被壓縮到雙聲道中去,并將這種系統稱(chēng)為AC-3。AC是英語(yǔ)“音頻感覺(jué)編碼系統”的縮寫(xiě)詞。AC-3技術(shù)首先應用到電影院,后來(lái)又進(jìn)入普通家庭。
杜比AC-3系統設置完全獨立的6個(gè)聲道,即全頻帶的左、中、右、左環(huán)繞和右環(huán)繞聲道,再加上一個(gè)超重低音聲道。由于這樣聲道的結構,AC-3系統又稱(chēng)為5.1聲道。
2、杜比AC-3的基本原理
(1)應用聽(tīng)覺(jué)掩蔽效應開(kāi)發(fā)出自適應編碼系統
AC-3技術(shù)的理論基礎,也是利用心理聲學(xué)中的聽(tīng)覺(jué)閾值和掩蔽效應,但具體技術(shù)上與MPEG標準又有所不同。
對音頻信號進(jìn)行數據處理時(shí),都要進(jìn)行數據壓縮,將沒(méi)有用途或用途不大的數據信息忽略掉。為此,可以應用聽(tīng)覺(jué)閾值和掩蔽規律,省略掉那些多余的數據信息。杜比公司除運用上述聲學(xué)原理外,還運用了它擁有的杜比降噪技術(shù),開(kāi)發(fā)出數碼化的“自適應編碼”系統。這是一種極具選擇性和抑制噪聲能力的自適應編碼體系。杜比公司依據音響心理學(xué)的基本原理,在未輸入音樂(lè )信號時(shí),保持寧靜狀態(tài);當輸入音樂(lè )信號時(shí),對復雜的音頻信號進(jìn)行分析和分解,用較強信號掩蔽噪聲,刪除聽(tīng)覺(jué)界限以外,或由于頻率相近而音量小的信號,經(jīng)過(guò)這種處理方法,可以大大減少需要處理的數據信息。人耳的聽(tīng)覺(jué)范圍是20Hz-20KHz,在如此寬闊的頻帶范圍內,人耳對不同頻率的聽(tīng)覺(jué)靈敏度具有極大的差異。杜比AC-3根據這個(gè)特性,將各聲道的音響頻道劃分為許多大小不等的狹窄頻帶,各個(gè)子頻帶與人耳臨界頻帶的寬度相接近,保留有效的音頻,將不同的噪聲頻率緊跟每個(gè)聲道信號進(jìn)行編碼,即編碼噪聲只能存在于編碼音頻信號的頻帶內。這樣能夠更陡峭地濾除掉編碼噪聲,將頻帶內多余信號和無(wú)音頻信號的編碼噪聲降低或除掉,而將有用的音頻信號保留下來(lái)。AC-3系統精確地運用了掩蔽效應和“公用位元群”的設計方法,使數據壓縮效率大大提高,且具有很高水平的音質(zhì)。該系統的比特率是根據個(gè)別頻譜的需要,或者音源的動(dòng)態(tài)狀況,再分配到每個(gè)窄頻段,它設計了內置的聽(tīng)覺(jué)掩蓋程序,可讓編碼器改變其頻率靈敏度和時(shí)間分解力,以確保有充足的比特被采用,掩蓋掉噪聲,而良好地記錄音樂(lè )信號。
為了高效地利用有限的信息傳輸介質(zhì)(光盤(pán)、膠片等),它在壓縮音頻信號時(shí)與其它壓縮系統一樣,利用人耳的聽(tīng)覺(jué)特性,根據當時(shí)的具體情況,將某些聲道的系數合并(這些聲道系數反映了那個(gè)頻帶的能量大小),以便提高壓縮率。并不是所有聲道都能進(jìn)行這種合并。編碼器可根據各聲道的信息特征自動(dòng)決定和調整,只有相似的聲道才能混合在一起,若壓縮比不要求很高時(shí)也不必合并。一般情況下,合并的起始頻率越高,音質(zhì)就越好,但要求數據傳輸速率也越高。當取樣頻率為48KHz時(shí),合并的起始頻率應為3.42MHz;若取樣頻率為44.1KHz時(shí),起始頻率應為3.14MHz。若硬件和軟件搭配適當,AC-3的音質(zhì)可達到或接近CD唱片的水平。
(2)杜比AC-3解碼器簡(jiǎn)易方框圖
AC-3解碼器輸入信號是一組頻譜信號,它是由時(shí)域信號PCM數據經(jīng)過(guò)時(shí)-頻變換而得到。該頻譜數據流分為指數部和尾數部?jì)刹糠?,指數部分采用差分方式進(jìn)行編碼,編碼后的指數代表了整個(gè)信號的頻譜,可作為頻譜包絡(luò )的參數。其尾數部分按照比特分配的結果進(jìn)行量化。于是,量化尾數和頻譜包絡(luò )形成了AC-3碼流的主要信息,連同其它輔助信號(例如比特分配等)構成了AC-3比特流。
圖2.3.4是AC-3系統的解碼方框圖,它是AC-3編碼的逆過(guò)程。AC-3比特流首先進(jìn)入緩沖級,然后以幀為處理單元進(jìn)行誤碼糾錯,經(jīng)糾錯處理后對比特流中的固定數據(指數數據、匹配系數、模式符號等)解碼,使數據比特流恢復為原來(lái)的比特分配。

評論