音頻編碼和解碼原理

礎(chǔ)，后級(jí)設(shè)置了動(dòng)態(tài)串話電路，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(shè)置該電路增加了MPEG-2解碼器的復(fù)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(shù)據(jù)，動(dòng)態(tài)串話模式，多聲道預(yù)測(cè)信息，通道預(yù)測(cè)選擇信號(hào)等，諸信息傳遞給復(fù)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(hào)。
MPEG-2解碼器基本上是編碼器的逆過(guò)程，其電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單一些，運(yùn)算量小一些。解碼器的解碼轉(zhuǎn)換矩陣可輸出5路信號(hào)，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(hào)；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(jì)可輸出7路音頻信號(hào)。

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(jí)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(jí)方法可對(duì)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(tǒng)。
通過(guò)MPEG-4音頻編碼，可以存儲(chǔ)、傳送多種音頻內(nèi)容。它具有高質(zhì)量的音頻信號(hào)(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(hào)(例如7KHz寬的語(yǔ)音)，也可傳送窄帶寬語(yǔ)言信號(hào)(例如長(zhǎng)途電話)?？梢詡鬏?、制作可理解的各種語(yǔ)音信號(hào)。可以合成語(yǔ)言，例如進(jìn)行音素或其它記號(hào)為基礎(chǔ)的文本轉(zhuǎn)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(chǔ)上，于1990年杜比公司與日本先鋒公司合作，采用先進(jìn)的數(shù)位壓縮技術(shù)，推出新穎的全數(shù)字化杜比數(shù)碼環(huán)繞聲系統(tǒng)。它可使多聲道信號(hào)有更多的信息被壓縮到雙聲道中去，并將這種系統(tǒng)稱為AC-3。AC是英語(yǔ)“音頻感覺(jué)編碼系統(tǒng)”的縮寫詞。AC-3技術(shù)首先應(yīng)用到電影院，后來(lái)又進(jìn)入普通家庭。
杜比AC-3系統(tǒng)設(shè)置完全獨(dú)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(jié)構(gòu)，AC-3系統(tǒng)又稱為5.1聲道。

2、杜比AC-3的基本原理
(1)應(yīng)用聽(tīng)覺(jué)掩蔽效應(yīng)開(kāi)發(fā)出自適應(yīng)編碼系統(tǒng)
AC-3技術(shù)的理論基礎(chǔ)，也是利用心理聲學(xué)中的聽(tīng)覺(jué)閾值和掩蔽效應(yīng)，但具體技術(shù)上與MPEG標(biāo)準(zhǔn)又有所不同。
對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)，都要進(jìn)行數(shù)據(jù)壓縮，將沒(méi)有用途或用途不大的數(shù)據(jù)信息忽略掉。為此，可以應(yīng)用聽(tīng)覺(jué)閾值和掩蔽規(guī)律，省略掉那些多余的數(shù)據(jù)信息。杜比公司除運(yùn)用上述聲學(xué)原理外，還運(yùn)用了它擁有的杜比降噪技術(shù)，開(kāi)發(fā)出數(shù)碼化的“自適應(yīng)編碼”系統(tǒng)。這是一種極具選擇性和抑制噪聲能力的自適應(yīng)編碼體系。杜比公司依據(jù)音響心理學(xué)的基本原理，在未輸入音樂(lè)信號(hào)時(shí)，保持寧?kù)o狀態(tài)；當(dāng)輸入音樂(lè)信號(hào)時(shí)，對(duì)復(fù)雜的音頻信號(hào)進(jìn)行分析和分解，用較強(qiáng)信號(hào)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(hào)，經(jīng)過(guò)這種處理方法，可以大大減少需要處理的數(shù)據(jù)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(nèi)，人耳對(duì)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(jù)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(hào)進(jìn)行編碼，即編碼噪聲只能存在于編碼音頻信號(hào)的頻帶內(nèi)。這樣能夠更陡峭地濾除掉編碼噪聲，將頻帶內(nèi)多余信號(hào)和無(wú)音頻信號(hào)的編碼噪聲降低或除掉，而將有用的音頻信號(hào)保留下來(lái)。AC-3系統(tǒng)精確地運(yùn)用了掩蔽效應(yīng)和“公用位元群”的設(shè)計(jì)方法，使數(shù)據(jù)壓縮效率大大提高，且具有很高水平的音質(zhì)。該系統(tǒng)的比特率是根據(jù)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(shè)計(jì)了內(nèi)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(hào)。
為了高效地利用有限的信息傳輸介質(zhì)(光盤、膠片等)，它在壓縮音頻信號(hào)時(shí)與其它壓縮系統(tǒng)一樣，利用人耳的聽(tīng)覺(jué)特性，根據(jù)當(dāng)時(shí)的具體情況，將某些聲道的系數(shù)合并(這些聲道系數(shù)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(jù)各聲道的信息特征自動(dòng)決定和調(diào)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(shù)據(jù)傳輸速率也越高。當(dāng)取樣頻率為48KHz時(shí)，合并的起始頻率應(yīng)為3.42MHz；若取樣頻率為44.1KHz時(shí)，起始頻率應(yīng)為3.14MHz。若硬件和軟件搭配適當(dāng)，AC-3的音質(zhì)可達(dá)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(hào)是一組頻譜信號(hào)，它是由時(shí)域信號(hào)PCM數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)時(shí)－頻變換而得到。該頻譜數(shù)據(jù)流分為指數(shù)部和尾數(shù)部?jī)刹糠郑笖?shù)部分采用差分方式進(jìn)行編碼，編碼后的指數(shù)代表了整個(gè)信號(hào)的頻譜，可作為頻譜包絡(luò)的參數(shù)。其尾數(shù)部分按照比特分配的結(jié)果進(jìn)行量化。于是，量化尾數(shù)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(hào)(例如比特分配等)構(gòu)成了AC-3比特流。
圖2.3.4是AC-3系統(tǒng)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(jí)，然后以幀為處理單元進(jìn)行誤碼糾錯(cuò)，經(jīng)糾錯(cuò)處理后對(duì)比特流中的固定數(shù)據(jù)(指數(shù)數(shù)據(jù)、匹配系數(shù)、模式符號(hào)等)解碼，使數(shù)據(jù)比特流恢復(fù)為原來(lái)的比特分配。