音頻編碼和解碼原理

礎(chǔ)，后級設(shè)置了動態(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)，動態(tài)串話模式，多聲道預(yù)測信息，通道預(yù)測選擇信號等，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。
MPEG-2解碼器基本上是編碼器的逆過程，其電路結(jié)構(gòu)簡單一些，運算量小一些。解碼器的解碼轉(zhuǎn)換矩陣可輸出5路信號，再經(jīng)過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，具有許多特點和功能，例如可分級性，有限時間音頻流，音頻變化/時間尺度變化，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言和音樂進行編輯，也能解決合成語言和音樂問題，它將成為多媒體世界的一個主要格式，將成為“全能”的系統(tǒng)。
通過MPEG-4音頻編碼，可以存儲、傳送多種音頻內(nèi)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。它可以傳送寬帶語言信號(例如7KHz寬的語音)，也可傳送窄帶寬語言信號(例如長途電話)?？梢詡鬏?、制作可理解的各種語音信號。可以合成語言，例如進行音素或其它記號為基礎(chǔ)的文本轉(zhuǎn)換；也可以合成音頻，例如支持音樂描述語言。

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“音頻感覺編碼系統(tǒng)”的縮寫詞。AC-3技術(shù)首先應(yīng)用到電影院，后來又進入普通家庭。
杜比AC-3系統(tǒng)設(shè)置完全獨立的6個聲道，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)用聽覺掩蔽效應(yīng)開發(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)中的聽覺閾值和掩蔽效應(yīng)，但具體技術(shù)上與MPEG標(biāo)準又有所不同。
對音頻信號進行數(shù)據(jù)處理時，都要進行數(shù)據(jù)壓縮，將沒有用途或用途不大的數(shù)據(jù)信息忽略掉。為此，可以應(yīng)用聽覺閾值和掩蔽規(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，在未輸入音樂信號時，保持寧靜狀態(tài)；當(dāng)輸入音樂信號時，對復(fù)雜的音頻信號進行分析和分解，用較強信號掩蔽噪聲，刪除聽覺界限以外，或由于頻率相近而音量小的信號，經(jīng)過這種處理方法，可以大大減少需要處理的數(shù)據(jù)信息。人耳的聽覺范圍是20Hz－20KHz，在如此寬闊的頻帶范圍內(nèi)，人耳對不同頻率的聽覺靈敏度具有極大的差異。杜比AC-3根據(jù)這個特性，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聲道信號進行編碼，即編碼噪聲只能存在于編碼音頻信號的頻帶內(nèi)。這樣能夠更陡峭地濾除掉編碼噪聲，將頻帶內(nèi)多余信號和無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。AC-3系統(tǒng)精確地運用了掩蔽效應(yīng)和“公用位元群”的設(shè)計方法，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)個別頻譜的需要，或者音源的動態(tài)狀況，再分配到每個窄頻段，它設(shè)計了內(nèi)置的聽覺掩蓋程序，可讓編碼器改變其頻率靈敏度和時間分解力，以確保有充足的比特被采用，掩蓋掉噪聲，而良好地記錄音樂信號。
為了高效地利用有限的信息傳輸介質(zhì)(光盤、膠片等)，它在壓縮音頻信號時與其它壓縮系統(tǒng)一樣，利用人耳的聽覺特性，根據(jù)當(dāng)時的具體情況，將某些聲道的系數(shù)合并(這些聲道系數(shù)反映了那個頻帶的能量大小)，以便提高壓縮率。并不是所有聲道都能進行這種合并。編碼器可根據(jù)各聲道的信息特征自動決定和調(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，合并的起始頻率應(yīng)為3.42MHz；若取樣頻率為44.1KHz時，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)可達到或接近CD唱片的水平。
(2)杜比AC-3解碼器簡易方框圖
AC-3解碼器輸入信號是一組頻譜信號，它是由時域信號PCM數(shù)據(jù)經(jīng)過時－頻變換而得到。該頻譜數(shù)據(jù)流分為指數(shù)部和尾數(shù)部兩部分，指數(shù)部分采用差分方式進行編碼，編碼后的指數(shù)代表了整個信號的頻譜，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(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編碼的逆過程。AC-3比特流首先進入緩沖級，然后以幀為處理單元進行誤碼糾錯，經(jīng)糾錯處理后對比特流中的固定數(shù)據(jù)(指數(shù)數(shù)據(jù)、匹配系數(shù)、模式符號等)解碼，使數(shù)據(jù)比特流恢復(fù)為原來的比特分配。