mp3音频解码的仿真实现

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1、`第一章　MP3音频概述1.1MP3的历史运动图像及其伴音通用的压缩编码技术是多媒体计算机、多媒体数据库、多媒体通信、数字化电视、高清晰度电视以及交互式电视系统中的关键技术。要解决上述应用中的传输和存储问题，必须要采用压缩编码技术。从最早提出PCM编码理论开始，迄今己有50多年的历史，很多科学家、工程师先后提出了预测编码、变换编码、矢量量化编码、信息嫡编码、子带编码、结构编码以及基于知识的编码等。其的目的就是为了从原始数据中去除信息的时间冗余、空间冗余、信息嫡冗余、结构冗余、知识冗余以及视觉的冗

2、余，保留有用的信息，以便提高信息处理、传输和存储效率。从八十年代开始，很多大的国际性公司，为了设计开发多媒体计算机系统以及通信系统，专门研制了自己的音频视频信息压缩解压缩算法，为了提高速度，投入了大量研究经费，设计制造了专用集成电路，当时在国际市场上取得了良好的经济效益和社会交易。但是随着国际标准化组织ISO(TheIntemationalOrganizationforStandardization）先后制定了ISO/IEC10918[连续色调静态图象的数字压缩和解码(JPEG)]、ISO/IE

3、CI1172(具有1.5/Mbit/s数据传输率数字存储媒体运动图象及其伴音的标准MPEG-I)以及CCITT制定的H.261(Px64Kbps视声业务视象编码方式)等标准，使得一些不符合国际标准的产品的技术发展受到限制。国际标准化组织于1988年就成立一个致力于制订有关运动图像压缩编码的组织。组织在工作一开始就考虑到相关标准化组织的研究成果，如JPEG和H.261标准。运动图像可以看成是静止图像的一个系列，所以图象运用的帧内解码器中就采用了JPEG推荐的技术，此外又加进了帧间压缩技术(运动补偿

4、技术)。到1992年MPEG正式推出了MPEG-I标准草案，1993年正式通过。MP3就是MPEG标准中的音频标准中的一部分。1987年，IIS开始进行有关实用的音频编码方面的工作。它们同Erlangen大学合作开展了一个项目，最后IIS提出了一个非常优秀的算法，也就是ISO-MPEG-I音频的第3层，同时通过的ISO11172-3标准也就成为了MPEG标准中的一部分。后来，在MPEG-I的基础上，又提出了MPEG-II的编码标准，该标准的音频部分与MPEG-I的音频部分在算法上基本一致，但提供

5、了与CCITT的G-722相类似的16KHz、22.05KHz和24KHz的采样速率，这样就使得MP3也可以用于低比特率(<64Kbit/s)语音通信中。同时，为了适应多通道语音通信的需要，新标准又提出了多语音通道的压缩方法，并且可以提供一个额外的LEF通道(lowfrequencyenhancementchannel)，该标准后来被命名为ISO13818-3标准。1.2MP3的特点MP3标准用尽可能低的码流位率实现CD音质的声音而不会产生数据损失。如果对于一段声音不进行压缩的话，那么每存储一秒

6、钟的立体声CD音质音乐必须用1.4Mbit，这是个十分大的开销。通过运用MPEG音频标准的压缩技术，我们可以把存储空间压缩到原来的十二分之一而不会降低声音的音质。即使使用二十四分之一的压缩因子，仍然比单纯降低采样频率的音质要好。表1.1MP3音质与码流位率音质带宽模式位流率压缩因子电话音质2.5kHzmono8kbps96:1短波4.5kHzmono16kbps48:1中波7.5kHzmono32kbps24:1调频11kHzstereo56...64kbps26...24:1接近CD15kHz

7、stereo96kbps16:1CD>15kHzstereo112...128kbps14...12:1从上表可以看出，采用MP3标准压缩的声音具有音质好，码率低的特点，而且根据国际上众多的视听测试，MP3提供了非常好的性能，根据测试，在10kHz的通道中完全可以实现立体声广播。1.3MP3的实现基础及局限性MP3之所以能够实现主要是因为人的听觉的特性以及编码技术的发展。最小听觉阈制值与声音掩蔽:人耳的听觉阈制并不是线性的，而且人耳对于不同的声音的感觉是不同的，强的声音往往可以淹没弱的声音。所以

8、在编码的时候就没有必要将所有的声音进行编码，这样就减小了数据量。Huffman编码技术:MP3使用了非常经典的Huffman算法，MP3使用Huffman算法实现压缩的最后步骤。在编码过程中，Huffman算法产生一个可变码长的位流，并且可以根据一个相应的表格解决码流不等长的问题，而且解码速度非常快，同时压缩比也较高，平均可节省20%的空间。MP3虽然有压缩比大的优点，但因为它的编码原理的限制，同样也存在缺点。MP3一个显著的缺点就是延迟时间长，它的最小理论延时是59ms，而实际上的值要比这要大