Lch10_MPEG声音

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1、多媒体技术教程第10章MPEG声音林福宗清华大学计算机科学与技术系linfz@mail.tsinghua.edu.cn2008年9月第10章MPEG声音目录10.1听觉系统的感知特性10.4MPEG-2Audio10.1.1.对响度的感知10.4.1MPEG-2Audio简介10.1.2.对音高的感知10.4.2MPEG-2Audio使用的10.1.3.掩蔽效应环绕声10.2感知声音编码10.4.3MPEG-2Audio的后向10.2.1MPEG声音的压缩依据兼容结构10.2.2感知子带编码10.2.3杜比数字编码10.3MPEG-1Audio1

2、0.3.1声音编码10.3.2声音的性能10.3.3子带编码10.3.4多相滤波器组10.3.5编码层2011年1月17日第10章MPEG声音2/35第10章MPEG声音前言MPEG声音的数据压缩和编码不是依据波形本身的相关性和模拟人的发音器官的特性，而是利用人的听觉系统的特性来达到压缩声音数据的目的，这种压缩编码称为感知声音编码进入20世纪80年代，人类在利用自身的听觉系统的特性来压缩声音数据方面取得了很大的进展，先后制定了MPEG-1Audio,MPEG-2Audio，MPEG-2AAC和MPEG-4Audio等标准[1][2][3][

3、4]，并把它们统称为MPEG声音。本章涉及的许多具体算法已经超出本教材的要求。为给需要深入研究和具体开发产品的读者提供方便，本章提供了大量宝贵的参考文件和站点地址2011年1月17日第10章MPEG声音3/3510.1听觉系统的感知特性10.1.1对响度的感知声音的响度就是声音的强弱在物理上，用dyn/cm2(达因/平方厘米)(声压)或W/cm2(瓦特/平方厘米)(声强)度量在心理上，主观感觉的声音强弱使用响度级“方(phon)”或“宋(sone)”来度量这两种计量单位完全不同，但它们之间有一定的联系人耳的听觉范围听阈：当声音弱到

4、人耳朵刚可听见时的声音强度痛域：声音强到使人耳感到疼痛时的声音强度听觉范围：位于听阈和痛域之间，见图10-12011年1月17日第10章MPEG声音4/3510.1听觉系统的感知特性(续1)图10-1“听阈—频率”曲线和“痛阈—频率”曲线2011年1月17日第10章MPEG声音5/3510.1听觉系统的感知特性(续2)10.1.2对音高(频率)的感知客观上用频率表示声音的音高，其单位是Hz。而主观感觉的音高单位则是“美(Mel)”。主观音高与客观音高的关系为Mel1000log(1f)2其中，f的单位为Hz，Hz和Mel不同但有联系

5、人耳对频率的感知范围，可以听到最低频率约20Hz最高频率约20000Hz2011年1月17日第10章MPEG声音6/3510.1听觉系统的感知特性(续3)音高-频率曲线测量主观音高时，让实验者听两个声强级为40dB的纯音，固定其中一个纯音的频率，调节另一个纯音的频率，直到他感到后者的音高为前者的两倍，就标定这两个声音的音高差为两倍。测出的“音高—频率”曲线见图10-2“音高—频率”曲线图10-22011年1月17日第10章MPEG声音7/3510.1听觉系统的感知特性(续4)10.1.3掩蔽效应一种频率的声音阻碍听觉系统感受另一种频

6、率的声音的现象前者称为掩蔽声音(maskingtone)后者称为被掩蔽声音(maskedtone)掩蔽可分成频域掩蔽和时域掩蔽频域掩蔽一个强纯音掩蔽在其附近同时发声的弱纯音的特性，也称同时掩蔽(simultaneousmasking),如图10-3所示2011年1月17日第10章MPEG声音8/3510.1听觉系统的感知特性(续5)图10-3频域掩蔽2011年1月17日第10章MPEG声音9/3510.1听觉系统的感知特性(续6)图10-4中的一组曲线表示为250Hz，1kHz和4kHz纯音的掩蔽效应，它们的声强均为60dB250H

7、z，1kHz和4kHz附近，对其他纯音的掩蔽效果最明显低频纯音可有效地掩蔽高频纯音，相反则不明显图10-4不同纯音的掩蔽效应曲线2011年1月17日第10章MPEG声音10/3510.1听觉系统的感知特性(续7)临界频带(criticalband)人耳刚可感知两种频率的声音有差别的频率范围通常认为声音(audio)有25个临界频带，见表10-1临界频带的宽度随声音频率的变化而变化在低频端，宽度小于100Hz，可认为接近于常数在高频端，宽度近似线性增加，宽度可大到4kHz临界频带的单位为Bark(巴克)1Bark等于一个临界频带的

8、宽度2011年1月17日第10章MPEG声音11/3510.1听觉系统的感知特性(续8)表10-1理想的临界频带[6]2011年1月17