数字音频压缩编码的特点和应用

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1、数字音频压缩编码的特点及应用新疆广电局631台陈建国摘要：音频信号数字化后，如果不加压缩地直接进行传输将占用很大的带宽，频谱利用极不经济。因此，数字音频压缩就成为数字音频广播首先要解决的主要问题。关键词：数字音频压缩频谱掩蔽效应时间掩蔽效应冗余1引言随着数字化时代的来临，数字技术已渗透到广播领域的方方面面。数字音频广播（DAB）更是以其诸多的优点而越来越受到各国的普遍重视，传统的模拟广播被其所取代已只是个时间问题，这必将成为广播事业发展史上的又一场重大革命。但是，由于音频信号数字化后比特数明显增加，如果不加压缩

2、地直接进行传送，将会占有极大的带宽。例如，一套立体声节目进行A/D转换后，若取样频率为48KHZ，每样值按16bit量化，则数码率为2×48KHZ×16bit=1.536Mb/S，考虑到为纠正传输过程中的差错，需人为加入一定的纠检错编码，设信道编码率R=1/2则实际要传送的数码率为2×1.536Mb/S，即使频带利用率按最高的2bit/S·HZ计算，传送一套立体声节目所需的射频带宽仍为2×1.536Mb/S÷2bit/S·HZ=1.536MHZ，这约等于现行模拟FM电台带宽的7.5倍。这将给信号的传输和处理都带

3、来许多困难，因此必须采取音频压缩技术对音频数据进行处理，才能有效地利用频谱资源。2数字音频压缩编码的特点数字音频压缩编码的任务除了对音频数据信号进行有效压缩之外，还必须要保证压缩后的信号不产生失真。为实现上述目的，数字音频压缩编码采取去除声音信号中冗余成分的方法来实现。所谓冗余成分指的是不能被人耳感觉到，听到的信号，它们对声音信号的音色、音调、发音位置的确定没有任何作用，在信号处理过程中可以将它们视为无用信号而不用传送。哪些信号属于冗余信号呢？首先，人耳所能察觉的声音信号的频率范围为20HZ～20KHZ，除此之

4、外的其它频率人耳无法察觉，都可视为冗余信号。此外，根据人耳听觉的生理和心理声学现象，当一个强音信号与一个弱音信号同时存在时，弱音信号将被强音信号所掩蔽而听不见，这样弱音信号就可以视为冗余信号而不用传送。这就是人耳听觉的掩蔽效应，主要表现在频谱掩蔽效应和时间掩蔽效应，现分别介绍如下：2.1频谱掩蔽效应人耳在安静的环境中所能感觉到的最小声音强度与频率之间的关系称为静听域，如图1所示：dB同听阈曲线250.21静听域曲线0KHZ200.5图1频率掩蔽效应由图中我们可以看出人耳对3KHZ～4KHZ的声音最敏感，而对频率

5、太低或太高的声音信号都很迟钝，当有一个频率为1KHZ、强度为70dB的声音出现时，静听域曲线将变成同听阈曲线，由图中我们可以看出在0.5KHZ以下、5KHZ以上的部分,由于离1KHZ强信号较远，不受1KHZ强信号影响,静听域曲线和同听阈曲线重合；而在0.5KHZ～5KHZ范围，由于1KHZ强音的出现,静听域曲线将变成同听阈曲线，人耳在此范围所能感觉到的最小声音强度大幅提升，也就是说如果此时有其它频率的声音信号，它的声音强度在同听阈曲线之下，由于它被1KHZ强音信号所掩蔽，那么此时我们人耳只能听到1KHZ的强音信

6、号而根本听不见其它弱信号，这些与1KHZ强音信号同时存在的弱音信号就可视为冗余信号而不必传送。如果有多个频率的声音信号同时存在，那么根据它们各自的同听阈曲线又可组成总同听阈曲线，所有位于总同听阈曲线下的声音信号都可视为冗余信号而不必传送。2.2时间掩蔽效应当强音信号和弱音信号同时出现时，还存在时间掩蔽效应。其时间掩蔽过程曲线如图2所示，分为前掩蔽、同期掩蔽和后掩蔽三部分。声级dB同期掩蔽后掩蔽前掩蔽图2时间掩蔽效应t由图2我们可以看出，人耳在听到强信号之前的短暂时间内，人耳所能察觉的最小声音强度提升，业已存在的

7、弱信号可以被掩蔽而听不到称为前掩蔽。当强信号与弱信号同时存在时，弱信号被强信号所掩蔽而听不到称为同期掩蔽。当强信号消失后，需经过较长的一段时间才能重新听见弱信号称为后掩蔽，这些被掩蔽的弱信号即可视为冗余信号。3小结根据以上的分析，我们可以看出数字音频压缩编码是巧妙地利用人耳的生理和心理听觉特性，通过去除声音信号中大量的人耳感觉不到的冗余成分，来实现大幅度压缩数字音频数据的目的。通过这种方法我们可以有效地使比特率降低为原来的1/7，而音质不受影响，从而实现音频数据的有效压缩。