多媒体技术音频编码基础和标准

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1、2.3音频编码基础和标准2.3.1音频编码基础2.3.2音频编码标准2.3.1音频编码基础一、压缩编码的必要性二、音频编码基础三、音频编码的分类压缩编码的必要性多媒体音频数据的存储和传输中，必须压缩数据。利用音频编码压缩数据。高质量音频采样数据率（每秒比特数）：信号类型频率范围（HZ）采样率（KHZ）量化精度（位）数据率（位/秒）电话话音200～34008864k高质量音频20～20K44.116705.6k压缩编码数据率：信号类型数据率（位/秒）压缩编码标准数据率(位/秒)数据率(字节/分钟)I

2、P电话话音64kG.7235.3k40K705.6k44.1128k960k3压缩编码的必要性数据压缩造成音频质量的下降、计算量的增加。人们在实施数据压缩时，要在音频质量、数据量、计算复杂度三方面进行综合考虑。各领域的专家致力于算法的研究，众多的企业致力于芯片和产品的研制，国际标准化组织也先后推出一系列建议。高质量高效率的音频压缩技术广泛地用于多媒体应用、音像制品、数字广播、数字电视等领域。4音频编码基础从信息保持的角度讲,只有当信源本身具有冗余度,才能对其进行压缩。根据统计分析结果，语音信号存在

3、着多种冗余度，其最主要部分可以分别从时域和频域来考虑。另外由于语音主要是给人听的，所以考虑了人的听觉机理，也能对语音信号实行压缩。1、时域信息的冗余度2、频域信息的冗余度3、人的听觉感知机理51、时域信息的冗余度幅度的非均匀分布一般语音中小幅度样本比大幅度样本出现的概率要高，并且通话中必然会有间隙，更会出现大量低电平样本。因此．语音信号取样值的幅度分布是非均匀的，可以采用非均匀量化对其编码。样本间的相关对语音波形的分析表明，取样数据的最大相关性存在于邻近样本之间，并且取样速率越高，样本间相关性

4、越强。根据相关性，可利用N阶差分编码技术，进行有效的数据压缩。61、时域信息的冗余度（续）周期之间的相关虽然语音信号需要一个电话通路提供整个200～3400HZ的带宽，但在特定的瞬间，某声音只有少数频率成分在作用，它们在周期域周期间，存在着一定的相关性。基音之间的相关人说话声音分为浊音和清音，浊音不仅有周期间的冗余度，还对应于音调间隔的长期重复波形。71、时域信息的冗余度（续）静音系数两人间打电话，平均每人的讲话时间为通话总时间的一半，另一半时间听对方讲。听的时候—般不讲活，而即使是在讲话的

5、时候，也会出现停顿。声音间隔本身就是一种冗余，若能正确检测出该静比段，便可“插空”传输更多的信息。长时自相关函数上述周期间等相关性，都是在20ms间隔内进行统计的所谓短时自相关。如果在较长的时问间隔(如几十秒)进行统计，便得到长时自相关函数。82、频域信息的冗余度非均匀的长时功率谱密度在相当长的时间间隔内进行统计平均，可得到长时功率谱密度函数．其功率谱呈现强烈的非平坦性。从统计的观点看，这意味着没有充分利用结定的频段，有固有的冗余度语音特有的短时功率谱密度语音信号的短时功率谱，在某些频率上出

6、现峰值，这些峰值频率不只一个，但最主要的是第一和第二个，由它们决定不同的语音特征。93、人的听觉感知机理人的听觉具有掩蔽效应当两个响度不同的声音作用于人耳时，响度较高的频率成分会影响对响度较低频率成分的感受。人耳对不同频段的声音敏感度不同低频成分容易掩蔽高频成分。即使是对同样声压级的声音，人耳的实际感觉到的音量也是随频率而变化。人耳对语音信号的相位变化不敏感入耳听不到或感知极不灵敏的声音分量都不妨视为冗余的。10音频编码的分类音频编码分位三类：基于音频数据的统计特性进行编码,其典型技术是波形

7、编码。其目标是使重建语音波形保持原波形的形状；基于音频的声学参数，进行参数编码，可进一步降低数据率。其目标是使重建音频保持原音频的特性；基于人的听觉特性，进行感知编码。11音频编码的分类（续）波形编码：脉冲编码调制（PCM）自适应脉冲编码调制（APCM）差值脉冲编码调制（DPCM）自适应差值脉冲编码调制（ADPCM）参数编码：预测方式：前向/后向，短时/长时参数类型：LPC，LSP，CEP激励方法：编码策略：合成-分析法感知编码---MPEG，AC-3122.3.2音频编码标准当前编码技术发展的一

8、个重要的方向就是综合现有的编码技术，制定全球的统一标准，使信息管理系统具有普遍的互操作性并确保了未来的兼容性。国际上，对于语音信号压缩编码的审议在CCITT下设的第十五研究组进行，相应的建议为G系列，多由ITU发表。13CCITT和ISO先后提出一系列有关音频编码的建议，推荐的标准：1972年：G.711---64kb/sPCM编码标准。1984年：G.721---32kb/s自适应差值脉冲编码（ADPCM）G.722---64kb/s子带ADPCM编码标准G.723.1---5.