MM07-3.1音频编码技术.ppt

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1、3.1音频编码技术2音频的分类音频频率范围低频声音(Infra-sound)：0Hz－20Hz人类听觉频率范围的声音：20Hz－20kHz高频(Ultrasound)：20kHz－1GHz超声波(Hypersound)：1GHz－10THz不同音频的带宽电话语音：200Hz－3.4kHz调幅广播：50Hz－7kHz调频广播：20Hz－15kHz宽带音响:20Hz－20kHz3声音信号的数字化对模拟信号的处理比较复杂，难于精确控制，成本高。将模拟信号转换成数字信号，处理简单，精确。模拟信号与数字信号在时间和幅度上

2、都是连续的信号称为模拟信号在时间和幅度上都是用离散的数字表示的信号称为数字信号4声音信号的数字化声音信号的数字化采样在某特定时刻对模拟信号进行测量叫采样。采样的时间间隔称为采样周期，采样可分为均匀采样（每隔相等的一段时间进行采样）和非均匀采样，每秒钟采样的次数称为采样频率。量化把信号幅度划分成若干小段，若每段都是相等的，称为线性量化，否则称为非线性量化。编码按照一定的格式把经过采样和量化得到的离散数据记录下来，并在有效的数据中加入一些用于纠错、同步和控制的信息。5声音信号的数字化采样频率根据奈奎斯特理论，

3、采样频率不低于声音信号最高频率的两倍。这样就能把数字表达的声音还原成原来的声音，称为无损数字化。采样精度用样本值的二进制位数来表示。位数越多精度越高，数据量也越大。6音频编码的目的在于压缩数据。在进行压缩时，要在音频质量、数据量、计算复杂度三方面进行考虑。音频编码的分类：基于人的听觉特性进行编码(波形编译码器)其目标是使重建语音波形保持原波形的形状。适应性强，音频质量高，但压缩比不大。如：PCM、DPCM、APCM、ADPCM基于音频的声学参数进行参数编码(音源编译码器)这类编码数据率低，但质量清晰度低。混合

4、编码如，码本激励线性预测编码（CELP）音频编码算法的评价数据的压缩必然引起音频质量的降低。评价编码/解码器一般根据以下几个参数：音频质量、数据率、编码/解码延时和算法复杂度。3.1.1音频编码基础7音频编码基础对于音频质量的评价分为客观评定和主观评定。客观评定是通过测量一些特性来评价，如信噪比SNR。广泛使用的是主观评定，以主观意见打分（MeanOpinionScore-MOS）来度量：5优；4良；3中；2差；1劣数字音频的质量与采样频率和量化精度有关。数字音频可分以下几个等级：信号类型频率范围（Hz）采样率

5、（KHz）量化精度（位）电话话音200—340088宽带音频50—70001616调频广播20—1500037.816高质量音频20—2000044.116SNR＝10log[(Vsignal)2/(Vnoise)2]＝20log(Vsignal/Vnoise)8音频编码基础音质与数据率248163264kbits/S54321PCM波形编码LPC混合编码研究目标质量其中混合编码是指波形编码与音源编码方法的混合。9音频压缩编码的基本方法音频压缩方法无失真压缩有失真压缩Huffman编码行程编码波形编码参数编码矢

6、量和激励线性预测VSELP多脉冲线性预测MP-LPC码本激励线性预测CELP线性预测LPC矢量量化子带编码自适应变换编码ATC心理学模型全频带编码PCMDPCMADPCM混合编码10脉冲编码调制(PulseCodeModulation—PCM)波形编码AF为低通滤波器，WC为采样器，SS为量化间隔生成器在量化中将量化值表示成：x^(n)=x(n)+e(n),e(n)为量化误差（量化噪声）11PCM的量化方式均匀量化又称线性量化，用相等的量化间隔对采样得到的信号作量化。这种方法对大/小输入信号都用相同的量化间隔。

7、为了满足幅度大的输入信号，同时又满足精度的要求，就需要增加样本位数。话音信号出现大信号的机会不多，增加的样本位数没有充分利用。12PCM的量化方式非均匀量化是对大的输入信号采用大的量化间隔，小的输入信号采用小的量化间隔，这样在满足精度的情况下，样本数据用较少的位数来表示。瞬时压扩：根据CCITT的G.711标准，对非均匀量化有μ律压扩和A律压扩。量化前用对数函数将幅度压缩，解码后再用指数函数进行幅度扩张。13瞬时压扩律压扩用于北美和日本等地的数字电话通信中，量化输入/输出关系为：为确定压缩量的参数，反映最大

8、与最小量化间隔之比。A律压扩用于欧洲和中国等地的数字电话通信中，量化输入/输出关系为：14PCM在通信中应用PCM早期主要用于话音通信中的多路复用。在电信网中，传输媒体费用约占总成本的65%，设备费用占总成本的35%。提高线路利用率的两种方法：（1）频分多路复用（FDM）Frequency-divisionmultiplexing，即把传输信道的频带分成好几个窄带，每个窄带传送一路信号