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[图文]数字音频压缩编码标准         ★★★
数字音频压缩编码标准
作者:imefan 文章来源:本站原创 点击数: 更新时间:2008-2-13 22:18:19

 

  在音频压缩技术中通常使用信源编码技术来去除音频信号的冗余,使用心理声学掩蔽技术来找出并去除不相关的内容(听不到的样值)。两种主要的数据压缩技术为:
    ·时域预测编码:对连续样值间的差值进行差分编码。
    ·频域变换编码:将线性PCM音频样值块从时域变换到频域,再分成一些特定的频带。

1、 MPEG-1音频标准

    MPEG-1(ISO/IEC 11172)主要用于“最高码率到1.5Mbps的活动图象和音频的编码”。标准的音频部分定义了以32,44.1和48kHz取样的PCM信号进行编码的三种层(层I、层II和层III)。MPEG-1音频标准的基础为MUSICAM(掩蔽型通用子带综合编码和复用)和ASPEC(自适应(声频)频谱感知熵编码)。MPEG音频编码器和解码器的基本结构框图示于下面两个图。

            MPEG音频编码器的基本结构

 

 

 

 

 

 

 

             

 MPEG音频解码器的基本结构

    在MPEG音频标准中有三种编码层,支持下列工作方式:
    ·单声道(一路声道);
    ·双路单声道(两个不同的音频声道);
    ·立体声;
    ·联合立体声(利用了立体声声道之间的相关性)。
    层I采用了基本的算法,而层II和层III相应于层I进行了一些增强。

     MPEG层I和层II的帧结构不同但长度相同,这样可使比特流的解码简单。层II与层I相类似,但在设计上较层I更复杂精密一些。层II的目的是想通过一个合适 数据率及并不太高的成本来实现高保真的音质。

    层III结合了与MUSICAM和ASPEC一样的基本要素, 并且较层I和层II更加复杂;

    下图示出一个MPEG音频编码器。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

      

                  MPEG音频编码器框图

2、 MPEG-2音频标准
   MEPG-2的音频标准(ISO/IEC DIS 13818-3)是在原MEPG-1音频标准(ISO/IEC11172-3)的基础上发展起来的。MPEG-2的成功之处就在于它在低比特率情况下对音质的提高和对声音信号空间表现的改善,这其中包括多声道立体声(环绕声)和多语种节目。
    MPEG-2音频标准可分为低取样频率标准、多声道标准及多语种标准。在此仅对MPEG-2与MPEG-1的不同之处做以下介绍。

 1)低采样频率算法
     为了在低于64kbps的低取样频率下能得到高质量质量声音,相对于MPEG-1标准,采用了三个新取样频率:16kHz、22.05kHz和24kHz。在比特流中增加了记有新取样频率和比特率的部分,并且更改了加入的比特分配表及心理声学模型。
 
 2)多声道/多语种算法
     它是为了将MPEG-1标准与三声道以上的多声道音频及多语种音频相对应而引入的。它的一个特点是与MPEG-1标准具有兼容性。

 1)多声道格式
   
                                                多声道输入音频信号表

输 入

输 出

3/2(L,C,R,Ls,Rs)

3/2(L,C,R,Ls,Rs)

3/0(L,C,R)+2/0(Ls,Rs)

3/1(L,C,R,S)

3/1(L,C,R,S)

2/2(L,R,Ls,Rs)

2/2(L,R,Ls,Rs)

2/1(L,R,S)

2/0(L,R)+2/0(Ls,Rs)

3/0(L,C,R)

3/0(L,C,R)

2/0(L,R)

2/1(L,R,S)

1/0

2/0(L,R)

 

1/0

 

  共有9种,有7种输出可与之对应。基本方式为ITU-R等标准化机构推荐的3-2方式,即前方左(L)右(R)声道、中央声道(C)和后方的左(Ls)右(Rs)环绕声道组成。

     另外,在主声道以外,还可以附加电影使用的LFE(低频加强声道)供使用者选用。LFE声道的频带为15~120Hz,取样频率为主声道的1/96。它的扬声器置于L与C的中间。
 
 2)MPEG-1的前向/后向兼容性
     多声道方式具有与MPEG-1的后向兼容性,这是非常重要的。所以,多声道编码后的比特流能用MPEG-1解码器恢复为双声道,但用MPEG-1解码器重放的两声道声音不仅是有左右声道信息,其中也包括了中间声道及环绕声道信息。当然用MPEG-2解码器重放时L,C,R,Ls,Rs各信号可分别重放出来.

 

                                                    MPEG-2音频编码器框图
 

 

                                              MPEG-2音频解码器框图

 

 

3、 AC-3 音频编码

     AC-3音频编码由Dolby(杜比)开发用于多声道音频编码,它将5个全带宽音频声道(3Hz到20kHz,包括左、中、右、左环绕、右环绕和一个低频增强声道(3Hz到120Hz))编码成一个384kbps的数据流。这种音频编码已作为美国ATSC数字电视的音频标准。


  
AC-3的编解码器框图示于下图

 
AC-3的自适应变换型编解码器                     

  立体声格式的AC-3可在192kbps的数据率下提供高质量的声音。AC-3格式也传送描述节目的原始制作格式(单声道、立体声、矩阵方式等)的数据,能够对可选择的压缩动态范围进行编码,为带有重低音重放的扬声器系统提供重低音的输出路径,并且可提供对节目的增益控制。AC-3可以处理20Hz~20kHz带宽的24比特数字音频信息;重低音通道从20Hz至120Hz;可支持32,44.1,48kHz的采样频率。数据率从32kbps的单声道至640kbps的5.1声道,均有十分广泛的应用。
   

文章录入:imefan    责任编辑:ImEfan 
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