通信工程師設(shè)備環(huán)境培訓(xùn)音頻壓縮編碼技術(shù)

  1.音頻壓縮編碼技術(shù)
  對(duì)于不同類型的音頻信號(hào)而言，其信號(hào)帶寬是不同的，如電話音頻信號(hào)為200Hz。
  4kHz,調(diào)幅廣播音頻信號(hào)為50Hz-7kHz，調(diào)頻廣播音頻信號(hào)為20Hz-15kHz,激光唱盤音頻信號(hào)為10Hz-20kHz。隨著對(duì)音頻信號(hào)音質(zhì)要求的增加，信號(hào)頻率范圍逐漸增加，要求描述信號(hào)的數(shù)據(jù)童也就隨之增加，從而帶來處理這些數(shù)據(jù)的時(shí)間增長和傳輸、存儲(chǔ)這些數(shù)據(jù)的容量增加。
  音頻信號(hào)壓縮編碼方法
  一般來說，音頻信號(hào)的壓縮編碼有以下幾種主要類型。
  ①波形編碼
  波形編碼是在信號(hào)采樣和量化過程中考慮到人的聽覺特性，使編碼信號(hào)盡可能與原輸入信號(hào)匹配，又能適應(yīng)人的應(yīng)用要求，如全頻帶編碼（包括脈沖編碼調(diào)制PCM,瞬時(shí)、準(zhǔn)瞬時(shí)壓擴(kuò)PCM,自適應(yīng)差分ADPCM等）；子帶編碼（包括自適應(yīng)變換編碼ATC、心理學(xué)模型等）；矢最馕化。波形編碼的特點(diǎn)是在高碼率條件下可獲得卨質(zhì)量的音頻信號(hào)，適于高保處度語音和音樂信號(hào)的壓縮技術(shù)。
  ②參數(shù)編碼
  參數(shù)編碼是將音頻信號(hào)以某種模型表示，再抽出合適的模型參數(shù)和參考激勵(lì)信號(hào)進(jìn)行編碼；聲音重放時(shí)，再根據(jù)這些參數(shù)重建即可，這就是通常講的聲碼器（Vocoder)。參數(shù)編碼壓縮比很高，但計(jì)算量大，且不適合高保真度要求的場(chǎng)合。用此類方法構(gòu)成聲碼器的有：線性預(yù)測(cè)（LPC)聲碼器、通道聲碼器（Channel Vocoder)、共振峰聲碼器（Format Vocoder)等。
  ③混合編碼
  混合編碼是一種吸取波形和參數(shù)編碼的優(yōu)點(diǎn)，進(jìn)行綜合的編碼方法，如多脈沖線性預(yù)測(cè)MP-LPC，矢量和激勵(lì)線性預(yù)測(cè)VSELP,碼本激勵(lì)線性預(yù)測(cè)CELP,短延時(shí)碼本激勵(lì)線性預(yù)測(cè)編碼U>CEIJP，長時(shí)延線性預(yù)測(cè)規(guī)則碼激勵(lì)RPE-LTP等。
  不同質(zhì)攝要求時(shí)的音頻編碼技術(shù)選擇
  ①電話質(zhì)量的音頻壓縮編碼
  電話質(zhì)量語音信號(hào)頻率規(guī)定在300HZ?3.4kHz,如采用標(biāo)準(zhǔn)的脈沖編碼調(diào)制PCM,當(dāng)采樣頻率為8kHz和8bitS化時(shí)，所得數(shù)據(jù)速率為64kbit/s，即一個(gè)數(shù)字話路。CCITT制定的PCM標(biāo)準(zhǔn)G.711，速率為64kbit/s，采用非線性量化，其質(zhì)最相當(dāng)于12bii線性量化。
  電話信號(hào)的自適應(yīng)差分脈沖編碼調(diào)制ADPCM標(biāo)準(zhǔn)G.721，速率為32kbit/s。這一技術(shù)是對(duì)信號(hào)和它的預(yù)測(cè)值的差分信號(hào)進(jìn)行最化，同時(shí)再根據(jù)鄰近差分信號(hào)的特性自適應(yīng)改變量化參數(shù)，從而提髙壓縮比，又能保持一定信號(hào)質(zhì)最。因此ADPCM對(duì)中等電話質(zhì)量要求的信號(hào)能進(jìn)行高效編碼,而且可以在調(diào)幅廣播和交互式激光唱盤音頻信號(hào)壓縮中應(yīng)用。
  為了適應(yīng)低速率語音通信的要求，必須采用參數(shù)編碼或混合編碼技術(shù)，如線性預(yù)測(cè)編碼（LPC)、矢量量化（VQ)以及其他的綜合分析技術(shù)。其中較為典型的碼本激勵(lì)線性預(yù)測(cè)編碼CELP實(shí)際上是一個(gè)閉環(huán)LPC系統(tǒng)，由輸入語苷信號(hào)確定最佳參數(shù)，再根據(jù)某種最小誤差準(zhǔn)則從碼本中找出最佳激勵(lì)碼本矢量。CELP具有較強(qiáng)的抗干擾能力，在4-16kbit/s傳輸速率下，即可獲得較高質(zhì)量的語音信號(hào)。短時(shí)延碼本激勵(lì)線性預(yù)測(cè)編碼LD-CELP的標(biāo)準(zhǔn)G.728，速率為16kbit/s,其質(zhì)量與32kbit/s的G.721標(biāo)準(zhǔn)基本相當(dāng)。采用長時(shí)延線性預(yù)測(cè)規(guī)則碼本激勵(lì)RPE-LTP標(biāo)準(zhǔn)GSM,速率為13kbit/s。
  ②調(diào)幅廣播質(zhì)最的音頻壓縮編碼
  調(diào)幅廣播質(zhì)量音頻信號(hào)的頻率范圍是50Hz-7kHz.G.722標(biāo)準(zhǔn)是采用16kHz采樣14bit量化，信號(hào)數(shù)據(jù)速率為224kbit/s，采用子帶編碼方法，將輸入音頻信號(hào)經(jīng)濾波器分成卨子帶和低子帶兩個(gè)部分，分別進(jìn)行ADPCM編碼，再混合形成輸出碼流，224kbit/s可以被壓縮成64kbit/s,誠后進(jìn)行數(shù)據(jù)插人（最髙插人速率達(dá)16kbit/s),因此利用G.722標(biāo)準(zhǔn)可以在窄帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)網(wǎng)N-ISDN中的一個(gè)B信道上傳送調(diào)幅廣播質(zhì)量的音頻信號(hào)。
  ③髙保真環(huán)繞立體聲音頻壓縮編碼
  高保真環(huán)繞立體聲音頻信號(hào)頻宰范圍是50Hz-20kHz,采用44.1kHz采樣頻率，16bit量化進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)換，其數(shù)據(jù)速率每聲道達(dá)705kbit/s。國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO和CCITT聯(lián)合制垃的MPEG標(biāo)準(zhǔn).成為國際上公認(rèn)的髙保真環(huán)繞立體聲音頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)。MPEG音頻第一和第二層次編碼是將輸入音頻信號(hào)進(jìn)行采樣頻率為48kHz，44.1kHz,32kHz的采樣，經(jīng)濾波器組將其分為32個(gè)子帶，同時(shí)利用人耳掩蔽效應(yīng)，根據(jù)音頻信號(hào)的性質(zhì)計(jì)算各頻率分量的人耳掩蔽門限，選擇各子帶的量化參數(shù)，獲得高的壓縮比。MPEG第三層次是在J：述處理后再引人輔助子帶、非均勻量化和熵編碼技術(shù)，冉進(jìn)一步提髙壓縮比。MPEG音頻壓縮技術(shù)的數(shù)據(jù)速率為每聲道32?448kbit/s，適合于CD-DA光盤應(yīng)用。

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