摘要:通信工程師設備環境培訓音頻壓縮編碼技術:對于不同類型的音頻信號而言,其信號帶寬是不同的,如電話音頻信號為200Hz。
1.音頻壓縮編碼技術
對于不同類型的音頻信號而言,其信號帶寬是不同的,如電話音頻信號為200Hz。
4kHz,調幅廣播音頻信號為50Hz-7kHz,調頻廣播音頻信號為20Hz-15kHz,激光唱盤音頻信號為10Hz-20kHz。隨著對音頻信號音質要求的增加,信號頻率范圍逐漸增加,要求描述信號的數據童也就隨之增加,從而帶來處理這些數據的時間增長和傳輸、存儲這些數據的容量增加。
音頻信號壓縮編碼方法
一般來說,音頻信號的壓縮編碼有以下幾種主要類型。
①波形編碼
波形編碼是在信號采樣和量化過程中考慮到人的聽覺特性,使編碼信號盡可能與原輸入信號匹配,又能適應人的應用要求,如全頻帶編碼(包括脈沖編碼調制PCM,瞬時、準瞬時壓擴PCM,自適應差分ADPCM等);子帶編碼(包括自適應變換編碼ATC、心理學模型等);矢最馕化。波形編碼的特點是在高碼率條件下可獲得卨質量的音頻信號,適于高保處度語音和音樂信號的壓縮技術。
②參數編碼
參數編碼是將音頻信號以某種模型表示,再抽出合適的模型參數和參考激勵信號進行編碼;聲音重放時,再根據這些參數重建即可,這就是通常講的聲碼器(Vocoder)。參數編碼壓縮比很高,但計算量大,且不適合高保真度要求的場合。用此類方法構成聲碼器的有:線性預測(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編碼的優點,進行綜合的編碼方法,如多脈沖線性預測MP-LPC,矢量和激勵線性預測VSELP,碼本激勵線性預測CELP,短延時碼本激勵線性預測編碼U>CEIJP,長時延線性預測規則碼激勵RPE-LTP等。
不同質攝要求時的音頻編碼技術選擇
①電話質量的音頻壓縮編碼
電話質量語音信號頻率規定在300HZ?3.4kHz,如采用標準的脈沖編碼調制PCM,當采樣頻率為8kHz和8bitS化時,所得數據速率為64kbit/s,即一個數字話路。CCITT制定的PCM標準G.711,速率為64kbit/s,采用非線性量化,其質最相當于12bii線性量化。
電話信號的自適應差分脈沖編碼調制ADPCM標準G.721,速率為32kbit/s。這一技術是對信號和它的預測值的差分信號進行最化,同時再根據鄰近差分信號的特性自適應改變量化參數,從而提髙壓縮比,又能保持一定信號質最。因此ADPCM對中等電話質量要求的信號能進行高效編碼,而且可以在調幅廣播和交互式激光唱盤音頻信號壓縮中應用。
為了適應低速率語音通信的要求,必須采用參數編碼或混合編碼技術,如線性預測編碼(LPC)、矢量量化(VQ)以及其他的綜合分析技術。其中較為典型的碼本激勵線性預測編碼CELP實際上是一個閉環LPC系統,由輸入語苷信號確定最佳參數,再根據某種最小誤差準則從碼本中找出最佳激勵碼本矢量。CELP具有較強的抗干擾能力,在4-16kbit/s傳輸速率下,即可獲得較高質量的語音信號。短時延碼本激勵線性預測編碼LD-CELP的標準G.728,速率為16kbit/s,其質量與32kbit/s的G.721標準基本相當。采用長時延線性預測規則碼本激勵RPE-LTP標準GSM,速率為13kbit/s。
②調幅廣播質最的音頻壓縮編碼
調幅廣播質量音頻信號的頻率范圍是50Hz-7kHz.G.722標準是采用16kHz采樣14bit量化,信號數據速率為224kbit/s,采用子帶編碼方法,將輸入音頻信號經濾波器分成卨子帶和低子帶兩個部分,分別進行ADPCM編碼,再混合形成輸出碼流,224kbit/s可以被壓縮成64kbit/s,誠后進行數據插人(最髙插人速率達16kbit/s),因此利用G.722標準可以在窄帶綜合業務數據網N-ISDN中的一個B信道上傳送調幅廣播質量的音頻信號。
③髙保真環繞立體聲音頻壓縮編碼
高保真環繞立體聲音頻信號頻宰范圍是50Hz-20kHz,采用44.1kHz采樣頻率,16bit量化進行數字化轉換,其數據速率每聲道達705kbit/s。國際標準化組織ISO和CCITT聯合制垃的MPEG標準.成為國際上公認的髙保真環繞立體聲音頻壓縮標準。MPEG音頻第一和第二層次編碼是將輸入音頻信號進行采樣頻率為48kHz,44.1kHz,32kHz的采樣,經濾波器組將其分為32個子帶,同時利用人耳掩蔽效應,根據音頻信號的性質計算各頻率分量的人耳掩蔽門限,選擇各子帶的量化參數,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,冉進一步提髙壓縮比。MPEG音頻壓縮技術的數據速率為每聲道32?448kbit/s,適合于CD-DA光盤應用。
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