音頻編碼和解碼原理

礎，后級設置了動態串話電路，可在給定比特的情況下提高聲音質量，或在要求聲音質量的前提下降低比特率。但設置該電路增加了MPEG-2解碼器的復雜程度。
經過編碼器產生了多種信息，主要有編碼取樣值，比例因子，比特分配數據，動態串話模式，多聲道預測信息，通道預測選擇信號等，諸信息傳遞給復接成幀模塊電路，最后以MPEG-2比特流形式輸出壓縮編碼信號。
MPEG-2解碼器基本上是編碼器的逆過程，其電路結構簡單一些，運算量小一些。解碼器的解碼轉換矩陣可輸出5路信號，再經過32分頻子帶濾波器處理，可輸出LS、L、C、R、RS信號；另外，經過量化、SCF和子帶濾波器處理后，還可以取得前置立體聲LO、RO，共計可輸出7路音頻信號。

2、MPEG-4音頻解碼
MPEG-4音頻編碼和MPEG-4視頻編碼一樣，具有許多特點和功能，例如可分級性，有限時間音頻流，音頻變化/時間尺度變化，可編輯性，延遲性等。它具優越的交互性能和高壓縮比。它不僅利用分級方法可對語言和音樂進行編輯，也能解決合成語言和音樂問題，它將成為多媒體世界的一個主要格式，將成為“全能”的系統。
通過MPEG-4音頻編碼，可以存儲、傳送多種音頻內容。它具有高質量的音頻信號(單聲道、立體聲和多通道)。它采用低碼率編碼，而聲音重放質量很高。它可以傳送寬帶語言信號(例如7KHz寬的語音)，也可傳送窄帶寬語言信號(例如長途電話)?？梢詡鬏?、制作可理解的各種語音信號?？梢院铣烧Z言，例如進行音素或其它記號為基礎的文本轉換；也可以合成音頻，例如支持音樂描述語言。

四、杜比AC-3技術
1、什么是杜比AC-3
在杜比定向邏輯環繞聲技術的基礎上，于1990年杜比公司與日本先鋒公司合作，采用先進的數位壓縮技術，推出新穎的全數字化杜比數碼環繞聲系統。它可使多聲道信號有更多的信息被壓縮到雙聲道中去，并將這種系統稱為AC-3。AC是英語“音頻感覺編碼系統”的縮寫詞。AC-3技術首先應用到電影院，后來又進入普通家庭。
杜比AC-3系統設置完全獨立的6個聲道，即全頻帶的左、中、右、左環繞和右環繞聲道，再加上一個超重低音聲道。由于這樣聲道的結構，AC-3系統又稱為5.1聲道。

2、杜比AC-3的基本原理
(1)應用聽覺掩蔽效應開發出自適應編碼系統
AC-3技術的理論基礎，也是利用心理聲學中的聽覺閾值和掩蔽效應，但具體技術上與MPEG標準又有所不同。
對音頻信號進行數據處理時，都要進行數據壓縮，將沒有用途或用途不大的數據信息忽略掉。為此，可以應用聽覺閾值和掩蔽規律，省略掉那些多余的數據信息。杜比公司除運用上述聲學原理外，還運用了它擁有的杜比降噪技術，開發出數碼化的“自適應編碼”系統。這是一種極具選擇性和抑制噪聲能力的自適應編碼體系。杜比公司依據音響心理學的基本原理，在未輸入音樂信號時，保持寧靜狀態；當輸入音樂信號時，對復雜的音頻信號進行分析和分解，用較強信號掩蔽噪聲，刪除聽覺界限以外，或由于頻率相近而音量小的信號，經過這種處理方法，可以大大減少需要處理的數據信息。人耳的聽覺范圍是20Hz－20KHz，在如此寬闊的頻帶范圍內，人耳對不同頻率的聽覺靈敏度具有極大的差異。杜比AC-3根據這個特性，將各聲道的音響頻道劃分為許多大小不等的狹窄頻帶，各個子頻帶與人耳臨界頻帶的寬度相接近，保留有效的音頻，將不同的噪聲頻率緊跟每個聲道信號進行編碼，即編碼噪聲只能存在于編碼音頻信號的頻帶內。這樣能夠更陡峭地濾除掉編碼噪聲，將頻帶內多余信號和無音頻信號的編碼噪聲降低或除掉，而將有用的音頻信號保留下來。AC-3系統精確地運用了掩蔽效應和“公用位元群”的設計方法，使數據壓縮效率大大提高，且具有很高水平的音質。該系統的比特率是根據個別頻譜的需要，或者音源的動態狀況，再分配到每個窄頻段，它設計了內置的聽覺掩蓋程序，可讓編碼器改變其頻率靈敏度和時間分解力，以確保有充足的比特被采用，掩蓋掉噪聲，而良好地記錄音樂信號。
為了高效地利用有限的信息傳輸介質(光盤、膠片等)，它在壓縮音頻信號時與其它壓縮系統一樣，利用人耳的聽覺特性，根據當時的具體情況，將某些聲道的系數合并(這些聲道系數反映了那個頻帶的能量大小)，以便提高壓縮率。并不是所有聲道都能進行這種合并。編碼器可根據各聲道的信息特征自動決定和調整，只有相似的聲道才能混合在一起，若壓縮比不要求很高時也不必合并。一般情況下，合并的起始頻率越高，音質就越好，但要求數據傳輸速率也越高。當取樣頻率為48KHz時，合并的起始頻率應為3.42MHz；若取樣頻率為44.1KHz時，起始頻率應為3.14MHz。若硬件和軟件搭配適當，AC-3的音質可達到或接近CD唱片的水平。
(2)杜比AC-3解碼器簡易方框圖
AC-3解碼器輸入信號是一組頻譜信號，它是由時域信號PCM數據經過時－頻變換而得到。該頻譜數據流分為指數部和尾數部兩部分，指數部分采用差分方式進行編碼，編碼后的指數代表了整個信號的頻譜，可作為頻譜包絡的參數。其尾數部分按照比特分配的結果進行量化。于是，量化尾數和頻譜包絡形成了AC-3碼流的主要信息，連同其它輔助信號(例如比特分配等)構成了AC-3比特流。
圖2.3.4是AC-3系統的解碼方框圖，它是AC-3編碼的逆過程。AC-3比特流首先進入緩沖級，然后以幀為處理單元進行誤碼糾錯，經糾錯處理后對比特流中的固定數據(指數數據、匹配系數、模式符號等)解碼，使數據比特流恢復為原來的比特分配。