音频编码和解码原理

础，后级设置了动态串话电路，可在给定比特的情况下提高声音质量，或在要求声音质量的前提下降低比特率。但设置该电路增加了MPEG-2解码器的复杂程度。
经过编码器产生了多种信息，主要有编码取样值，比例因子，比特分配数据，动态串话模式，多声道预测信息，通道预测选择信号等，诸信息传递给复接成帧模块电路，最后以MPEG-2比特流形式输出压缩编码信号。
MPEG-2解码器基本上是编码器的逆过程，其电路结构简单一些，运算量小一些。解码器的解码转换矩阵可输出5路信号，再经过32分频子带滤波器处理，可输出LS、L、C、R、RS信号；另外，经过量化、SCF和子带滤波器处理后，还可以取得前置立体声LO、RO，共计可输出7路音频信号。

2、MPEG-4音频解码
MPEG-4音频编码和MPEG-4视频编码一样，具有许多特点和功能，例如可分级性，有限时间音频流，音频变化/时间尺度变化，可编辑性，延迟性等。它具优越的交互性能和高压缩比。它不仅利用分级方法可对语言和音乐进行编辑，也能解决合成语言和音乐问题，它将成为多媒体世界的一个主要格式，将成为“全能”的系统。
通过MPEG-4音频编码，可以存储、传送多种音频内容。它具有高质量的音频信号(单声道、立体声和多通道)。它采用低码率编码，而声音重放质量很高。它可以传送宽带语言信号(例如7KHz宽的语音)，也可传送窄带宽语言信号(例如长途电话)。可以传输、制作可理解的各种语音信号。可以合成语言，例如进行音素或其它记号为基础的文本转换；也可以合成音频，例如支持音乐描述语言。

四、杜比AC-3技术
1、什么是杜比AC-3
在杜比定向逻辑环绕声技术的基础上，于1990年杜比公司与日本先锋公司合作，采用先进的数位压缩技术，推出新颖的全数字化杜比数码环绕声系统。它可使多声道信号有更多的信息被压缩到双声道中去，并将这种系统称为AC-3。AC是英语“音频感觉编码系统”的缩写词。AC-3技术首先应用到电影院，后来又进入普通家庭。
杜比AC-3系统设置完全独立的6个声道，即全频带的左、中、右、左环绕和右环绕声道，再加上一个超重低音声道。由于这样声道的结构，AC-3系统又称为5.1声道。

2、杜比AC-3的基本原理
(1)应用听觉掩蔽效应开发出自适应编码系统
AC-3技术的理论基础，也是利用心理声学中的听觉阈值和掩蔽效应，但具体技术上与MPEG标准又有所不同。
对音频信号进行数据处理时，都要进行数据压缩，将没有用途或用途不大的数据信息忽略掉。为此，可以应用听觉阈值和掩蔽规律，省略掉那些多余的数据信息。杜比公司除运用上述声学原理外，还运用了它拥有的杜比降噪技术，开发出数码化的“自适应编码”系统。这是一种极具选择性和抑制噪声能力的自适应编码体系。杜比公司依据音响心理学的基本原理，在未输入音乐信号时，保持宁静状态；当输入音乐信号时，对复杂的音频信号进行分析和分解，用较强信号掩蔽噪声，删除听觉界限以外，或由于频率相近而音量小的信号，经过这种处理方法，可以大大减少需要处理的数据信息。人耳的听觉范围是20Hz－20KHz，在如此宽阔的频带范围内，人耳对不同频率的听觉灵敏度具有极大的差异。杜比AC-3根据这个特性，将各声道的音响频道划分为许多大小不等的狭窄频带，各个子频带与人耳临界频带的宽度相接近，保留有效的音频，将不同的噪声频率紧跟每个声道信号进行编码，即编码噪声只能存在于编码音频信号的频带内。这样能够更陡峭地滤除掉编码噪声，将频带内多余信号和无音频信号的编码噪声降低或除掉，而将有用的音频信号保留下来。AC-3系统精确地运用了掩蔽效应和“公用位元群”的设计方法，使数据压缩效率大大提高，且具有很高水平的音质。该系统的比特率是根据个别频谱的需要，或者音源的动态状况，再分配到每个窄频段，它设计了内置的听觉掩盖程序，可让编码器改变其频率灵敏度和时间分解力，以确保有充足的比特被采用，掩盖掉噪声，而良好地记录音乐信号。
为了高效地利用有限的信息传输介质(光盘、胶片等)，它在压缩音频信号时与其它压缩系统一样，利用人耳的听觉特性，根据当时的具体情况，将某些声道的系数合并(这些声道系数反映了那个频带的能量大小)，以便提高压缩率。并不是所有声道都能进行这种合并。编码器可根据各声道的信息特征自动决定和调整，只有相似的声道才能混合在一起，若压缩比不要求很高时也不必合并。一般情况下，合并的起始频率越高，音质就越好，但要求数据传输速率也越高。当取样频率为48KHz时，合并的起始频率应为3.42MHz；若取样频率为44.1KHz时，起始频率应为3.14MHz。若硬件和软件搭配适当，AC-3的音质可达到或接近CD唱片的水平。
(2)杜比AC-3解码器简易方框图
AC-3解码器输入信号是一组频谱信号，它是由时域信号PCM数据经过时－频变换而得到。该频谱数据流分为指数部和尾数部两部分，指数部分采用差分方式进行编码，编码后的指数代表了整个信号的频谱，可作为频谱包络的参数。其尾数部分按照比特分配的结果进行量化。于是，量化尾数和频谱包络形成了AC-3码流的主要信息，连同其它辅助信号(例如比特分配等)构成了AC-3比特流。
图2.3.4是AC-3系统的解码方框图，它是AC-3编码的逆过程。AC-3比特流首先进入缓冲级，然后以帧为处理单元进行误码纠错，经纠错处理后对比特流中的固定数据(指数数据、匹配系数、模式符号等)解码，使数据比特流恢复为原来的比特分配。