第2章 数字音频处理 多媒体技术 知识 ppt 课件.ppt

1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 U(模拟输入) 输出码 问题1:斜率过载 当语音信号大幅度发生变化时，阶梯波形的上升或下降有可能跟不上信号的变化,因而产生滞后，这种失真称为“过载失真”。在斜率过载期间的码字将是一连串的0或 者一连串的1。 当话音信号不发生变化或者变化很缓慢时，预测误差信号将等于零或具有很小的绝对值，在这种情况下，编码为0和1交替出现的序列。这样，在解码器中所得到的是等幅脉冲序列，这样形成的噪声称为颗粒噪声。 问题2:颗粒噪声 为了减少颗粒噪声，希望使输出编码1位所表示的量化阶距小一些。但是，减少量化阶距会使在固定采样速度下产生更严重的斜率过载。为了解决这些矛盾，促使人们研究出了自适应增量调制(ADM)方法。 分析 2.3.2编码方法 自适应增量调制（ADM） 在ADM中，常用的规则有两种:一种是控制可 变因子M，使量化阶距在一定范围内变化。对于 每一个新的采样，其量化阶距为其前面数值的M 倍。而Ｍ的值则由输入信号的变化率来决定。如 果出现连续相同的编码，则说明有发生过载的危 险，这时就要加大Ｍ。当0、1信号交替出现时 ，说明信号变化很慢，会产生颗粒噪声，这时就 要减少M值。 2.3.2编码方法 其典型的规则为: 另一类使用较多的自适应增量调制称为可变斜 率增量调制。其工作原理如下：如果调制器连续 输出三个相同的码，则量化阶距加上一个大的增 量，也就是说，三个连续相同的码表示有过载发 生。反之，则量化阶距增加一个小的增量。 2.3.2编码方法 可变斜率增量的自适应规则为： 式中，β可在0～1之间取值。可以看到，β的大小可以通过调节增量调制来适应输入信号变化所需时间的长短。Ｐ和Ｑ为增量，而且Ｐ要大于等于Ｑ。 2.3.2编码方法 脉冲编码调制PCM PCM编码是对连续语音信号进行空间采样、 幅度量化及用适当码字将其编码的总称。 PCM是一种最通用的无损压缩编码，其特点是保真度高，解码速度快，但编码后的数据量大。CD-DA就是采用的这种编码方式。PCM方法可以按量化方式的不同，分为均匀量化PCM、非均匀量化PCM和自适应量化PCM等几种。 2.3.2编码方法 差分脉冲编码调制DPCM 差分脉冲编码调制的中心思想是对信号的差值 而不是对信号本身进行编码。这个差值是指信号 值与预测值的差值。预测值可以由过去的采样值 进行预测，其计算公式如下所示： 2.3.2编码方法 式中为预测系数。因此，利用若干个前面的 采样值可以预测当前值。当前值与预测值的差 为： 差分脉冲编码调制就是将上述每个样点的差值 量化编码，而后用于存储或传递 。 2.3.2编码方法 自适应差分脉冲编码调制ADPCM 将自适应量化器和自适应预测器结合在一起用 于DPCM之中，从而实现了自适应差分脉冲编码 。ADPCM是一种有损压缩编码，记录的量化值 不是每个采样点的幅值，而是该点的幅值与前一 个采样点幅值之差。 2.3.2编码方法 其简化框图如下图所示： 图2.10 ADPCM框图 预测PCM样本 + + PCM样本 + 差分量化器 ADPC “差值” 量化阶调整 逆量化器 预测器 － ADPC “差值” 2.3.2编码方法 子带编码 首先用一组带通滤波器，将输入的音频信号分 成若干个连续的频段，并将这些频段称为子带。 然后，再分别对这些子带中的音频分量进行采样 和编码。最后，再将各子带的编码信号组织到一 起进行存储或送到信道上传送。在信道的接收端 得到各子带编码的混合信号，将各子带的编码取 出来，对它们分别进行解码，产生各子带的音频 分量，再将各子带的音频分量组合在一起，恢复 原始的音频信号。 2.3.2编码方法 子带编码的原理框如下图： 2.3.2编码方法 变换域编码 在子带编码中，划分子带的方法是通过带通滤 波器来完成的。 另一种方法是通过变换域编码方法，将输入信号直接转换到频域，然后在频域划分各频段，根据不同的频段能量大小分配码字然后编码，接收端解码后再用相应的反变换转换成时域信号。 2.3.3音频数据的标准 从数据通信的角度，音频编码标准主要有三种 ： 在电话传输系统中应用的电话质量的音频压缩编码技术标准 ，如PCM（ITU G.711）等 。 在窄带综合服务数据网传送中应用的调幅广播质量的音频压缩编码技术标准,如G.722等。 在电视传输系统、视频点播系统中应用的音频编码标准，如MPEG音频标准等。 2.3.3音频数据的标准 电话质量的音频压缩编码技术标准 (1) G.711 G.711标准是1972年