数字音频原理及应用第3章 数字音频压缩编码
第3章 数字音频处理技术
信息科学技术学院·曹晓兰 20
3.2.4 音频的编码与压缩技术
音频压缩编码时考虑的因素： 音频质量
数据量
计算复杂度
多媒体技术
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常见音频编码算法和标准
多媒体技术
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1.波形编码
基于音频数据的统计特性进行的编码，其目 标是使重建语音波形保持原波形的形状。 特点：算法简单，易于实现，可获得高质量 语音。
MIDI音频文件是一个脚本语言，它通过对“事 件”编码，产生声音。一个MIDI事件包含一个音 阶的音调、持续时间和音量等参数。
多媒体技术
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1．MIDI乐音合成方法
频率调制（FM）合成法
FM声音合成器波形
原理：根据傅立叶级数理论，任何一种波形信号都可 被分解成若干个频率不同的正弦波
需要以音乐为背景的音响效果，同时从CD －ROM中装载其他数据时； 需要以音乐为背景的音响效果，同时播放波形音 频或实现文-语转换，实现音乐和语音同时输出时。
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多媒体技术
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3.4.1 常见音频软件简介
1.Cool Edit Pro
专业级多轨录音和音频处理软件。 Syntrillium Software Corporation公司开发。 功能强大、效果出色。 详见下节介绍。
多媒体技术
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时域掩蔽
除了同时发出的声 音之间有掩蔽现象之外， 在时间上相邻的声音之 间也有掩蔽现象。包括 超前掩蔽和滞后掩蔽。
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3.1.4 音频信号处理过程 音频数字化过程
第三章 数字音频压缩编码技术及标准精品PPT课件
3.7 MPEG-2音频压缩编码标准
3.8 MPEG-4音频压缩编码标准
合成音频编码
合成/自然音频混合编码
MPEG4 HE-AAC(aacPlus)
EAAC+
结束语
当你尽了自己的最大努力时，失败也是伟大的， 所以不要放弃，坚持就是正确的。
When You Do Your Best, Failure Is Great, So Don'T Give Up, Stick To The End
为了降低传输或存储的费用
频域冗余
听觉冗余
3.3 语音编码技术及标准
3.3.1 语音编码器的性能指标
客观评定方法
3.3.1 语音编码器的性能指标
3.3.1 语音编码器的性能指标
3.3.1 语音编码器的性能指标
3.4 感知音频编码的基本原理
响度
响度
响度
响度
响度
响度
音调
音色
3.5 MPEG-1 音频压缩算法
3.5.1 MPEG-1 音频压缩算法的特 点
3.5.2 MPEG-1 音频压缩编码的基本 原理
3.5.3 MP3 pro
3.6 杜比AC-3音频压缩算法
3.7 MPEG-2音频压缩编码标准
第三章
数字音频压缩编码 技术及标准
窄带语音
窄带语音，又称电话频带语音,信号频带为 300-3400HZ,用于各类电话通信.数字化时采 样频率采用8KHZ,每个样值8b量化,数据传输 率为64bps.
宽带语音
数字音频广播（DAB）信号
高保真立体声音音频信号
数字音频信号进行压缩编码的必要性
谢谢大家
荣幸这一路，与你பைடு நூலகம்行
音频编码和压缩技术的应用
音频编码和压缩技术的应用随着数字媒体的快速发展，音频编码和压缩技术成为了实现高质量音频传输和储存的关键。
本文将探讨音频编码和压缩技术的应用，并介绍几种常见的音频编码和压缩算法。
一、引言随着互联网的普及和移动设备的广泛应用，音频传输和存储的需求逐渐增加。
然而，音频文件通常占据较大的存储空间，传输带宽也往往有限。
因此，音频编码和压缩技术应运而生，以实现更高效的音频传输和储存。
二、音频编码的基本原理音频编码是将模拟声音信号转换为数字信号的过程。
首先，需要对声音进行采样，即按照一定的时间间隔记录声波的振幅。
然后，通过量化将采样到的模拟信号转化为离散的数字信号。
最后，使用编码算法将数字信号压缩表示，以减少所占用的存储空间或传输带宽。
三、常见的音频编码和压缩算法1. PCM编码PCM（Pulse Code Modulation）是一种无损的音频编码算法。
它将原始音频信号通过采样和量化处理，按照每秒采样数和量化位数进行编码。
由于PCM编码不进行任何压缩，因此音频文件较大，传输和存储开销较高。
2. MPEG音频编码MPEG（Moving Picture Experts Group）音频编码是一种流行的有损压缩算法。
它根据人耳对声音的感知特性，通过去除或减弱人耳无法察觉的音频信号细节，来实现压缩。
常见的MPEG音频编码算法包括MP3、AAC等。
3. Vorbis编码Vorbis音频编码是一种开源的有损压缩算法。
它采用了一系列复杂的音频处理技术，如预测编码、掩蔽效应利用等，以提高压缩效率和音频质量。
Vorbis编码适用于音乐等对音质要求较高的场景。
四、音频编码和压缩技术的应用1. 音乐传输和存储音频编码和压缩技术使得音乐在互联网上的分享和传播更加便捷。
用户可以通过各种音频流媒体平台、在线音乐服务等高效地获取和收听音乐，而不必担心带宽和存储空间的限制。
2. 语音通信音频编码和压缩技术在语音通信中扮演着重要的角色。
无论是电话通话还是网络语音通话，都依赖于音频编码和压缩技术，以保证语音的高质量传输和实时性。
数字音频原理及应用教学课件ppt作者卢官明第3章数字音频压缩编码
1第3章数字音频压缩编码⏹3.1 数字音频编码概述⏹3.2 常用数字音频编码技术⏹3.3 MPEG-1音频编码标准⏹3.4 MPEG-2 音频编码标准⏹3.5 MPEG-4 音频编码标准⏹3.6 Enhanced aacPlus编码技术⏹3.7 中国制定的音频编码标准⏹3.8 新一代环绕多声道音频编码格式本章学习目标⏹熟悉数字音频压缩编码的机理。
⏹了解音频编解码器的性能指标和重建音频质量的评价方法。
⏹熟悉数字音频编码的基本方法及分类。
⏹掌握感知音频编码的基本原理，理解子带编码的基本思想。
⏹重点掌握MPEG-1、MPEG-2 AAC的音频编解码原理。
⏹了解AVS音频立体声编解码的原理和DRA多声道数字音频编解码的原理。
⏹了解新一代环绕多声道音频编码格式。
3.1 数字音频编码概述⏹3.1.1 音频信号的分类⏹3.1.2 数字音频压缩编码的机理⏹3.1.3 音频编解码器的性能指标⏹3.1.4 数字音频编码技术的分类⏹3.1.5 数字音频编码标准概述音150Hz ～ 10 000Hz 音200Hz ～ 3 400HzM )50Hz ～ 7 000HzM )20Hz ～ 15 000Hz响10Hz ～ 20 000Hz 音100Hz ～ 9 000Hz 声音的质量与它所占用的频带宽度有关。
3.1.2■数字音频压缩的必要性3.1.2 数字音频压缩编码的机理⏹从信息保持的角度讲,只有当信源本身具有冗余度,才能对其进行压缩。
⏹信号一部分可由另一部分重建或可用另外表达形式简单说明，称为信号有冗余。
⏹音频信号存在着多种形式的冗余。
⏹时域冗余⏹频域冗余⏹听觉冗余⏹去除冗余实现压缩编码。
音频信号的时域冗余⏹幅度分布的非均匀性⏹小幅度样本出现的频率高⏹样值之间的相关性⏹当采样频率为 8kHz 时，相邻样本间的相关系数大于 0.85；⏹周期之间的相关性⏹在特定瞬间，某段声音往往只是总频带 300~3400Hz 的少数几个频率分量在起作用→象某些振荡波一样，在周期与周期之间存在一定的相关性⏹基音之间的相关性⏹男声基音周期为 5~20ms，而典型的浊音持续 100ms⏹静止系数（话音间隙）⏹全双工话路的典型效率约为 40%（静止系数为 0.6）⏹长时自相关性⏹如几十秒内的相关性例: 语音信号的时域冗余‘1’‘2’一个单音 ‘1’基音周期(音调周期)音频信号的频域冗余从频域考察音频信号的功率谱密度：⏹非均匀的长时间功率谱密度⏹长时间功率谱呈现强烈的非平坦性，高频能量较低→时域上相邻样本相关。
第三章 数字电视视音频信号压缩编码技术
为帧内预测编码；三维预测与前面的帧有关，所以也称为帧 间预测编码。
二、 变换编码
变换编码也有变换、量化、编码三大过程：
1、离散余弦变换——DCT的基本思想
DCT变换是把空间域上的信号变换到 频率域上，使能量在空间域上分散分布的 原信号变换后能量在频率域上相对集中到 某些少数区域内，即将空间域上的信号样 值变换成频率域上的系数，经变换后的系 数按频率由低到高分布。
率为 p(xi )，且有 p(xi ) 1，则x1,x2,x3…xn所包含的 i 1
信息量分别为 log2 p(x1), log2 p(x2 ) log2 p(xn ) 。 于是，每个符号所含信息量的统计平均值，即平均
信息量为：
H(x) p(x1)log2 p(x1) p(x2)log2(x2)
⑵对每一块像块进行DCT变换。 ⑶对变换后的系数进行量化。 ⑷进行之字形扫描（读出）和零游程编码。
3、DCT压缩编码的过程为：
三、统计编码（熵编码）
统计编码是基于信号统计特性的编码技术。 基本原理：
按信源符号出现概率的不同分配以不同长
度的码字（bit数），概率大的分配以短的码字， 概率小的分配以长的码字。这样使最终的平均
三、压缩的途径及方法
1、行、场逆程不传送，在接收端重新形成。 2、亚奈奎斯特取样 fs＜2fm。使混叠分量与 亮度谱线交错。
3、采用高效编码――信源编码。去除电视信号 中的冗余。
3.3 常用的数字电视视频压缩编码技术
一、 预测编码
1、预测编码的基本原理 利用某种数学模式对以前已知的相关数据进
数字音频第3_2讲 音频压缩编解码[OK]
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（2）心理声学模型 用于ISO/MPEG 11172-3的心理声学模型有两种，原则上它们 都可以用在Layer I、Layer II及Layer III，但模型I适用于Layer I、Layer II，而模型2用于Layer III。 心理声学模型要完成快速傅里叶变换FFT、子带n的声压电平 、绝对阈即白由声场等响度曲线的最小可闻阈、计算掩蔽门限以 及信号掩蔽比SMR。具体内容结合Layer II编码器给予介绍。 （3）比例因子的确定 为了根据掩蔽阈值来对量化噪声整形，每个子带中都引入了比 例因子，如果发现在一个给定的子带中的量化噪声超过了心理声 学模型所提供的掩蔽阈值，那么该子带的比例因子就将被调整以 减少量化噪声。将各个子带内连续的12个样点（子带采样样本） 归为一块（这是考虑声掩蔽的时域掩蔽特性）。当输入PCM样 本的采样频率为48kHz，分割成32子带（频带为0.75kHz)，则子 带样本采样频率为1.5kHz，12个子带样本时间为 (12/1.5) 10-3 = 8 10-3s = 8ms 对每个子带内连续的12个子带样点，进行一次比例因子计算。 找出这12个样本中绝对值中的最大值，此值与表3-6给出的63个 比例因子比较，大于绝对值最大值的一系列值中的最小值定为比 例因子。
模式扩展（mode – extension）：2比特。用于表示立体声的扩 展。 Layer I、Layer II指出哪些子带属于强度立体声， 其他为普通立体声编码。 “00” -> 子带4~31，界限为第4 “01” -> 子带8~31，界限为第8 “10” -> 子带12~31，界限为第12 “11” -> 子带16~31，界限为第16 Layer III指出使用强度立体声、MS立体声其中的一种还是两 种。 “00” -> 关闭强度文体声，MS立体声 “01” -> 开启强度立体声，关闭MS立体声 “10” -> 关闭强度立体声，开启MS立体声 “11” -> 开启强度立体声，开启MS立体声 版权（copyright）：1比特。.,0-无版权。..1-则有版权。 原件/复制（original/copy）：1比特。“0”表示比特流为复制 的，“1”为原件。
如何进行音频编码与压缩
如何进行音频编码与压缩音频编码与压缩是现代科技领域中的重要技术，它可以将音频信号转换为数字形式并压缩存储，从而实现音频的传输和处理。
在本文中，我将介绍如何进行音频编码与压缩的基本原理及常用方法。
第一章：音频编码基础音频编码是将连续的模拟音频信号转换为数字信号的过程。
其目的是减小信号的数据量和提高传输效率。
音频编码可以分为有损压缩和无损压缩两种方法。
1.1 有损压缩有损压缩是指在压缩过程中丢失一部分音频信号的信息，从而实现更高的压缩比例。
常用的有损音频编码方法包括MP3、AAC和OGG等。
1.2 无损压缩无损压缩是指在压缩过程中不丢失任何音频信号的信息，但压缩比例相对较低。
常见的无损音频编码方法有FLAC和ALAC等。
第二章：MP3音频编码与压缩MP3是目前最为广泛应用的音频编码与压缩格式。
它的优势在于压缩比例高且音质损失较小。
2.1 MP3编码原理MP3采用了以人耳听觉特性为基础的心理声学模型，并结合了离散余弦变换(DCT)、量化和哈夫曼编码等技术。
首先，通过DCT将时域信号转换为频域信号；然后，对频域信号进行量化，去除一些听觉上不敏感的信号成分；最后，再使用哈夫曼编码对量化后的频域信号进行进一步压缩。
2.2 MP3压缩方法MP3的压缩方法主要包括有损压缩和无损压缩两种。
有损压缩主要通过减少和丢弃不重要的信号成分来实现，而无损压缩则通过优化编码算法来达到较高的压缩比例。
第三章：AAC音频编码与压缩AAC是一种高级音频编码格式，具有更高的音质和更低的比特率，被广泛应用于音乐和视频领域。
3.1 AAC编码原理AAC采用了一种叫做MDCT（Modified Discrete Cosine Transform）的分析变换技术，能够更好地提取音频信号的频率特征。
在量化和编码过程中，AAC还引入了更加精细的量化表和自适应编码算法，以提升音频质量和压缩比。
3.2 AAC压缩方法AAC压缩方法主要包括有损压缩和无损压缩两种。
第3章_数字音频处理技术
▪ 其中8kHz ，11.025 kHz，22.05 kHz，44.1 kHz 是音频工业标准采样频率，多数声卡都支持。市 场上的非专业声卡的最高采样率为48kHz，专业 声卡可高达96kHz或以上。
▪ 例如：8位的声音从最低到最高有28，即256个级别，16位 声音有216，即65536个级别。位数越多，音质越细腻，但 数据量也越大。
❖ 量化位数主要有8位和16位两种。专业级别使用24位 甚至32位。
❖量化的方法可以归纳为两类：一类称为均 匀量化，另一类称为非均匀量化。
均匀量化
❖ 采用相等的量化间隔 对采样得到的信号做 量化就是均匀量化。
❖把量化后的值写成有利于计算机传输和存 储的数据格式，这称之为编码。
例如，模拟电压幅度、量化和编码的关系
电压范围(V) 0.5～0.7 0.3～0.5 0.1～0.3 -0.1～0.1 -0.3～-0.1 -0.5～-0.3 -0.7～-0.5 -0.9～-0.7
量化 3 2 1 0 -1 -2 -3 -4
编码 011 010 001 000 111 110 101 100
3. 影响声音数字化质量的主要因素
❖ 采样频率：也就是每秒钟需要采集多少个 声音样本
❖量化位数：每个声音样本的位数应该是多 少，也叫量化精度
❖声道数：指所使用的声音通道的个数
（1） 采样频率
❖采样频率决定了声音的保真度 。频率以kHz （千赫兹）去衡量。
音频文件格式
▪ VOC：Creative公司的声霸卡(Sound Blaster)使用的 波形音频文件格式。
▪ MID：Windows的MIDI文件（MIDI Audio）存储格式。 ▪ MP3： MP3压缩格式文件。
数字音频的编码和解码原理
数字音频的编码和解码原理数字音频编码和解码原理是数字音频处理的核心部分，它包括将模拟音频信号转换为数字表示的编码过程，以及将数字表示的音频信号还原为模拟音频信号的解码过程。
本文将详细介绍数字音频编码和解码的步骤和原理。
一、数字音频编码的步骤：1. 采样：将连续的模拟音频信号在时间上离散化，即在一段时间内按照一定的时间间隔对音频信号进行采样。
通常采样频率为44.1kHz或48kHz，即每秒钟采集44,100或48,000个采样点。
采样的目的是以一定的精度捕捉到音频信号中的细节。
2. 量化：将采样得到的音频信号幅度进行量化，将连续的幅度值离散化为一系列的离散值。
量化的目的是将模拟音频信号的连续幅度转换为数字形式，以便于后续的编码和储存。
3. 编码：在量化后的音频信号中，根据一定的编码算法将每个离散值映射为固定长度的二进制码。
编码的目的是将量化后的信号表示为数字形式，并尽量减少所需的存储空间。
4. 压缩：对编码后的音频数据进行压缩处理，以减小数据的体积，便于传输和储存。
压缩算法可以基于信号的统计特性和人耳的感知特性，实现对冗余数据或掩盖不可感知的信号部分的丢弃。
二、数字音频解码的步骤：1. 解压缩：对于经过压缩的音频数据，首先需要进行解压缩，还原为编码前的数据。
解压缩算法根据压缩时使用的算法进行逆向操作，恢复原始的编码数据。
2. 解码：对解压缩后的音频数据进行解码，将数字形式的信号转换为模拟音频信号。
解码过程是编码过程的逆操作，根据编码算法的逆操作将编码过程中映射的离散值还原为模拟音频信号的幅度。
3. 重构：对解码得到的模拟音频信号进行重构，以还原原始的模拟音频信号。
重构的目的是尽量减小音频信号的失真，并使得还原的音频信号与原始信号尽可能一致。
三、数字音频编码和解码的原理：在数字音频编码和解码中，主要涉及到采样、量化和编码的原理。
1. 采样原理：采样的原理是根据采样定理，通过对音频信号在时间上进行离散化，获得一系列的采样值。
音频编码和解码技术的原理和应用
音频编码和解码技术的原理和应用音频编解码技术是指将原始音频信号进行数字化处理，经过压缩编码后再进行延时传输或者存储。
在数字通信领域，音频编解码技术是必不可少的一部分。
目前，广泛使用的音频编码标准主要包括：MPEG-1 Audio Layer 3 (MP3)、Advanced Audio Coding (AAC)、Windows Media Audio (WMA)等。
一、音频编码原理音频编码的原理是利用数字信号处理技术，将音频信号转化为数字信号，分析音频特征并提取其中重要的特征，再采用压缩编码算法将音频数据压缩成较小的数据量，以便传输和存储。
1. 采样率首先，对于模拟音频信号，需要使用模拟数字转换器（ADC）将其转换成数字信号。
这一步需要采用一定的采样率来获取信号的离散化采样，在信号转换过程中，增加采样率可以提高信号的分辨率。
但是过高的采样率也会导致信号压缩比下降，压缩后的码流变大，对于传输和存储都不太适宜。
2. 量化处理采样后得到的离散化数字信号，需要进行量化处理。
量化处理是将连续的数字信号（如采样后的数字信号）转换为离散的数字信号。
由于数字信号在处理时需要进行二进制表示，因此需要将连续的数字信号转换为一定数量的离散数字，再通过二进制表示。
量化处理可以控制数字信号的精度和动态范围。
精度指的是采样信号转化为数字信号时失真的误差大小，动态范围指的是信号强度的范围大小。
通常采用线性量化的方式，通过设定量化步长来确定量化精度和动态范围。
3. 压缩编码由于声音等原始音频信号数据量往往很大，这在数据传输和存储时会带来许多不便。
因此，需要对音频数据进行压缩编码，将数据量降低到合理的程度。
音频压缩编码技术主要有有损压缩和无损压缩两种方式。
有损压缩以最小代价达到相应的音质，并且可高效地减少数据的存储和传输。
最常用的音频压缩标准是MP3和AAC编码。
无损压缩主要是利用音频的冗余特性和统计规律，通过压缩算法的不同实现来达到无损压缩的效果。
数字音频处理在音乐领域的应用：技术、原理与应用研究
数字音频处理在音乐领域的应用：技术、原理与应用研究第一章：引言1.1 背景介绍数字音频处理是指利用计算机和数字信号处理技术对音频信号进行处理和处理的过程。
它已经在音乐领域得到了广泛的应用，为音乐制作和音乐产业带来了巨大的革新和发展。
本文将对数字音频处理在音乐领域的技术、原理和应用进行研究和探讨。
1.2 研究目的和意义数字音频处理为音乐制作和音乐产业带来了许多创新和便利。
它不仅可以改善音频质量，提升音乐的表现力，还可以实现音乐的数字化、网络化和多媒体化。
本文旨在深入探讨数字音频处理的技术原理和应用，为音乐制作和音乐产业的发展提供一定的参考和借鉴。
第二章：数字音频处理的基础原理2.1 数字音频的采样和量化数字音频处理的第一步是对音频信号进行采样和量化。
采样是指将连续的模拟音频信号转换为离散的数字信号，量化是指将采样得到的离散信号映射为有限的离散值。
2.2 数字音频的编码和压缩为了节省存储空间和传输带宽，数字音频通常需要进行编码和压缩。
编码是指将采样和量化得到的离散信号转换为数字编码，压缩是指通过去除冗余信息和利用信号统计特性来减小数据量。
2.3 数字音频的处理和增强数字音频处理包括音频滤波、音频效果处理、音频环境模拟等。
它可以改善音频质量，提升音乐的表现力，使音乐更具艺术效果和感染力。
第三章：数字音频处理技术与工具3.1 音频采样和量化技术音频采样和量化技术是数字音频处理的基础。
常用的音频采样率有44.1kHz、48kHz等，量化位数有16位、24位等。
不同的采样率和量化位数会影响音频的质量和精确度。
3.2 音频编码和压缩技术音频编码和压缩技术可以将音频信号转换为数字编码，并减小数据量。
常用的音频编码和压缩标准有MP3、AAC、FLAC等。
它们具有不同的压缩率和音频质量，可以根据实际需求进行选择。
3.3 音频处理和增强工具音频处理和增强工具可以对音频信号进行滤波、混音、均衡等处理，以及增加音频效果、改变音频环境等。
数字音频压缩编码
数字音频压缩编码一、 PCM脉冲编码调制PCM 脉冲编码调制是Pulse Code Modulation的缩写。
脉冲编码调制是数字通信的编码方式之一。
主要过程是将话音、图像等模拟信号每隔一定时间进行取样，使其离散化，同时将抽样值按分层单位四舍五入取整量化，同时将抽样值按一组二进制码来表示抽样脉冲的幅值。
编码原理：PCM脉冲编码调制是对连续语音信号进行空间采样、幅度值量化及用适当码字将其编码的总称，即它把连续输入的模拟信号变换为在时域和振幅上都离散的量，然后将其转化为代码形式传输或存储，原理框图如图所示。
在图中，它的输入是模拟声音信号，输出是PCM样本。
图中的“防失真滤波器”是一个低通滤波器，用来滤除声音频带以外的信号；“波形编码器”可暂时理解为“采样器”；“量化器”可理解为“量化阶大小”（Step—Size）生成器或者称为“量化间隔”生成器。
PCM原理框图优点：音源信息保存完整,音质好。
缺点：信息量大，体积大，冗余度过大。
二、DPCM差值编码调制DPCM编码是对模拟信号幅度抽样的差值进行量化编码的调制方式。
这种方式是用已经过去的抽样值来预测当前的抽样值，对它们的差值进行编码。
差值编码可以提高编码频率，这种技术已应用于模拟信号的数字通信之中。
编码原理：DPCM采用预测编码的方式传输信号，所谓预测编码就是根据过去的信号样值来预测下一个信号样值，并仅把预测值与现实样值的差值加以量化，编码后进行数字信号传输。
在接收端经过和发送端相同的预测操作，低通滤波器便可恢复出与原始信号相近的波形。
优点：DPCM的压缩比不高，但它容易硬件实现，成本低，因此应用比较普遍。
缺点：有误码扩散。
即：如果在量化或传输中出现了噪声，那么它不仅仅停留在发生误码的地方，而是继续向以后的象素值扩散。
三、ADPCM自适应差分脉冲编码调制自适应脉冲编码调制是一种根据输入信号幅度大小来改变量化阶大小的一种波形编码技术。
这种自适应可以是瞬时自适应，即量化阶的大小每隔几个样本就改变；也可以是音节自适应，即量化阶的大小在较长时间周期里发生变化。
数字音频编码原理
数字音频编码原理数字音频编码是将模拟音频信号转换为数字形式进行存储或传输的过程。
通过编码，可以有效地压缩音频数据，减少存储空间和传输带宽的占用。
本文将介绍几种常见的数字音频编码原理及其应用。
一、脉冲编码调制（PCM）编码原理脉冲编码调制是将音频信号进行均匀采样后，使用固定的位数来表示每个采样点的幅度。
采样频率越高，每秒采集到的样本数越多，音频的质量就越好。
每个采样点的位数越多，可以表示的幅度范围就越大，音频的动态范围就越宽。
二、脉宽调制（PWM）编码原理脉宽调制是将音频信号进行一定方式的调制，通过调节脉冲宽度的方法来表示音频信号的幅度大小。
脉宽调制可以将音频信号转换为数字信号，适用于一些低成本的数字音频设备，如电子琴，电话等。
三、脉码调制（PCM）编码原理脉码调制是将音频信号进行量化后，以一定的码型来表示量化结果。
脉码调制可以将音频信号压缩为二进制码，提高存储和传输效率，并且保持较好的音频质量。
四、自适应差分脉码调制（ADPCM）编码原理自适应差分脉码调制是一种变码率编码方式，通过动态地调整每个采样点的位数来提高编码效率。
ADPCM编码将音频信号进行预测和差分编码处理，使编码后的数据更加紧凑。
五、傅里叶变换编码原理傅里叶变换是一种将时域信号转换为频域信号的数学方法，通过将音频信号进行频谱分析和频域量化处理，实现音频信号的压缩和解压缩。
六、应用场景数字音频编码技术已广泛应用于各种音频设备和通信系统中。
例如，CD、MP3等音频文件采用了脉冲编码调制和脉宽调制的编码原理，实现了高质量的音频存储和传输。
此外，数字音频编码技术还应用于网络电话、音频广播、语音识别等领域，为人们的生活带来了便利。
总结数字音频编码是将模拟音频信号转换为数字形式的过程，通过编码实现音频数据的压缩和传输。
常见的数字音频编码原理包括脉冲编码调制、脉宽调制、脉码调制、自适应差分脉码调制和傅里叶变换等。
这些编码原理在不同的应用场景中具有广泛的应用，为人们的日常生活带来了便利和享受。
音频压缩编码原理及标准
三、音频压缩编码原理及标准
编辑p编码的基本原理 2、MPEG-1 音频压缩编码标准 3、杜比AC-3 音频压缩算法 4、 其他MPEG音频压缩编码
编辑ppt
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音频压缩编码原理及标准
音频压缩编码的基本原理 音频信号压缩编码的必要性 数字音频的质量取决于：采样频率和量化位数这两个参数，为 了保真在时间变化方向上取样点尽量密，取样频率要高；在幅度取 值上尽量细，量化比特率要高 ，直接的结果就是存储容量及传输信 道容量要求的压力 音频信号的传输率 = 取样频率* 样本的量化比特数*通道数
由听觉冗余引出了降低数据率 ，实现更高效率的数字音频传输 的可能
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音频压缩编码原理及标准
音频压缩编码的基本原理 音频压缩编码方法的分类及典型代表 编码 信号系统如何把一定的信息内容包含在少量特定信号的排列组
合之中 1、采用一定的格式来记录数字数据 2、采用一定的算法来压缩数字数据以减少存贮空间和提高传
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音频压缩编码原理及标准
音频压缩编码的基本原理 音频信号压缩编码的可能性 听觉冗余 根据分析人耳对信号频率、时间等方面具有有限分辨能力而设
计的心理声学模型，将通过听觉领悟信息的复杂过程，包括接受信 息，识别判断和理解信号内容等几个层次的心理活动，形成相应的 连觉和意境
由此构成声音信息集合中的所以数据，并非对人耳辨别声音的 强度、音调、方位都产生作用，形成听觉冗余
编辑ppt
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音频压缩编码原理及标准
音频压缩编码的基本原理 音频信号压缩编码的可能性 数字音频信号中包含的对人们感受信息影响可以忽略的成分称
为冗余，包括时域冗余、频域冗余和听觉冗余 时域冗余 时域冗余的表现形式 1、幅度分布的非均匀性 信号的量化比特分布是针对信号的整个动态范围而设定的，对
数码音频编解码原理：数字信号的压缩与解码
数码音频编解码原理：数字信号的压缩与解码数码音频编解码（Digital Audio Coding and Decoding）是将模拟音频信号转换为数字形式、进行压缩传输，并在接收端还原成模拟音频信号的过程。
以下是数码音频编解码的基本原理：采样：首先，模拟音频信号需要以一定的采样率进行采样，将连续的模拟信号转换为离散的数字信号。
采样率表示每秒采集的样本数，常见的采样率包括44.1 kHz（用于CD音质）、48 kHz（用于视频和广播）等。
量化：采样得到的模拟信号的振幅值需要进行量化，将其转换为离散的数字值。
量化级别表示每个样本的振幅可以取多少个离散值，通常用比特数（如16位或24位）来表示。
编码：通过采样和量化得到的数字信号需要进行编码，将其表示为二进制形式。
编码的方式有多种，例如脉冲编码调制（PCM）是常见的一种。
压缩：数字音频信号通常会经过压缩算法，以减小文件大小，方便传输和存储。
常见的音频压缩算法包括有损压缩（如MP3、AAC）和无损压缩（如FLAC、ALAC）。
传输/存储：压缩后的数字音频信号可以通过各种介质进行传输，比如通过互联网进行在线流媒体传输，或者存储在数字音频文件中。
解压缩：在接收端或播放设备上，需要对压缩的数字音频信号进行解压缩还原成原始的数字信号。
解码：解压缩后的数字信号需要进行解码，将其转换为模拟音频信号。
解码的过程要根据采用的编码方式来进行，以还原出原始的数字音频信息。
数模转换：解码后的数字信号需要通过数模转换器（DAC）转换为模拟信号，以便在扬声器或耳机等音频设备中产生声音。
这一系列过程使得数字音频编解码系统能够在数字领域内高效地传输、存储和还原音频信息。
各种音频编解码标准和格式的选择取决于应用的需求和对音质的要求。
数字音频编解码器工作原理
数字音频编解码器工作原理数字音频编解码器是一种用于处理数字音频信号的设备或算法。
它广泛应用于音频压缩、音频传输和音频存储等领域。
本文将详细介绍数字音频编解码器的工作原理。
一、数字音频信号的采样与量化数字音频信号的采样与量化是数字音频编解码器的起点。
在数字音频中，音频信号被离散化为一系列采样点。
采样是指按照一定的时间间隔对连续的音频信号进行采集。
量化是指将采样得到的模拟信号的振幅值映射为离散的数字值。
二、压缩编码压缩编码是数字音频编解码器的核心环节之一。
它通过分析音频信号中的冗余信息，并采用有效的算法对音频信号进行压缩，以减少数据量的同时保持较高的音频质量。
1. 时间冗余压缩时间冗余压缩利用音频信号在时间域中的冗余性质。
音频信号通常在短时间内具有较高的相关性，这说明同一个音频信号在连续的采样点上可能非常相似。
通过检测和表示这种相似性，可以用更少的数据来表示音频信号。
2. 频率冗余压缩频率冗余压缩是利用音频信号在频域中的冗余性质。
通过对音频信号进行傅里叶变换，可以将其表示为频谱形式。
在频谱中，一些频率成分往往占主导地位，而其他频率成分则相对较弱。
通过对频谱进行有效的编码，可以选择性地保留主要频率成分，从而减少数据量。
3. 数据压缩算法为了实现高效的数据压缩，数字音频编解码器使用多种数据压缩算法。
其中包括无损压缩算法和有损压缩算法。
无损压缩算法通过利用冗余信息剔除或重复编码来减少数据量，而保持音频质量不受损失。
有损压缩算法则通过舍弃一部分音频信息来进一步减小数据量。
虽然有损压缩会导致一定程度的音频质量损失，但在一些应用场景下仍然可以接受。
三、解码还原解码还原是数字音频编解码器的最后一步。
在这一步骤中，压缩编码得到的音频数据被还原为原始的音频信号。
解码器按照编码过程的逆操作进行解码，将压缩后的数据转换回原始的数字音频信号。
解码还原的过程包括解码压缩算法、恢复频率成分、合成时间域信号等步骤。
通过这些步骤的组合，解码器可以将压缩后的数据还原为近似原始音频信号的形式，使用户能够听到高质量的音乐或声音。
数字音频技术_MP3_的压缩编码原理与制作方法.
第4卷第2期长沙航空职业技术学院学报CHANGSHAAERONAUTICALVOCATIONALANDTECHNICAL2004年6月COLLEGEJOURNALVol.4No.2Jun.2004数字音频技术(MP3)的压缩编码原理与制作方法张晓婷(珠海市工业学校,广东珠海519015)摘要:,,同时介绍专业制作MP3的方法。
关键词;制作经验与技巧+11文献标识码:A文章编号:1671-9654(2004)02-051-06 CompressionCodingPrincipleandFactureofDigitalAudioFrequencyTechnique(MP3)ZHANGXiao2ting(ZhuhaiIndustrySchool,ZhuhaiGuangdong519015)Abstract:FromtheperspectiveofAudioCompressionTheory,thepaperdiscussesformatofaudioFreque ncytech2nique(MP3)andcompressioncodingprincipleandalsointroducesthefactureofaudioFrequen cytechnique(MP3).Keywords:FomatofaudioFrequencytechnique(MP3);compressioncodingprinciple;facture一、引言数字技术的出现与应用为人类带来了深远的影响,特别是互联网的普及,使数字音频技术得到更为广泛的应用,并具有良好的市场前景。
与之相关的数字音频压缩技术也得到了充分的发展,一些著名的研究机构和公司都致力于开发专利技术和产品。
其中,MP3便是目前为止开发得最为成功的数字音频压缩技术之一。
二、MP3简介(一)数字音频MP3的格式MP3音频格式诞生于20世纪80年代,全名MPEGAudiolayer3,是MPEG(MovingPicturesEx2pertGroup运动图像专家组)当初和影像压缩格式同时开发的音频压缩格式,是MPEG21标准中的第三个层次,是综合了MPEGAudiolayer2和ASPEC优点的混合压缩技术,音频质量好,主要用于MP3音频压缩,典型的码流为每通道64Kbit/s。
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3.1.3 音频编/解码器的性能指标
1、重建音频质量及其评价方法
用于评价重建音频质量的方法可分为：主观评价和客观评
价两类。
主观评价方法又分为：
客观评价方法又分为：
可懂度评价方法
时域测度评价方法
判断韵字测试（DRT）
信噪比
改进的韵字测试
加权信噪比
音质的评价方法
平均分段信噪比
第3章 数字音频压缩编码
3.1 数字音频编码概述 3.2 常用数字音频编码技术 3.3 MPEG-1音频编码标准 3.4 MPEG-2 音频编码标准 3.5 MPEG-4 音频编码标准 3.6 Enhanced aacPlus编码技术 3.7 中国制定的音频编码标准 3.8 新一代环绕多声道音频编码格式
频更敏感 人耳对语音信号的相位不敏感 凡是人耳感觉不到的成分，即对人耳辨别声音的强度、音
调、方位没有贡献的成分，称为与听觉无关的“不相关” （Irrelevance）部分，都可视为是冗余的，可以将它们压 缩掉。
数字音频压缩编码的目的
数字音频压缩编码的目的，是在保证重构 声音质量一定的前提下，以尽量少的比特数来 表征音频信息，或者是在给定的数码率下，使 得解码恢复出的重构声音的质量尽可能高。
50Hz ～ 7 000Hz 20Hz ～ 15 000Hz 10Hz ～ 20 000Hz
3.1.2 数字音频压缩编码的机理
■数字音频压缩的必要性
1秒钟声音文件的数据量（不压缩）： 采样频率（Hz） 量化精度（比特数）声道数 （MB） 8 1024 1024
例：计算1分钟双声道、16bit量化精度、44.1kHz采 样频率声音的不压缩的数据量是多少？
次声波 <20Hz
音频信号 20～20 000Hz
超声波 >20 000Hz
3.1.1 音频信号的分类
声音的质量与它所占 用的频带宽度有关。
男性语音 女性语音 电话语音 调幅广播(AM) 调频广播(FM) 高保真音响
100Hz ～ 9 000Hz 150Hz ～ 10 000Hz 200Hz ～ 3 400Hz
整个谱也随频率增加而递减。 功率谱的细节以基音频率为基础，形成高次谐波结构。
音频信号的短时功率谱
浊音
清音
音频信号的听觉冗余
人耳的听觉感知机理
人耳的听觉具有掩蔽效应（ Masking Effect ），利用掩 蔽效应来掩盖量化失真
人耳对音频信号的幅度、频率的分辨能力是有限的 人耳对不同频段声音的敏感程度不同，通常对低频比对高
本章学习目标
熟悉数字音频压缩编码的机理。 了解音频编解码器的性能指标和重建音频质量的评价方法。 熟悉数字音频编码的基本方法及分类。 掌握感知音频编码的基本原理，理解子带编码的基本思想。 重点掌握MPEG-1、MPEG-2 AAC的音频编解码原理。 了解AVS音频立体声编解码的原理和DRA多声道数字音频编
3.1.3 音频编/解码器的性能指标
3、算法的复杂度
一般而言，在音频质量相同的情况下，数码率越低，算法复 杂度越高。编/解码算法的复杂度与硬件的实现有很密切关 系，它决定了硬件实现的复杂程度、功耗和成本。
从频域考察音频信号的功率谱密度： 非均匀的长时间功率谱密度
长时间功率谱呈现强烈的非平坦性，高频能量较低 时域上相邻样本相关。
语音特有的短时功率谱密度
语音的短时功率谱，在某些频率出现峰值（该频率称 为共振峰频率），在另外一些频率上出现谷值。
出现共振峰的频率不止一个，最主要的是前两个，决 定了不同的语音特征。
时域冗余 频域冗余 听觉冗余
去除冗余实现压缩编码。
音频信号的时域冗余
幅度分布的非均匀性
小幅度样本出现的频率高
样值之间的相关性
当采样频率为 8kHz 时，相邻样本间的相关系数大于 0.85；
周期之间的相关性
在特定瞬间，某段声音往往只是总频带 300~3400Hz 的少数几个频率 分量在起作用象某些振荡波一样，在周期与周期之间存在一定的相 关性
3.1.3 音频编/解码器的性能指标
2、数码率（比特速率）
降低数码率往往是语音编码的首要目标。数码率越低，压缩效率越高。 语音编码器分成两类：固定速率编码器和可变速率编码器。 现有大部分编码标准都是固定速率编码，其范围为0.8kbit/s ~64kbit/s。
可变速率编码是近年来出现的新技术：两方通话大约只有40%的时间是真 正有声音的，因此可采用通/断二状态编码。 通状态对应有声期，采用固定速率编码；断状态对应无声期，传送极低比 特速率信息（如背景噪声特征等），甚至不传送任何信息。
平均意见得分（MOS） 频域测度评价方法
判断满意度测量（DAM） 巴克谱失真测度
MUSHRA
美尔谱失真测度
……
评价方法
主观评价
客观评价
可懂度评价
音质评价
平均意见得分 （MOS）
判断满意度测量 （DAM）
计算较简单，但没有 考虑实际情况，故适 用于高数码率语音编 码质量的评价
基音之间的相关性
男声基音周期为 5~20ms，而典型的浊音持续 100ms
静止系数（话音间隙）
全双工话路的典型效率约为 40%（静止系数为 0.6）
长时自相关性
如几十秒内的相关性
例: 语音信号的时域冗余
‘1’
‘2’
一 个 单 音 ‘1’ 基音周期(音调周期)
音频信号的频域冗余
解码的原理。 了解新一代环绕多声道音频编码格式。
3.1 数字音频编码概述
3.1.1 音频信号的分类 3.1.2 数字音频压缩编码的机理 3.1.3 音频编解码器的性能指标 3.1.4 数字音频编码技术的分类 3.1.5 数字音频编码标准概述
3.1.1 音频信号的分类
声音信号按频率划分：
S 44.1103 16 2 60 10.09(MB) 81024 1024
3.1.2 数字音频压缩编码的机理
从信息保持的角度讲,只有当信源本身具有冗余度, 才能对其进行压缩。
信号一部分可由另一部分重建或可用另外表达形 式简单说明，称为信号有冗余。
音频信号存在着多种形式的冗余。