數(shù)字音頻壓縮編碼

1、數(shù)字音頻壓縮編碼一、 PCM脈沖編碼調(diào)制PCM 脈沖編碼調(diào)制是Pulse Code Modulation的縮寫。脈沖編碼調(diào)制是數(shù)字通信的編碼方式之一。主要過程是將話音、圖像等模擬信號每隔一定時間進行取樣，使其離散化，同時將抽樣值按分層單位四舍五入取整量化，同時將抽樣值按一組二進制碼來表示抽樣脈沖的幅值。編碼原理：PCM脈沖編碼調(diào)制是對連續(xù)語音信號進行空間采樣、幅度值量化及用適當碼字將其編碼的總稱，即它把連續(xù)輸入的模擬信號變換為在時域和振幅上都離散的量，然后將其轉(zhuǎn)化為代碼形式傳輸或存儲，原理框圖如圖所示。在圖中，它的輸入是模擬聲音信號，輸出是PCM樣本。圖中的“防失真濾波器”是一個低通濾波器，用

2、來濾除聲音頻帶以外的信號；“波形編碼器”可暫時理解為“采樣器”；“量化器”可理解為“量化階大小”（StepSize）生成器或者稱為“量化間隔”生成器。PCM原理框圖 優(yōu)點：音源信息保存完整,音質(zhì)好 。缺點：信息量大，體積大，冗余度過大。二、 DPCM差值編碼調(diào)制DPCM編碼是對模擬信號幅度抽樣的差值進行量化編碼的調(diào)制方式。這種方式是用已經(jīng)過去的抽樣值來預測當前的抽樣值，對它們的差值進行編碼。差值編碼可以提高編碼頻率，這種技術已應用于模擬信號的數(shù)字通信之中。編碼原理：DPCM采用預測編碼的方式傳輸信號，所謂預測編碼就 是根據(jù)過去的信號樣值來預測下一個信號樣值，并僅 把預測值與現(xiàn)實樣值的差值加以量

3、化，編碼后進行數(shù) 字信號傳輸。在接收端經(jīng)過和發(fā)送端相同的預測操 作，低通濾波器便可恢復出與原始信號相近的波形。優(yōu)點：DPCM的壓縮比不高，但它容易硬件實現(xiàn)，成本低，因此應用比較普遍。缺點：有誤碼擴散。即：如果在量化或傳輸中出現(xiàn)了噪聲，那么它不僅僅停留在發(fā)生誤碼的地方，而是繼續(xù)向以后的象素值擴散。三、 ADPCM自適應差分脈沖編碼調(diào)制自適應脈沖編碼調(diào)制是一種根據(jù)輸入信號幅度大小來改變量化階大小的一種波形編碼技術。這種自適應可以是瞬時自適應，即量化階的大小每隔幾個樣本就改變；也可以是音節(jié)自適應，即量化階的大小在較長時間周期里發(fā)生變化。 編碼原理：利用自適應的思想改變量化階的大小，即使用小的量化階(

4、step-size)去編碼小的差值,使用大的量化階去編碼大的差值；使用過去的樣本值估算下一個輸入樣本的預測值，使實際樣本值和預測值之間的差值總是最小。優(yōu)點：ADPCM(adaptive difference pulse code modulation)綜合了APCM的自適應特性和DPCM系統(tǒng)的差分特性，是一種性能比較好的波形編碼；算法復雜度低，壓縮比大（CD音質(zhì)400kbps），編解碼延時最短（相對其它技術）缺點：聲音質(zhì)量一般四、DM增量調(diào)制增量調(diào)制簡稱M或增量脈碼調(diào)制方式(DM)是一種特殊簡化的DPCM，只用了1 bit的量化器，它采用較高的取樣頻率和1比特的編碼。編碼原理：它將信號瞬時值與

5、前一個抽樣時刻的量化值之差進行量化，而且只對這個差值的符號進行編碼，而不對差值的大小編碼。因此量化只限于正和負兩個電平，只用一比特傳輸一個樣值。如果差值是正的，就發(fā)“1”碼，若差值為負就發(fā)“0”碼。因此數(shù)碼“1”和“0”只是表示信號相對于前一時刻的增減，不代表信號的絕對值。同樣，在接收端，每收到一個“1”碼，譯碼器的輸出相對于前一個時刻的值上升一個量階。每收到一個“0”碼就下降一個量階。當收到連“1”碼時，表示信號連續(xù)增長，當收到連“0”碼時，表示信號連續(xù)下降。譯碼器的輸出再經(jīng)過低通濾波器濾去高頻量化噪聲，從而恢復原信號，只要抽樣頻率足夠高，量化階距大小適當，收端恢復的信號與原信號非常接近，量

6、化噪聲可以很小。優(yōu)點：抗誤碼性能好；電路簡單；數(shù)據(jù)率低于40千比特/秒時，增量調(diào)制一般采用的數(shù)據(jù)率為32千比特/秒或16千比特/秒。缺點：一般量化噪聲；噪聲過載。五、ADM自適應增量調(diào)制 ADM自適應增量調(diào)制是為了將斜率過載和粒狀噪聲減到最小而使“量化階”根據(jù)輸入信號斜率的變化進行自動調(diào)整。編碼原理：采用可變步長, 使其適應信源信號的短時特性, 即當波形具有陡峭斜率時, 使步長增大, 當波形斜率相對較小時, 使步長減小, 這就是自適應特性。優(yōu)點：有適應能力強、 語音質(zhì)量好缺點：斜率過載失真和顆粒失真六、SBC子帶編碼子帶編碼（Subband Coding）簡稱SBC，是一種以信號頻譜為依據(jù)的編

7、碼方法，即將信號分解成不同頻帶分量來去除信號相關性，再將分量分別進行取樣、量化、編碼，從而得到一組互不相關的碼字合并在一起后進行傳輸。編碼原理：先通過一組帶通濾波器將輸入信號分成若干個在不同頻段上的子帶信號，然后將這些信號經(jīng)過頻率搬移轉(zhuǎn)變成基帶信號，再對它們分別取樣。取樣后的信號經(jīng)過量化、編碼，并合成一個總的碼流傳送給接收端。在接收端，首先把碼流分成與原來的各子帶信號相對應的子帶碼流，然后解碼、將頻譜搬至原來的位置，最后經(jīng)帶通濾波、相加得到重建的信號。優(yōu)點：可以利用人耳（或人眼）對不同頻率信號的感知靈敏度不同的特性，在人的聽覺（或視覺）不敏感的部位采用較粗糙的量化，在敏感部位采用較細的量化，以

8、獲得更好的主觀聽覺（視覺）效果；各子帶的量化噪聲都束縛在本子帶內(nèi)，這樣就可以避免能量較小的頻帶內(nèi)的信號被其它頻段中的量化噪聲所掩蓋。缺點：濾波器的具體實現(xiàn)不可能是理想的帶通，其幅度影響不可避免地帶有有限的滾降。七、信道利用方式1、頻分多路復用（FDM） TDM是一種頻帶模擬傳輸技術，使用它可以在一條電纜上同時傳輸多個信號，每個數(shù)據(jù)庫或音頻信號都被調(diào)制成不同頻率的載波。信道的頻率范圍被進一步細分為窄的頻道，每個頻道都能傳送不同的信號。信號頻道之間的保護頻帶分開細分的傳輸頻道以減少干擾。在無線電和TV廣播中廣泛使用FDM，而從多個電臺通過電磁波或電纜同時廣播。優(yōu)點：是復用路數(shù)多、分路方便。缺點是設備龐大、復雜。2、時分多路復用（TDM） TDM是一種基帶技術，不同的電路（數(shù)據(jù)或音頻）由它們具有固定時間間隔