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信息工程系 数字电视原理 信息工程系 5.1 模拟电视的数字音频技术 5.1.1 概述 5.1.2 音频信号的数字化 1. 音频信号取样、量化 2.音频信号数字化的压缩编码 3.音频压缩的基本依据 (1) 声音信息存在多种冗余度 (2) 听觉的掩蔽效应 掩蔽效应特点 4. 声音压缩编码方法 1) 波形压缩编码法 2) 分析合成编码法 3) 混合编码压缩法 5. 模拟电视的数字音频技术 ---- 数字丽音NICAM技术 5.2 高保真音频信号压缩编码标准 1. MUSICAM 2．MPEG音频压缩编码标准 (1) 系统的基本框架 (2) MPEG音频帧格式 (3) MPEG音频编码/解码器 3. 杜比AC3数字音频编码 AC3编解码技术 5.3 数字音频广播DAB 特点 南航信息工程学院 CH5 数字音频技术 * CH5 数字音频技术 1.声音： 指由空气振动引起耳膜振动并被人耳所感知的机械振动波。 2.音频信号: 指带有语音、音乐和音效等声波的频率、幅度变化信息的载体，是声音转换成的电信号。 音频信号的三个要素: 音调、音强和音色 音强： 音色： 音调： 指音频信号的基波频率 （最低频率 ）。 指音频信号的振动幅度，又称音量。 指音频信号的所有频率成分。 音频信号频率范围： 20 Hz～20 kHz 包括对模拟音频信号的取样、量化和编码过程 。 数字音频信号具有高保真、抗干扰能力强等特点，但需增加存储和传输信道容量。 音频信号频率为20 Hz～20 kHz，据取样定理，其采样频率须在40 kHz以上。如CD：其采样频率为44.1 kHz，量化精度16bit，1分钟立体声音频信号需约10MB存储容量，记录几十分钟音乐就需几百兆。 据研究表明:音频信号直接PCM数字化，产生的数字码流存在非常大冗余度，无损条件下声音数据至少可进行4∶1压缩，即只用25％的数据量就可保存所有的信息，所以需音频压缩。 数字音频压缩编码技术 指对原始数字音频信号流（PCM码）运用适当数字信号处理技术，在不损失有用信息量，或所引入损失可忽略的条件下，降低（压缩）其码率。 1) 样值间有极大相关性，相邻样值间有最大相关性。 2) 话音间隙冗余。通常打电话时，只有一个人在 说话，且说话时字、词及句之间会出现停顿， 存在话音间隙。 3) 通话间隔时会出现大量低电平样值，且小幅度样 值比大幅度样值出现概率大，量化时存在冗余度。 指强音掩盖住弱音，使其听音降低的现象。 掩蔽效应既与频率域有关，也和时间域有关，是声音压缩编码的基础。 对于纯音，一般低音容易掩蔽高音，而高音较难掩蔽低音。 依据人类听觉心理，从原始取样数据中压缩掉冗余成分，即去掉听不到的频率分量。 适合高保真语音及音乐信号压缩编码。在较高码率条件下，可还原高质量音频信号。 特点: (基于参数的编码方法) 特点: 用电学模型和电气参数模拟发音器官，提取必要的模型参数和激励信号的信息，并进行编码，最后输出合成语音原始信号。 数据量小，但计算量很大，适用于对语音质量不高的窄带应用场合。 仅对特征参编码，压缩比可做得很高。 将上述两种编码方法结合起来的编码方法，可在较低的数码率上得到较高的音质。其音频数据率在4～10 kpbs之间，数据处理比波形编码要复杂，但能获得良好的音质。 对音乐信号还有熵编码、自适应变换编码（频域编码）、心理声学模型和子带压缩等技术。 NICAM技术具有传送声音动态范围大、音质好、信噪比高、串音小等优点。 图5-1 NICAM原理框图 (掩蔽型自适应通用子带综合编码和复用) 利用人耳听觉特性，用QMF(正交镜像滤波器)或多相滤波器把声音信号分割为多个子带(4～64个)，以不同量化特性对各子带加以量化。 MUSICAM编码中采用前向自适应比特分配。 图5-2 MUSICAM编解码器原理框图 MEPG1和MPEG2第三部分均是音频压缩编码标准。MPEG2音频标准兼容MPEG1，主要服务于多声道、多语种，并将音频取样频率向下扩展(16 kHz、22.05 kHz及24 kHz)，以降低传输码率。两者音频压缩编码标准的结构、帧格式等基本相同。 层次1：简化的MUSICAM； 层次2：等同MUSICAM （Adaptive Spectral Perceptual Entroy Codin