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(1)音频信号的冗余信息
如果不经压缩直接发送数字音频信号,它将占用巨大的带宽。 例如,如果一组双通道数字音频的采样频率为44.1KHz,并且每个采样值均以16位量化,则编码率为:
2 * 44.1kHz * 16位= 1.411Mbit / s
如此大的带宽会给信号的传输和处理带来很多困难,因此必须采用音频压缩技术对音频数据进行处理,以有效地传输音频数据。
数字音频压缩编码可以在音频信号不会产生听觉失真的前提下尽可能多地压缩音频数据信号。 数字音频压缩编码是通过消除声音信号中的多余分量来实现的。 所谓的冗余分量是指音频中人耳无法感知的信号。 他们对确定声音的音色,音调和其他信息没有帮助。
冗余信号包括超出人类听觉范围的音频信号和被屏蔽的音频信号。 例如,人耳可以检测到的声音信号的频率范围为20Hz~20kHz,其他人耳无法检测到的频率都可以视为冗余信号。 另外,根据人类听觉的生理心理声学现象,当强音信号和弱音信号同时存在时,弱音信号会被强音信号掩盖而听不见,因此弱音信号可以看作是冗余信号而不是传输。 这是面具人类听觉的ng效应,主要表现在频谱掩蔽效应和时域掩蔽效应
(a)频谱掩蔽效应
当频率的声能小于某个阈值时,人耳将不会听到它。 该阈值称为最小可听阈值。 当出现另一个具有更高能量的声音时,靠近声音频率的阈值将大量增加,这称为掩蔽效果。
从图中可以看出,人耳对2KHz〜5KHz的声音最敏感,对频率过低或过高的声音信号都非常不敏感。 当出现频率为0.2khz,强度为60dB的声音时,其附近的阈值会大大增加。 从图中可以看出,低于0.1khz和高于1kHz的部分远离0.2khz的强信号,因此不受0.2khz的强信号的影响,阈值也不受影响。 而在0.1khz-1khz的范围内,由于出现了0.2khz的强音,因此大大提高了阈值,并且在此范围内人耳所能感受到的最小声音强度也大大提高了。 如果在0.1khz〜1kHz范围内的声音信号强度低于阈值曲线,因为它被0.2khz的强音信号掩盖了,那么我们的耳朵此时只能听到0.2khz的强音信号,但根本听不到其他微弱的信号。 与0.2khz的强音信号同时存在的这些弱音信号可以视为冗余信号,无需传输。
(b)时域掩蔽效应
当强音信号和弱音信号同时出现时,还有时域掩蔽效应。 也就是说,当两者的发生时间非常接近时,也会发生掩蔽效果。 图中显示了时域掩蔽过程曲线,该曲线分为三个部分:正面掩蔽,同时掩蔽和背面掩蔽。
时域掩蔽效果可以分为三种:正面掩蔽,同时掩蔽和背面掩蔽。 预掩蔽意味着在人耳听到强信号之前的短时间内,现有的弱信号将被掩蔽并且不会被听到。 同时掩蔽意味着当强信号和弱信号同时存在时,弱信号将被强信号掩蔽而不被听到。 后掩蔽是指当强信号消失时,需要很长时间才能再次听到弱信号,这称为后掩蔽。 这些信号可以视为冗余信号。
(c) 压缩编码方法
当前,在数字音频编码领域中,存在不同的编码方案和实现方法,但是基本的编码思想是相似的,如图所示。
对于每个音频通道,有必要将它们映射到频域,这可以通过子带滤波器实现。 每个通道的音频采样块首先根据心理声学模型计算掩蔽阈值,然后根据计算出的掩蔽阈值从公共比特池中确定分配给该通道的不同频域中的比特数,然后携带进行量化和编码,最后将控制参数和辅助数据添加到数据中以生成编码数据流。
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