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(1)音頻信號的冗餘信息
如果不經壓縮直接發送數字音頻信號,它將佔用巨大的帶寬。 例如,如果一組雙通道數字音頻的採樣頻率為44.1KHz,並且每個採樣值均以16位量化,則編碼率為:
2 * 44.1kHz * 16位= 1.411Mbit / s
如此大的帶寬會給信號的傳輸和處理帶來很多困難,因此必須採用音頻壓縮技術對音頻數據進行處理,以有效地傳輸音頻數據。
數字音頻壓縮編碼可以在音頻信號不會產生聽力失真的前提下盡可能多地壓縮音頻數據信號。 數字音頻壓縮編碼是通過消除聲音信號中的多餘分量來實現的。 所謂的冗餘分量是指音頻中人耳無法感知的信號。 他們對確定聲音的音色,音調和其他信息沒有幫助。
冗餘信號包括超出人類聽覺範圍的音頻信號和被屏蔽的音頻信號。 例如,人耳可以檢測到的聲音信號的頻率範圍為20Hz~20kHz,其他人耳無法檢測到的頻率都可以視為冗餘信號。 另外,根據人類聽覺的生理心理聲學現象,當強音信號和弱音信號同時存在時,弱音信號會被強音信號掩蓋而聽不見,所以弱音信號可以看作是冗餘信號而不是傳輸。 這是面具人類聽覺的ng效應,主要表現在頻譜掩蔽效應和時域掩蔽效應
(a)頻譜掩蔽效應
當頻率的聲能小於某個閾值時,人耳將不會聽到它。 該閾值稱為最小可聽閾值。 當出現另一種具有更高能量的聲音時,靠近聲音頻率的閾值將大量增加,這稱為掩蔽效果。
從圖中可以看出,人耳對2KHz〜5KHz的聲音最敏感,對頻率過低或過高的聲音信號都非常不敏感。 當出現頻率為0.2khz,強度為60dB的聲音時,其附近的閾值會大大增加。 從圖中可以看出,低於0.1khz和高於1kHz的部分遠離0.2khz的強信號,因此不受0.2khz的強信號的影響,閾值也不受影響。 而在0.1khz-1khz的範圍內,由於出現了0.2khz的強音,因此大大提高了閾值,並且在此範圍內人耳所能感覺到的最小聲音強度也大大提高了。 如果在0.1khz〜1kHz範圍內的聲音信號強度低於閾值曲線,因為它被0.2khz的強音信號掩蓋了,那麼我們的耳朵此時只能聽到0.2khz的強音信號,但根本聽不到其他微弱的信號。 與0.2khz的強音信號同時存在的這些弱音信號可以視為冗餘信號,無需傳輸。
(b)時域掩蔽效應
當強音信號和弱音信號同時出現時,還有時域掩蔽效應。 也就是說,當兩者的發生時間非常接近時,也會發生掩蔽效果。 圖中顯示了時域掩蔽過程曲線,該曲線分為三個部分:正面掩蔽,同時掩蔽和背面掩蔽。
時域掩蔽效果可以分為三種:正面掩蔽,同時掩蔽和背面掩蔽。 預屏蔽意味著在人耳聽到強信號之前的很短時間內,現有的弱信號將被屏蔽並且不會被聽到。 同時掩蔽意味著當強信號和弱信號同時存在時,弱信號將被強信號掩蔽而不被聽到。 後掩蔽是指當強信號消失時,需要很長時間才能再次聽到弱信號,這稱為後掩蔽。 這些信號可以視為冗餘信號。
(c) 壓縮編碼方式
當前,在數字音頻編碼領域中存在不同的編碼方案和實現方法,但是基本的編碼思想是相似的,如圖所示。
對於每個音頻通道,有必要將它們映射到頻域,這可以通過子帶濾波器實現。 每個通道的音頻採樣塊首先根據心理聲學模型計算掩蔽閾值,然後根據計算出的掩蔽閾值從公共比特池中確定分配給該通道的不同頻域中的比特數,然後攜帶進行量化和編碼,最後將控制參數和輔助數據添加到數據中以生成編碼數據流。
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