2023年汽车数字音响技术之声音压缩技术基础.docx

声音压缩技术根底 数据压缩分为有损压缩和无损压缩。无损压缩要求重构的信号和原始信号完全 一致，目前一般无损压缩算法可以将数据压缩原来1/2到1/4。有损压缩适用于重构的信号不一定要和原有信号完全一致，可以将一些不必要的信息德育而不影响对原始数据的判断。 可以通过客观质量度量和主观质量度来判定声音质量的好坏。声音质量客户质量的度量就是对声音的参数进行测量，例如测试声音的信噪比、失真度等。主观质量试题就是通过听觉对声音质量进行评估〔见表〕 分数 质量级别 失真级别 5 优〔Excellent〕 无觉察 4 良〔Good〕 〔刚〕觉察但不讨厌 3 中〔Fair〕 〔觉察〕有点讨厌 2 差〔Poor〕 讨厌但不反感 1 劣〔Bad〕 极讨厌〔令人反感〕 1.常见的音频压缩方法 脉冲编码调制〔Pulse Code Modulation，PCM〕是概念上最简单、理论上最完善、最早研制成功、使用最广泛、数据流量最大的编码体系。PCM方式是法国人A.H.里福斯于1937年创造的，最早广泛应用于通信之中。随着半导体技术的进步，特别是开展到超大规模集成电路阶段后，PCM方式应用于音响领域成为现实。〔见图〕 图：PCM为根本技术的数字音响设备的原理方框图 PCM就是将连续的模拟信号经过取样和量化。PCM分为DPCM〔差分脉冲编码调制，Differential Pulse Modulation〕和ADPCM〔自适应差分脉冲编码调制，Adaptive Differential Pulse Code Modulation〕。DPCM只对实际采样值和预测采样值之间的差值进行编码，这样可以减少表示每个样本的位数。ADPCM在DPCM根底上加上自适应特性，根据样本自动 地改变量化阶的大小〔见图〕 PCM方式数字音响设备各阶段波形图 2.声音的感知特性 声音感知有三个主要特性：响度、音调和掩蔽效应。 响度就是声音的强弱，也就是声压或者声强，人们将刚好能够被 听到的1kHz的声音信号的强度定义为0dB声强级。当声音刚刚能够被人的耳朵听到，这时的声音强度 为“听阈〞，听阈是随着声音的频率变化而变化的。当声音强到使人的耳朵感到疼痛时，这时的声音强度为“痛阈〞，1kHz信号声音强度到达120dB时，人的耳朵就会感觉疼痛。在听阈和痛阈之间的范围就是人耳的听觉范围。 音调也叫音高，用频率来度量。人耳在频率感觉上也有一个范围，测量音高是用1kHz的信号40dB声强为基准。主观测试时，固定的基准声强，用1kHz先听音，然后调节频率使听音者感觉频率变化。音高和频率 之间不是线性关系〔见图〕 图 音高-频率曲线 掩蔽效应是指一个声音A的听觉感受受到另一个声音B的影响。A称为被掩蔽音，B被称为掩蔽音。A单独存在时的听阈强度为绝对听阈，在掩蔽效应下，必须加大A的强度刚刚被听到时的运单强度 为相对听阈。掩蔽效应分为频域掩蔽，时域掩蔽又分为超前掩蔽和滞后掩蔽。 频域掩蔽，是指人耳在一定的频率范围内对同时发出的声音，一个声音很容易就能够掩盖另一个声音，而且频率越接近越容易掩盖，频率向着高频方向越高越不容易掩蔽。 在时间上相邻的声音之间也会发生掩蔽，即时域掩蔽。这是因为人的大脑在处理信息时需要时间的原因，一般来说超前掩蔽需要2ms~5ms，滞后掩蔽可能持续100ms。 3.MPEG音频编码与解码〔见图〕 MPEG 音频编码器根本结构 MPEG音频解码器结构图 表1 MPEG音频 标准一般到达 的压缩率 层次 压缩率 立体声信号所对应的比特率 Ⅰ 1：4 384 Ⅱ 1:6~1:8 256~192 Ⅲ 1:10~1:12 128~112 表2 MPEG-1 LAYERⅢ在各种音质下的性能 音质要求 带宽〔kHz〕 模式 比特率〔kb/s〕 压缩比 2.5 单声道 8 96：1 优于短波 4.5 单声道 16 48：1 优于调幅播送 7.5 单声道 32 24：1 类似于条幅播送 11 立体声 56~64 26~24：1 接近CD 15 立体声 96 16：1 CD >15 立体声 112~128 12~10：1 表3 MPEG音频标准各层编码解码器延迟时间 延迟时间 理论最小值〔ms〕 实际实现中的一般值〔ms〕 层1〔LayerⅠ〕 19 <50 层2〔LayerⅡ〕 35 100 层3〔LayerⅢ〕 59 150 文章摘自：姜卫忠汽车多媒体导航系统蓝皮书由汽车电子 :// szaeia /整理