第二章音频信号及其处理

《第二章音频信号及其处理》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第二章音频信号及其处理（37页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第二章第二章 音频信号及其处理音频信号及其处理 2.12.1声音信号声音信号2.22.2数据压缩基础数据压缩基础2.32.3语音音编码技技术2.1.1 2.1.1 声音信号的物理特征声音信号的物理特征2.1.2 2.1.2 声音信号的数字化处理声音信号的数字化处理2.1.3 2.1.3 电子乐器数字接口电子乐器数字接口(MIDI)(MIDI)系统系统2.2.1 2.2.1 数据压缩及其必要性数据压缩及其必要性2.2.2 2.2.2 数据压缩技术的分类数据压缩技术的分类2.2.3 2.2.3 信源的数字化与压缩系统评价信源的数字化与压缩系统评价2.2.4 2.2.4 压缩的理论极限压缩的理论极限

2、读尼诅咱丰凳陨秘荒鄙驱棵享傍裙汀帛锈举科批峭具诽瘁衡真繁之影淆镑第二章音频信号及其处理第二章音频信号及其处理第二章第二章 音频信号及其处理音频信号及其处理 2.32.3语音音编码技技术 2.3.12.3.1话音编码概要话音编码概要2.3.2 2.3.2 脉冲编码调制脉冲编码调制(PCM)(PCM)2.3.3 PCM2.3.3 PCM在通信中的应用在通信中的应用2.3.4 2.3.4 增量调制与自适应增量调制增量调制与自适应增量调制2.3.5 2.3.5 自适应差分脉冲编码调制自适应差分脉冲编码调制2.3.6 2.3.6 子带编码子带编码2.3.7 2.3.7 线性预测编码线性预测编码(LPC)

3、(LPC)2.3.8 GSM2.3.8 GSM编译码器简介编译码器简介债块入贯宗攒亏艾扔轩抓怖周偷痰扔粥哦簧丫霖碳颜悉甸聘鼎挣播悬保族第二章音频信号及其处理第二章音频信号及其处理第二章第二章 音频信号及其处理音频信号及其处理 2.1 2.1 声音信号声音信号2.1.1 2.1.1 声音信号的物理特征声音信号的物理特征图图2 201 01 声音是一种连续的波声音是一种连续的波1频率和振幅声音信号又两个基本的参数：频率和振幅。声音按照频率分为三种类型：次声、可听声、超声。低于20Hz的声音为次声，或称为亚音信号(subsonic)；可听声的声音频率范围为2020000 Hz；高于20000 Hz的

4、声音为超声，或称超声波(ultrasonic)信号。多媒体计算机中处理的声音主要指可听声。频率能反映出声音的声调，我们所听到的声音如果细尖表示频率高，声音粗低表示频率低。泵输筷巡诵闷疥们雁橱拭觉蛙斗沈喝腮和缨陕彰妻朴苹牌道咋赤族卒荣祈第二章音频信号及其处理第二章音频信号及其处理第二章第二章 音频信号及其处理音频信号及其处理 一般情况下人说话的话音信号的频率范围在一般情况下人说话的话音信号的频率范围在3003000 Hz3003000 Hz，称为称为话音话音(speech)(speech)信号，信号，在这种频率范围里感知的声音幅度大约在在这种频率范围里感知的声音幅度大约在0 0120 dB120

5、 dB之间。之间。声音信号的另一个基本参数是声音信号的另一个基本参数是振幅振幅，它表示声音信号的，它表示声音信号的强弱强弱。声。声音信号的强度相差很大，从可以听见的最弱声到最强声，其强度音信号的强度相差很大，从可以听见的最弱声到最强声，其强度相差相差1 1万亿倍。声音的强弱采用万亿倍。声音的强弱采用分贝分贝作为量纲，区别两个强度作为量纲，区别两个强度I I和和I I0 0的分贝数（的分贝数（dBdB）是：）是：声音分贝数声音分贝数 = 10*log(I/ I = 10*log(I/ I0 0 ) ) 在心理上，声音有两个最重要的量纲，即在心理上，声音有两个最重要的量纲，即响度和音调响度和音调，

6、其，其他还有他还有音色、和谐、不和谐音色、和谐、不和谐等等龚吓模年蹭谆袖酱豺硕网迷沿毛臭屠墟牢捅窝勇坏搽液灵绥钥辰欠霹魄税第二章音频信号及其处理第二章音频信号及其处理第二章第二章 音频信号及其处理音频信号及其处理 振振幅幅和和频频率率不不变变的的声声音音信信号号为为单单音音，或或称称纯纯音音。我我们将将不不同同的振幅和的振幅和频率合成得到的声音信号称率合成得到的声音信号称为复音复音。2 2单音和复音单音和复音复音复音基频：基频：是决定声音音是决定声音音调的基本因素的基本因素 谐音谐音 基频和谐音合成复音，形成了声音的不同音质基频和谐音合成复音，形成了声音的不同音质和音色。和音色。宗忙获迈幢九筛

7、氓坛丝庚廖诗酉深滞诗谷柬子茧涉肘柿蜗噶吐帧浮坎作夯第二章音频信号及其处理第二章音频信号及其处理第二章第二章 音频信号及其处理音频信号及其处理 2.1.2 声音信号的数字化处理1模拟信号和数字信号我 们 把 在 时 间 和 幅 度 上 都 是 连 续 的 信 号 称 为 模 拟 信 号 。在某些特定的时刻对这种模拟信号进行测量叫做采样(sampling)，由这些特定时刻采样得到的信号称为离散时间信号。采样得到的幅值是无穷多个实数值中的一个，因此幅度还是连续的。如果把信号幅度取值的数目加以限定，这种由有限个数值组成的信号就称为离散幅度信号。我们把时间和幅度都用离散的数字表示的信号就称为数字信号。话

8、筒和摄像机产生的信号为模拟信号。模拟信号经过采样可获得离散信号。离散信号经模拟/数字转换变成二进制的数字信号。数字信号就可以直接输入计算机进行处理。隔逃唉亡釜扒解狞掠铜芹途刀芳离抢穆农撰笺涂帝皆艘纳褪巩俗灯侩宜萌第二章音频信号及其处理第二章音频信号及其处理第二章第二章 音频信号及其处理音频信号及其处理 声声音音进进入入计计算算机机的的第第一一步步就就是是数数字字化化，数数字字化化实实际际上上就就是是采采样样和和量量化化。连连续续幅幅度度的的离离散散化化通通过过量量化化(quantization)(quantization)来来实实现现，就就是是把把信信号号的的强强度度划划分分成成一一小小段段一

9、一小小段段，如如果果幅幅度度的的划划分分是是等等间间隔隔的的，就就称称为为线性量化线性量化，否则就称为，否则就称为非线性量化非线性量化。声声音音数数字字化化需需要要回回答答两两个个问问题题：每每秒秒钟钟需需要要采采集集多多少少个个声声音音样样本本，也也就就是是采采样样频频率率(f(fs s) )是是多多少少，每每个个声声音音样样本本的的位位数数(bit (bit per per samplesample，bps)bps)应该是多少，也就是量化精度。应该是多少，也就是量化精度。图图2 204 04 声音的采样和量化声音的采样和量化尼狱度拙福炕毛字胚淆伯衬竖兆鸵鸭雁崔抒京疗勾吻常离撼市久茄淮氯轻第

10、二章音频信号及其处理第二章音频信号及其处理第二章第二章 音频信号及其处理音频信号及其处理 3采样定理采样频率的高低是根据奈奎斯特理论(Nyquist theory)和声音信号本身的最高频率决定的。奈奎斯特理论指出，采样频率不应低于声音信号最高频率的两倍，这样就能把以数字表达的声音还原成原来的声音，这叫做无损数字化(lossless digitization)。采样定律用公式表示为fS=2f 或者 Ts=T/2其中f为被采样信号的最高频率。例如，电话话音的信号频率约为3.4 kHz，采样频率就选为8 kHz。如果不遵循采样定理，则必然造成误差，通常称称为为混混叠叠效效应应。为了更好地防止混叠效应

11、，一是对信号进行滤波，滤除高频成分，使信号的最高频率限制在fmax之内。其二是严格依据定理，以2*fmax的频率进行采样。珐陵翱震汇凄贼裙吟儿狠煽炬伯辣娶嫌边纸癌亚喳粥菱婴皆恨烙卢凉红连第二章音频信号及其处理第二章音频信号及其处理第二章第二章 音频信号及其处理音频信号及其处理 4 4采样精度、采样位数、声道数采样精度、采样位数、声道数采样数据位数（采样数据位数（SamplingData）也称）也称量化精度，是指每个采样点量化精度，是指每个采样点在在A/DA/D转换后所表示的数据范围。常用的转换后所表示的数据范围。常用的采样数据位数有：采样数据位数有：8bit，14bit，16bit。位数越少，

12、声音的质量越低，需要的存储空间越少。位数越少，声音的质量越低，需要的存储空间越少。采样精度的另一种表示方法是信号噪声比，简称为信噪比采样精度的另一种表示方法是信号噪声比，简称为信噪比(signal-to-noise ratio,SNR)(signal-to-noise ratio,SNR)，并用下式计算：，并用下式计算： SNRSNR 10 log (V 10 log (Vsignalsignal) )2 2 / (V / (Vnoisenoise) )2 2 20 log (V20 log (Vsignalsignal / V / Vnoisenoise) )其中，其中，V Vsignals

13、ignal表示信号电压，表示信号电压，V Vnoisenoise表示噪声电压；表示噪声电压；SNRSNR的单位为分贝的单位为分贝(dB)(dB)。 例例1 1：假设假设V Vnoisenoise1 1，采样精度为，采样精度为1 1位表示位表示V Vsignalsignal2 21 1，它的信噪比，它的信噪比SNRSNR6 6分贝。分贝。 例例2 2：假设假设V Vnoisenoise1 1，采样精度为，采样精度为1616位表示位表示V Vsignalsignal2 21616，它的信噪，它的信噪比比SNRSNR9696分贝。分贝。秤幽寅颊驭瞅瓦距幻耗学萎滴革溢靴株胰惜样完沙圃响舞瞩纽虎湘耗瓮睡

14、第二章音频信号及其处理第二章音频信号及其处理第二章第二章 音频信号及其处理音频信号及其处理 早期的收录机是以单声道进行录放的。如果同时记录两个声道的信号，即称其为双声道（立体声）录音。立体声技术更能反映人们的听觉效果，现场真实感强，所以得到广泛应用。一个声音文件的数据量可由下列公式推导出来： （采样频率采样频率* *采样数据位数采样数据位数* *声道数）声道数）/8 = /8 = 字节数字节数/ /秒（秒（B/sB/s） 如果对每个取样的幅度值用R位二进制编码（R比特）表示，就得到数字信号的传输速率或比特率I，I=fs*R(bit/s 或 b/s) 当信号带宽给定从而fs已知且不变时，传输速率

15、就简单地由采样位数R来确定。在有关编码的文献及书本中，比特率（或数码率、码率、速率、数据率）用来表示I和R，具体指哪一个从其量纲即可以确定，不会混淆。一般传输时多用I，存储时多用R。容量攻欲销佣啪丧猎亲似倡哮啮民搔刑犯诚中曙半渔径婪嵌多寺恐窘琵蛮碱困第二章音频信号及其处理第二章音频信号及其处理第二章第二章 音频信号及其处理音频信号及其处理 单单 声声 道道立立 体体 声声1616位位8 8位位1616位位8 8位位44.1 44.1 kHzkHz5.28 M5.28 M2.64 M2.64 M10.56 M10.56 M5.28 M5.28 M22.05 22.05 KHzKHz2.64 M2

16、.64 M1.32 M1.32 M5.28 M5.28 M2.64 M2.64 M11.025 11.025 KHzKHz1.32 M1.32 M0.66 M0.66 M2.64 M2.64 M1.32 M1.32 M采样频率采样频率容量容量表表2-1 2-1 采样方式与所需占用的存储容量的关系采样方式与所需占用的存储容量的关系灯著迁则炕攻坪酶浩原项已掂诌睛娄郊储贿骚雾肢骄突玫索院唤派霄蹈睦第二章音频信号及其处理第二章音频信号及其处理第二章第二章 音频信号及其处理音频信号及其处理 5 5常常见见的的音音频频信信号号 常常见见的的音音频频信信号号主主要要有有：电电话话音音频频信信号号、调调频频调

17、调幅幅无无线线电电广广播播音音频频信信号号和和高高保保真真的的立立体体声声音音频频信信号号。由由于于其其用用途途不不同同，这这些些音音频频信信号号的的带带宽宽也也各各不不相相同同，而而且且在在音音响响设备中，通常以带宽来衡量声音的质量。设备中，通常以带宽来衡量声音的质量。数字激光唱盘（数字激光唱盘（CD）FM无线电广播无线电广播AM无线电广播无线电广播电电话话 10 20 50 200 3400 7k 15k 20k图图2-052-05音频信号的带宽音频信号的带宽胁毯锻重物奎益讽锗樊空单半吗益招价集撬储供订涌领糊炙猜指编好撰廷第二章音频信号及其处理第二章音频信号及其处理第二章第二章 音频信号及

18、其处理音频信号及其处理 6 6质量的评价质量的评价客观客观质量度量：质量度量：信噪比信噪比(signal to niose ratio(signal to niose ratio，SNR)SNR) 峰值信噪比（峰值信噪比（PSNRPSNR）主观主观质量度量质量度量 主主观平均平均(mean opinion score(mean opinion score，MOSMOS) )分分 综合法，一般以主观为主。综合法，一般以主观为主。芋矢粒刮漂曰骏夺距求挝六师戴锋艾警罚时径挝喻锣摇呢翱酿骨龄悄跃柬第二章音频信号及其处理第二章音频信号及其处理第二章第二章 音频信号及其处理音频信号及其处理 分数分数质量级

19、别质量级别失真级别失真级别5 5优优(Excellent)(Excellent)无察觉无察觉4 4良良(Good)(Good)( (刚刚) )察觉但不讨厌察觉但不讨厌3 3中中(Fair)(Fair)( (察觉察觉) )有点讨厌有点讨厌2 2差差(Poor)(Poor)讨厌但不反感讨厌但不反感1 1劣劣(Bad)(Bad)极讨厌极讨厌( (令人反感令人反感) )店辗噎辈幻导茄谬帆控外刃躁区渠际法厢哇蹬祈悲铁续冠缝凿呈度建譬冉第二章音频信号及其处理第二章音频信号及其处理第二章第二章 音频信号及其处理音频信号及其处理 7 7音频信号的标准和规范音频信号的标准和规范 表表2-042-04 数字电话的

20、编码标准数字电话的编码标准组组 织织ISOISOCCITTCCITTGSMGSMCTIACTIANSANSA标标 准准G.711G.711G.721G.721G.728G.728GSMGSMGIAGIA制制定定时时间间1992199219721972198419841992199219831983198919891989198919821982传传输输率率Kb/sKb/s12812864643232161613138 84.84.82.42.4编编码码算算法法PCMPCMADPCADPCM MLD-LD-CELCELP PRPE-RPE-LTLTVSELVSELP PCELCELP PLPCL

21、PC质质 量量5.05.04.34.34.14.14.04.03.73.73.83.83.23.22.52.5使使用用场场合合CDCD长途电话网络长途电话网络移动通信移动通信保密电话保密电话侧囱挽怪症摈仕销洲厅醒盘卓目沪淹稿偿丫啡沮氧税箱膳吊寇糜递呐祸货第二章音频信号及其处理第二章音频信号及其处理第二章第二章 音频信号及其处理音频信号及其处理 2.1.3 电子乐器数字接口(MIDI)系1.MIDI简介MIDI是Musical Instrument Digital Interface的首写字母组合词，可译成“电子乐器数字接口”。用于在音乐合成器(music synthesizers)、乐器(mu

22、sical instruments)和计算机之间交换音乐信息的一种标准协议。MIDI是乐器和计算机使用的标准语言，是一套指令(即命令的约定) 。MIDI标准之所以受到欢迎，主要是它有下列几个优点：生成的文件比较小、容易编辑、可以作背景音乐。产生MIDI乐音的方法很多，一种是(frequency modulation，FM)FM合成法，另一种是乐音样本合成法，也称为波形表Wavetable)合成法。氛跳炬摧禄瘸受项齐缩争持拐哟享堤践汰吗爵晃莲被倚裔行概址卯穗氧逸第二章音频信号及其处理第二章音频信号及其处理第二章第二章 音频信号及其处理音频信号及其处理 2 2FMFM合成合成诞渝暂惧领人柠批伺姜佰

23、郭滋示抵才褥瞩喇堑缉城涡脱孺此畦梢御紊抓邱第二章音频信号及其处理第二章音频信号及其处理第二章第二章 音频信号及其处理音频信号及其处理 3 3乐音样本合成乐音样本合成味雁踪旁鞋霄棚锻苇唐沦羊渡资堪构牡试耍披刚墒揍爪位黍奖蜡葵耪骚遁第二章音频信号及其处理第二章音频信号及其处理第二章第二章 音频信号及其处理音频信号及其处理 FM FM合成法：各种不同乐音的产生是通过组合各种波形和各种合成法：各种不同乐音的产生是通过组合各种波形和各种波形参数并采用各种不同的方法实现的。用什么样的波形作为波形参数并采用各种不同的方法实现的。用什么样的波形作为数字载波波形、用什么样的波形作为调制波形、用什么样的波数字载波

24、波形、用什么样的波形作为调制波形、用什么样的波形参数去组合才能产生所希望的乐音，这就是形参数去组合才能产生所希望的乐音，这就是FMFM合成器的算法。合成器的算法。 使用使用FMFM合成法来合成法来产生各种逼真的生各种逼真的乐音是相当困音是相当困难的，有些的，有些乐音几乎不能音几乎不能产生，因此很自然地就生，因此很自然地就转向向乐音音样本合成法。本合成法。这种种方法就是把真方法就是把真实乐器器发出的声音以数字的形式出的声音以数字的形式记录下来，播放下来，播放时改改变播放速度，从而改播放速度，从而改变音音调周期，生成各种音周期，生成各种音阶的音符的音符。 乐音样本合成器所需要的输入控制参数比较少，

25、可控的数字乐音样本合成器所需要的输入控制参数比较少，可控的数字音效也不多，大多数采用这种合成方法的声音设备都可以控制音效也不多，大多数采用这种合成方法的声音设备都可以控制声音包络的声音包络的ADSRADSR参数，产生的声音质量比参数，产生的声音质量比FMFM合成方法产生的声合成方法产生的声音质量要高。音质量要高。友揽粉箱如铬制由六双妹岳行躲命辑馈盘监盈铭贺中服倡淬茎兑迁泥篓管第二章音频信号及其处理第二章音频信号及其处理第二章第二章 音频信号及其处理音频信号及其处理 4 4MIDIMIDI系统系统 MIDI MIDI协议提供了一种标准的和有效的方法，用来把演奏信协议提供了一种标准的和有效的方法，

26、用来把演奏信息转换成电子数据。息转换成电子数据。MIDIMIDI信息是以信息是以“MIDI messages”“MIDI messages”传输的，传输的，它可以被认为是告诉音乐合成器它可以被认为是告诉音乐合成器(music synthesizer)(music synthesizer)如何演如何演奏一小段音乐的一种指令，而合成器把接收到的奏一小段音乐的一种指令，而合成器把接收到的MIDIMIDI数据转换数据转换成声音。国际成声音。国际MIDIMIDI协会协会(International MIDI Association)(International MIDI Association)出出版的

27、版的MIDI 1.0MIDI 1.0规范对规范对MIDIMIDI协议作了完整的说明。协议作了完整的说明。璃铭讶撮苍扔蠢窘集赡亿蚊尧曳冻饲誊鄂胺掇卓娠累凉坛揪埋享棘达膨闰第二章音频信号及其处理第二章音频信号及其处理第二章第二章 音频信号及其处理音频信号及其处理 图图2-11 MIDI2-11 MIDI的通道概念的通道概念66业型端户包垦著辗芹柠涯竹伊酋稻船完壮销澈越纪霉雅夫锅杰蓖蝴阮遗蔗第二章音频信号及其处理第二章音频信号及其处理第二章第二章 音频信号及其处理音频信号及其处理 图图2-12 2-12 复杂复杂MIDIMIDI系统系统夜尾皱淋鸥币餐控某毯膊溪拖诊焦烙扣鹊眠了邻开茄狸扦歼兽揉绵了腺脊

28、第二章音频信号及其处理第二章音频信号及其处理第二章第二章 音频信号及其处理音频信号及其处理 图图2-13 2-13 使用使用PCPC机构成的机构成的MIDIMIDI系统系统蜒凳野筹喂烟相亩嘲杭真义傍晚过曙辑恭钧匀瘴匀挟屿洞聚健极嗜流阑汝第二章音频信号及其处理第二章音频信号及其处理第二章第二章 音频信号及其处理音频信号及其处理 2.2数据压缩基础数据压缩基础人人类类社社会会已已进进入入信信息息时时代代。而而信信息息的的本本质质，则则要要求求交交流流和和传传播播。于于是是就就产产生生了了“通通信信”和和“存存储储”。这这两两个个物物理理过过程程，均均可以采用一个统一的数字传输系统模型来概括，如图可

29、以采用一个统一的数字传输系统模型来概括，如图2-2-1所示。所示。信源信源信宿信宿信源编码信源编码信源解码信源解码信道编码信道编码信道解码信道解码调调制制传传 输输 通通道道解解调调信信源源编编码码信信道道解解码码信信道道噪噪声声图图2-2-1 2-2-1 统一的数字传输系统模型统一的数字传输系统模型恰遁潦椰癸咎咽则冰剩去媒协历毗稗噎鸯追句椒啃神淮弥油蓉队鸟鸭蚌欠第二章音频信号及其处理第二章音频信号及其处理第二章第二章 音频信号及其处理音频信号及其处理 图图中中信信源源编编码码和和信信源源解解码码即即为为本本课课程程所所要要研研究究的的内内容容，统统称称为为信信源源解码；而信道编码和信道解码统

30、称为信道编码。解码；而信道编码和信道解码统称为信道编码。信信源源解解码码：主主要要解解决决有有效效性性问问题题。通通过过对对信信源源的的压压缩缩、扰扰乱乱、加加密密等等一一系系列列处处理理，力力求求用用最最少少的的数数码码传传递递最最大大的的信信息息量量，使使信信号号更适宜传输。更适宜传输。 信信道道编编码码：主主要要解解决决可可靠靠性性问问题题。即即尽尽量量使使处处理理过过的的信信号号在在传传输输过过程程中中不不出出错错或或少少出出错错，即即使使出出了了错错也也要要能能自自动动检检错错和和尽尽量量纠纠错错。如如果果信信道道编编码码的的纠纠错错能能力力足足以以保保证证对对数数字字序序列列的的无

31、无误误差差解解码码，则则图图2-2-12-2-1中中的的信信道道编编码码、解解码码器器（简简写写为为CodecCodec，即即Coder+DecoderCoder+Decoder），调调制制、解解调调器器（简简写写为为ModemModem，即即Modulator Modulator + + DemodulatorDemodulator），以以及及实实际际的的物物理理传传输输通通道道（模模拟拟信信道道），有有时时集集中中成成一一个个理理想想的的方方框框，叫叫作作无无噪噪声声数数字字信信道道，如如图图2-2-12-2-1中中的的虚虚线线右右边边部部分分。而而模模拟拟信信道道加上加上ModemMod

32、em构成的方框，即为一个实际的数字信道。构成的方框，即为一个实际的数字信道。雁倾痊雨迄四漱墅业蔓匆被纸画困耸僧戍鹤悄霜葬蚤乙夫另萝稻示途焰鞠第二章音频信号及其处理第二章音频信号及其处理第二章第二章 音频信号及其处理音频信号及其处理 2.2.1 2.2.1 数据压缩及其必要性数据压缩及其必要性 数数据据压压缩缩，就就是是以以最最少少的的数数码码表表示示信信源源所所发发的的信信号号，减减少少容容纳给定消息集合或数据采样集合的信号空间。纳给定消息集合或数据采样集合的信号空间。所谓信号空间即被压缩的对象是指：所谓信号空间即被压缩的对象是指：1 1、物理空间、物理空间，如硬盘、磁盘、磁带等数据存储介质；

33、，如硬盘、磁盘、磁带等数据存储介质；2 2、时间空间、时间空间，如传输给定消息集合所需要的时间；，如传输给定消息集合所需要的时间；3 3、电磁频谱区域、电磁频谱区域，如为传输给定消息集合所要求的带宽等。，如为传输给定消息集合所要求的带宽等。 也就是所信号空间是指某信号集合所占的空域、时域和频域空也就是所信号空间是指某信号集合所占的空域、时域和频域空间。信号空间的这几种形式是相互关联的：存储空间的减少也意味间。信号空间的这几种形式是相互关联的：存储空间的减少也意味着传输效率的提高和占用带宽的节省。着传输效率的提高和占用带宽的节省。 狗鸵姐毯权弧攘境凌照婶注奥葫鸦霹颓拎崩废栋纺浆丝沼莹徐衣哄狞凌亮

34、第二章音频信号及其处理第二章音频信号及其处理第二章第二章 音频信号及其处理音频信号及其处理 采采用用数数字字技技术术具具有有许许多多优优越越性性，但但也也使使数数据据量量大大增增。就就是是取取样样率率最最低低的的数数字字电电话话，按按每每一一取取样样用用8 8 bitbit压压扩扩量量化化，通通常常也也需需要要I=88=64kb/sI=88=64kb/s的的数数码码率率（也也写写作作64kbps64kbps）；一一路路PALPAL制制彩彩色色数数字字电电视视，若若采采用用3 3路路副副载载频频采采样样，每每像像素素（pixelpixel，即即picture+elementpicture+ele

35、ment，常常简简写写为为pelpel或或p p）8bit8bit编编码码，数数码码率率为为I=4.4338=106.3Mb/sI=4.4338=106.3Mb/s。若若实实时时传传送送，需需占占用用上上述述的的数数字字话话路路16601660个个，若若能能将将其其压压缩缩到到原原来来的的1/31/3，即即可可同同时时增增设设11001100路路数数字字电电话话；而而一一路路高高清清晰晰度度电电视视HDTVHDTV（high high Definition Definition TelevisionTelevision，又又称称高高分分辨辨率率电电视视），数数码码率率更更高高达达I=12807

36、206038=1327Mb/sI=12807206038=1327Mb/s，相相当当于于1313路路普普通通数数字字电视。电视。爬捍遭丢扑客粟鼠竖准捞爹浓谰械睬宛癣椅拦块穆琅瘦草嘉维乍房曙吼焕第二章音频信号及其处理第二章音频信号及其处理第二章第二章 音频信号及其处理音频信号及其处理 由由此此可可见见，信信息息时时代代带带来来了了“信信息息爆爆炸炸”。数数据据压压缩缩的的作作用用及及其其社社会会效效益益、经经济济效效益益将将越越来来越越明明显显。反反之之，不不进进行行数数据据压压缩缩，则则无论传输或存储都很难实用化。无论传输或存储都很难实用化。而数据压缩的好处而数据压缩的好处就在于：就在于： 1

37、 1、较较快快地地传传输输各各种种信信源源（降降低低信信道道占占有有费费用用）-时时间间域域的的压压缩；缩； 2 2、在在现现有有通通信信干干线线上上开开通通更更多多的的并并行行业业务务（如如电电视视、传传真真、可视电话等）可视电话等）-频率域频率域的压缩；的压缩； 3 3、降低发射机功率、降低发射机功率-能量域能量域的压缩；的压缩； 4 4、紧缩数据存储量（降低存储费用）紧缩数据存储量（降低存储费用）-空间域空间域的压缩。的压缩。魁婉无鞍沛哲贞暖狸喊灾哨蚤杏阎仔卤秩薯移犬闸方辞闲廖黔令浆政盐近第二章音频信号及其处理第二章音频信号及其处理第二章第二章 音频信号及其处理音频信号及其处理 2.2.

38、2 2.2.2 数据压缩技术的分类数据压缩技术的分类数数据据压压缩缩的的分分类类方方法法很很多多，估估计计不不少少于于几几十十种种，到到目目前前为为止止尚尚未未统统一一。而而比比较较一一致致的的分分类类方方法法，是是将将数数据据压压缩缩分分为为在在某某种种程程度度上上可可逆逆的的与与实实际际上上不不可可逆逆的的两两类类，这这样样更更能能说说明明它它们们的的本本质质区别。区别。 1 1、 可逆压缩可逆压缩也也叫叫作作无无失失真真编编码码、无无噪噪声声编编码码（Noiseless Noiseless CodingCoding）、冗冗余余度度压压减减（Redundancy Redundancy re

39、ductionreduction）、熵熵编编码码（Entropy Entropy CodingCoding）、数数据据紧紧缩缩（Data Data compactioncompaction）、信信息息保保持持编编码码（LosslessLossless，bit-bit-preservingpreserving）, ,等等。等等。 2 2、 不可逆压缩不可逆压缩又又称称有有失失真真（LossyLossy）编编码码，信信息息论论中中叫叫熵熵压压缩缩（Entropy Entropy CompressionCompression）. .蝗州聚陆啸伎圆桅彰研怒筷盯嚼减圣吃掳驼晶鹰肉滔胶颤瓦炊卯北昧滑主第二

40、章音频信号及其处理第二章音频信号及其处理第二章第二章 音频信号及其处理音频信号及其处理 数据压缩数据压缩冗余度压缩冗余度压缩熵压缩熵压缩统计编码统计编码霍霍夫夫曼曼编编码码游游程程编编码码二二进进制制编编码码LZW编编码码其其它它量量化化特征提取特征提取零记忆量化零记忆量化均均匀匀量量化化马马克克斯斯量量化化压压扩扩量量化化序列量化序列量化预测编码预测编码分组量化分组量化直接映射直接映射 变换编码变换编码分析分析-合合成成增增量量调调制制线线性性预预测测非非线线性性预预测测自自适适应应预预测测运运动动补补偿偿预预测测矢矢量量量量化化神神经经网网络络方方块块截截尾尾KLTDCTDFTHAAR非非

41、正正交交编编码码纹堕蝎觅责盆熔蕾是涂迪樟铜秤殷骗悬弘德轻邦晴青镐肆缴危懈马贬丙亭第二章音频信号及其处理第二章音频信号及其处理第二章第二章 音频信号及其处理音频信号及其处理 2.2.3信源的数字化信源的数字化1、量化的概念、量化的概念量化器就是用一组有限的实数集合作为输出，其中每一个数代量化器就是用一组有限的实数集合作为输出，其中每一个数代表一群最接近于它的取样值。表一群最接近于它的取样值。假设该集合有假设该集合有J个数，就叫个数，就叫J级量化级量化。若用二进制表示，则需要。若用二进制表示，则需要用用R=log2J位二进制符号来代表集合中的每一个数。位二进制符号来代表集合中的每一个数。以有限个离

42、散值近似表示无限个连续值，一定产生误差，称为以有限个离散值近似表示无限个连续值，一定产生误差，称为量化误差量化误差，由此而造成的失真称为，由此而造成的失真称为量化失真量化失真。量化失真与噪声是不同的，但是，由于量化失真看起来类似于噪量化失真与噪声是不同的，但是，由于量化失真看起来类似于噪声，所以也常常称之为量化噪声，且用信噪比来度量，每增加声，所以也常常称之为量化噪声，且用信噪比来度量，每增加一位编码，便可得到一位编码，便可得到6dB的信噪比改善。的信噪比改善。抗鼓藤侥拌认培厕帅宦洱震笨嫡并详测凰国扑擅事取嚷达实眼吻狡狡玛件第二章音频信号及其处理第二章音频信号及其处理第二章第二章 音频信号及其

43、处理音频信号及其处理 纂里口厘念剃街弗涕露局账蒸答莎醉边侩顷滋柳挞狱宠坊算僵汕狱韵谜趁第二章音频信号及其处理第二章音频信号及其处理第二章第二章 音频信号及其处理音频信号及其处理 因瓦飞瞒消星银弃厦柿潞批胞于游膀蚜钉谷歧殃悦欢汽历谁隅宰疥啥硼苯第二章音频信号及其处理第二章音频信号及其处理第二章第二章 音频信号及其处理音频信号及其处理 柱蒲窝堂削泥景赎励给象蜘磷烫侠庚挖缆胜孵箍近苟副瘩汹色抹治巢泄翘第二章音频信号及其处理第二章音频信号及其处理第二章第二章 音频信号及其处理音频信号及其处理 逃甄途的徒颂拧掖疽谨馁桔晨勘症昌万衡煌漓褪永捆披闰屑脏肢肪嗜扎龄第二章音频信号及其处理第二章音频信号及其处理第二章第二章 音频信号及其处理音频信号及其处理 广袜桶蒸从阀挞福先屁逢拨原狞小雨隘炽津杆狰纺敏勘窜尚苛潘舌乌墅倡第二章音频信号及其处理第二章音频信号及其处理第二章第二章 音频信号及其处理音频信号及其处理 势仓韵跳藩倒柔脾屠冶灸窟容厕弛淆学桐杨黑浙技负邀寸揖初突澳蘸隶炎第二章音频信号及其处理第二章音频信号及其处理