汽车数字音响技术之声音压缩技术基础

1、声音压缩技术基础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）无察觉4良（Good）（刚）察觉但不讨厌3中（Fair）（察觉）有点讨厌2差（Poor）讨厌但不反感1劣（Bad）极讨厌

2、（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年发明的，最早广泛应用于通信之中。随着半导体技术的进步，特别是发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为基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 D

3、ifferential 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基础上加上自适应特性，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”，1kH

4、z信号声音强度达到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

5、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2ms5ms，滞后掩蔽可能持续100ms。3.MPEG音频编码与解码（见图）MPEG 音频编码器基本结构MPEG音频解码器结构图表1 MPEG音频 标准一般达到 的压缩率层次压缩率立体声信号所对应的比特率1：43841:61:82561921:101:12128112表2 MPEG-1 LAYER在各种音质下的性能音质要求带宽（kHz）模式比特率（kb/s）压缩比电话2.5单声道896：1优于短波4.5单声道1648：1优于调幅广播7.5单声道3224：1类似于条幅广播11立体声56642624：1接近CD15立体声9616：1CD>15立体声1121281210：1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（