音频压缩编码技术
Matlab中常用的音频压缩与编解码方法
Matlab中常用的音频压缩与编解码方法音频是我们日常生活中必不可少的一部分，无论是通过音乐欣赏、语音通信还是多媒体娱乐，音频都扮演着重要的角色。
然而，随着技术的迅速发展，音频文件的大小也越来越大，给存储和传输带来了挑战。
为了解决这个问题，人们开始研究音频压缩与编解码方法，Matlab作为一种常用的工具，为我们提供了丰富的音频压缩与编解码函数和算法。
在Matlab中，常见的音频压缩与编解码方法有基于人耳特性的压缩方法、无损压缩和有损压缩。
下面将分别介绍这三种方法的原理和在Matlab中的实现方式。
1. 基于人耳特性的压缩方法人类对音频信号的感知是有限的，我们对高频信号的敏感度相对较低。
因此，在对音频信号进行压缩时，可以根据人耳的特性，对高频信号进行适当的降采样和量化，以减小存储或传输所需的数据量。
在Matlab中，可以使用函数如"audioread"和"audiowrite"来读取和写入音频文件，使用函数如"spectrogram"和"resample"来进行音频信号的频谱分析和重采样。
通过对高频信号进行降采样和量化，可以减小音频文件的大小，同时保持人耳可以接受的音质。
2. 无损压缩方法无损压缩是指在压缩音频文件的同时，不丢失任何信息。
这种压缩方法通常使用的是无损编码技术，例如FLAC、ALAC等。
这些编码技术通过识别和利用音频信号中的冗余信息，以减小文件的大小，同时能够在解码时完全恢复原始音频信号。
在Matlab中，可以使用函数如"audioread"和"audiowrite"来读取和写入音频文件。
然后，可以使用无损编码技术库，如FLAC或ALAC库，对音频信号进行编码。
需要注意的是，无损压缩方法通常会导致压缩比较低，因为它要求尽量保存原始音频信号的所有信息。
3. 有损压缩方法有损压缩是指在压缩音频文件的同时，会有一定的信息损失。
音频压缩编码原理及标准.
声音压缩编码的声学原理
声音信号的频率范围？ 20Hz-20KHz
声音频谱的特点: 高频段快速下降，高幅值大部分集中在中频段，有的延 伸到低频段
电平分布特点： 声音信号的电平存在冗余
声音压缩编码的声学原理
掩蔽效应
一个较弱的声音（被掩蔽音）的听觉感受被 另一个较强的声音（掩蔽音）影响
掩蔽量
时频变化的方法：离散余弦变换DCT 、改进的离 散余弦变换MDCT
离散余弦变换（DCT）
时频变换（DFT）
逆变换
变换时将PCM样值分为N长的一块块进行变换 块长：一块中包含的样本数N 窗长：N ×（1/Fs） 频率分辨率：Fs/N 频率轴上的所能得到的最小频率间隔 块越长，变化编码的频率分辨率越高，但损失了时域分辨率
MPEG-1 层1原理方框图
MPEG-1 层1 1、子带分析滤波器组
将宽频带信号分割成32个子带信号 子带为等宽的均匀划分
2、标定
将每个子带中12个采样值归并成一个块 找出12个采样值中绝对值最大的样本值 根据其值的大小确定比例因子（查表得到，大于该绝对值 的一系列值中的最小值定为比例因子） 将12个采样值用比例因子归一化（标定）
可预先定义压缩后的数码率
编码后的数据流支持循环冗余校验 支持数据流中载带附加信息
MPEG-1 音频压缩编码的基本原理
MPEG-1音频压缩的基础是量化
MPEG-1使用感知音频编码来达到压缩音频数据又尽可能 保证音质的目的。
感知音频编码的理论依据是听觉系统的掩蔽特性。基本 思想是在编码过程中，保留有用的信息而丢掉被掩蔽的 信号。
MPEG-1 层2
、
SCPSI 比例因子选择信息
为了降低传送比例因子的码率，信号平稳变化时，只传 送其中1个或2个较大的比例因子；对于瞬态变化的信号 ，3个比例因子都传递。 00 传送所有的3个比例因子 01 传送第1和第3个比例因子 10 传送一个比例因子 11 传送第1和第2个比例因子
广播节目播出服务的音频编码和传输技术
广播节目播出服务的音频编码和传输技术随着科技的不断发展，广播行业也不断迎来新的变革。
音频编码和传输技术是给广播节目播出服务带来了革命性的改变。
本文将探讨广播节目播出服务所使用的音频编码和传输技术的原理、优势以及应用。
一、音频编码技术音频编码技术是将声音信号转换成数字信号的过程，以实现更高效率的存储和传输。
以下是几种常用的音频编码技术：1.1 MPEG Audio编码MPEG Audio编码是一种常用的音频压缩技术，可以将原始音频信号压缩为更小的文件，同时保持较高的音质。
它采用有损压缩算法，通过去除人耳无法察觉的冗余信息来实现压缩。
MPEG音频编码广泛应用于广播节目的实时传输和存档，具有高效率和良好的音质表现。
1.2 AAC编码AAC（Advanced Audio Coding）编码是一种先进的音频编码技术，被广泛应用于数字广播和音乐流媒体服务。
AAC编码具有更高的声音质量和更低的比特率，这意味着节目可以以更小的数据量进行传输，保持较好的音质。
它还支持多通道音频和各种采样率，适用于不同类型的广播节目。
1.3 Opus编码Opus是最新的开放式音频编码标准，被设计用于实时通信和广播应用。
Opus 编码具有低延迟、高效率和出色的音质表现。
它可以自动根据网络和带宽情况调整传输的比特率，提供更好的适应性。
二、音频传输技术音频传输技术是指将经编码的音频信号传送到广播接收设备或其他网络终端的方法。
以下是几种常见的音频传输技术：2.1 IP传输IP传输是指将音频编码后的数据通过互联网协议（IP）传输到接收端的技术。
这种传输技术可以通过广域网或局域网进行，提供高质量的音频传输。
IP传输具有灵活性和可扩展性，适用于多种广播应用场景。
2.2 DAB/DAB+传输DAB（Digital Audio Broadcasting）和DAB+是数字音频广播系统，可以提供更高质量的音频传输。
DAB采用OFDM（正交频分复用）技术，能同时传输多个频率信道的音频和数据。
录音格式AAC,MP3,WAV是什么意思
录音格式AAC,MP3,WAV是什么意思
AAC（Advanced Audio Coding），中文名：高级音频编码。
出现于1997年，基于MPEG-2的音频编码技术。
由Fraunhofer IIS、杜比实验室、AT&T、索尼等公司共同开发，目的是取代MP3格式。
MP3是一种音频压缩技术，其全称是动态影像专家压缩标准音频层面3（Moving Picture Experts Group Audio Layer III），简称为MP3。
将音乐以1:10 甚至1:12 的压缩率，压缩成容量较小的文件，而对于大多数用户来说重放的音质与最初的不压缩音频相比没有明显的下降。
它是在1991年由位于德国埃尔朗根的研究组织Fraunhofer-Gesellschaft的一组工程师发明和标准化的。
WAV格式是微软公司专门为Windows开发的一种标准数字音频文件，对音频文件基本没有压缩，文件能记录各种单声道或立体声的声音信息，并能保证声音不失真，缺点就是文件比较大。
总结：WAV是一种无损音频格式，音质较高文件较大，而MP3和AAC都是压缩音频格式，而AAC在相同码率下音质更好。
sbc编码压缩比
sbc编码压缩比随着数字通信技术的不断发展，数据压缩技术在通信领域中扮演着越来越重要的角色。
其中，SBC（Subband Coding）编码是一种高效的音频压缩编码技术。
本文将介绍SBC编码的压缩比原理、优缺点及提高压缩比的方法。
一、SBC编码简介SBC（Subband Coding）编码是一种子带编码技术，它将音频信号分解成多个子带，对每个子带分别进行编码。
SBC编码主要应用于低比特率音频压缩，能够实现较高的压缩比。
二、SBC编码压缩比原理SBC编码压缩比的实现主要依赖于两个方面：心理声学和子带处理。
心理声学模型根据人耳的听觉特性，对音频信号进行编码，有效地降低音频信号的冗余度。
子带处理则是对音频信号进行频段划分，对每个子带内的信号进行独立编码，从而实现更高的压缩比。
三、SBC编码压缩比的优缺点1.优点：（1）较高的压缩比：SBC编码能够有效地降低音频信号的冗余度，实现较高的压缩比。
（2）较好的音质：SBC编码在低比特率下具有较好的音质表现，能够满足低速率通信需求。
（3）兼容性：SBC编码适用于多种音频格式，如MP3、AAC等。
2.缺点：（1）复杂度较高：SBC编码需要对音频信号进行子带划分、心理声学模型处理等，计算复杂度较高。
（2）延迟：SBC编码的压缩和解压缩过程可能导致一定的延迟。
四、提高SBC编码压缩比的方法1.优化心理声学模型：通过改进心理声学模型，提高模型对音频信号的编码效率。
2.优化子带处理：对子带处理方法进行改进，提高每个子带的压缩效果。
3.适应性编码：根据音频信号的特点，自适应地调整编码参数，实现更高的压缩比。
五、总结SBC编码作为一种高效的音频压缩编码技术，在低比特率音频压缩领域具有广泛的应用。
通过优化心理声学模型和子带处理方法，可以进一步提高SBC 编码的压缩比，实现更好的音质和更高的压缩效率。
mp3压缩编码标准
mp3压缩编码标准
MP3（MPEG-1 Audio Layer III）是一种数字音频压缩编码标准，它是MPEG（Moving Picture Experts Group）制定的音频压缩标准
之一。
MP3编码标准使用了一种称为“感知编码”的技术，它利用
人耳对声音的感知特性来去除音频信号中的冗余信息，从而实现高
效的压缩。
MP3编码标准的主要特点包括以下几个方面：
1. 压缩比，MP3编码可以实现相对较高的压缩比，通常可以将
原始音频数据压缩到其约1/10至1/12的大小，而且在保持相对较
高的音质的同时实现了这一压缩比。
2. 损失压缩，MP3是一种损失压缩技术，这意味着在压缩过程
中会丢失一些音频信息，但通常这些丢失的信息对于人耳来说是难
以察觉的，因此可以接受这种损失以换取更高的压缩比。
3. 采样率和比特率，MP3编码标准支持不同的采样率和比特率，用户可以根据需要选择不同的设置来平衡音质和文件大小之间的关系。
常见的比特率有128kbps、192kbps、256kbps等，而常见的采
样率有44.1kHz、48kHz等。
4. 广泛应用，由于MP3编码标准具有较高的压缩比和良好的音质表现，因此在互联网上广泛应用于音乐下载、在线音乐流媒体等领域，成为了数字音频传输和存储的重要标准之一。
总的来说，MP3是一种高效的音频压缩编码标准，它在保证相对较高音质的同时实现了较高的压缩比，因此被广泛应用于音频领域。
视频压缩编码和音频压缩编码的基本原理
视频压缩编码和⾳频压缩编码的基本原理本⽂介绍⼀下视频压缩编码和⾳频压缩编码的基本原理。
事实上有关视频和⾳频编码的原理的资料很的多。
可是⾃⼰⼀直也没有去归纳和总结⼀下，在这⾥简单总结⼀下，以作备忘。
1.视频编码基本原理（1）视频信号的冗余信息以记录数字视频的YUV分量格式为例，YUV分别代表亮度与两个⾊差信号。
⽐如对于现有的PAL制电视系统。
其亮度信号採样频率为13.5MHz。
⾊度信号的频带通常为亮度信号的⼀半或更少，为6.75MHz或3.375MHz。
以4：2：2的採样频率为例，Y信号採⽤13.5MHz。
⾊度信号U和V採⽤6.75MHz採样，採样信号以8bit量化，则能够计算出数字视频的码率为：13.5*8 + 6.75*8 + 6.75*8= 216Mbit/s如此⼤的数据量假设直接进⾏存储或传输将会遇到⾮常⼤困难，因此必须採⽤压缩技术以降低码率。
数字化后的视频信号能进⾏压缩主要根据两个基本条件：l 数据冗余。
⽐如如空间冗余、时间冗余、结构冗余、信息熵冗余等，即图像的各像素之间存在着⾮常强的相关性。
消除这些冗余并不会导致信息损失，属于⽆损压缩。
l 视觉冗余。
⼈眼的⼀些特性⽐⽅亮度辨别阈值，视觉阈值，对亮度和⾊度的敏感度不同，使得在编码的时候引⼊适量的误差，也不会被察觉出来。
能够利⽤⼈眼的视觉特性。
以⼀定的客观失真换取数据压缩。
这样的压缩属于有损压缩。
数字视频信号的压缩正是基于上述两种条件，使得视频数据量得以极⼤的压缩，有利于传输和存储。
⼀般的数字视频压缩编码⽅法都是混合编码，即将变换编码，运动预计和运动补偿。
以及熵编码三种⽅式相结合来进⾏压缩编码。
通常使⽤变换编码来消去除图像的帧内冗余，⽤运动预计和运动补偿来去除图像的帧间冗余。
⽤熵编码来进⼀步提⾼压缩的效率。
下⽂简介这三种压缩编码⽅法。
（2）压缩编码的⽅法（a）变换编码变换编码的作⽤是将空间域描写叙述的图像信号变换到频率域。
然后对变换后的系数进⾏编码处理。
比较两种音频编码方式：MP3与FLAC
比较两种音频编码方式：MP3与FLACMP3与FLAC是两种常见的音频编码方式，在音频压缩方面具有不同的优缺点。
本文将介绍MP3和FLAC编码方式的原理、特点，以及优劣势的区别，帮助读者更好地理解音频编码技术。
一、MP3编码方式1.原理MP3是一种有损压缩音频编码技术。
具体而言，它采用了人类听觉知觉原理，通过去除人耳听不出的音频信号，减少冗余数据，以达到压缩音频的目的。
此过程中，基于FFT(快速傅里叶变换)技术，将音频数据进行分段处理，然后进行量化与编码，再保存至文件中。
2.特点①文件体积小，最多可压缩1:12；②码率可调，音质有很大的可调性；③广泛应用于音乐播放器、移动设备等终端设备；④可“刻板化”，即同等码率下，不同压缩软件产生的音质可能有较大差别。
3.优缺点①优势MP3是一种流行的编码方式，因其压缩率高、应用广泛、操作简便、可调码率等优点，很受用户喜爱。
②缺陷然而，由于其为有损数据压缩方式，故重要信息可能会有损失；此外，同样的码率下，压缩失真程度较大，无法保证音质完整性。
二、FLAC编码方式1.原理FLAC全称Free Lossless Audio Codec，即无损音频编码格式。
FLAC采用带有探测音频数据中的稳定的不规则性的预测算法，用线性预测滤波(LP)方法对音频信号进行处理，再通过编码压缩，以生成不过是自我保证完好无损数据。
2.特点①体积小、音质清晰：FLAC的良好无损压缩方式减少了音频数据大量的部分，同时还保持了最原始的音质，因此在存储、传输等方面有着较高的性价比。
②精简易懂：FLAC编码器拥有基于语句的语法，编码方式共有38个语句，易于使用，且具有良好的可读性。
③适用范围广：由于FLAC码率较小，它在网络传输和存储中非常方便，经常被用作音频存储和分发。
④无损要求：FLAC编码只适用于音频设备，不能符合设备的适用要求。
3.优缺点①优势FLAC是一种惠及于音乐爱好者和媒体制作人的编码方式，既保证了音频文件的原始质量，又能满足网络传输和存储的各种需求，因此在一些音乐爱好者和媒体发行商中受到了欢迎。
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4、混合编码 混合编码充分吸收了波形编码与参数编码的 优点，并将二者结合，它包括多脉冲线性预测 编码（MPL-PC）、矢量和激励线性预测编码 （VSELP）、码激励线性预测编码（CELP）等。
四、MPEG-1音频压缩编码标准
1﹑ MPEG-1音频的三个层次 MPEG-1(ISO/IEC11172)标准的第三部分 （ISO/ IEC11172-3）称为MPEG-1音频。 MPEG-1音频部分提供单声道（mono）与双 声道 （stereo）数字音频，取样频率为32kHz ﹑44.1kHz和48kHz。音频的压缩编码技术采用 的是MUSICAM方案。 MPEG-1音频按照压缩编码的复杂程度规定 了3个层次，即Layer1﹑Layer2﹑Layer3三个层
次的基本模型是相同的。层次越高，压缩比越 大，编﹑解码器越复杂。每个层次针对不同应 用。三个层的解码器后相兼容，即Layer3的解 码器可以对三个层的码流解码， Layer2解码器 可以解码Layer1和 Layer2。 2﹑ Layer1音频编码器 Layer1是简单型，通常目标码率为为每通 道192kb/s。立体声码率为384kb/s，压缩比为 1︰4。 Layer1被广泛应用在VCD的音频压缩编 码中。 Layer1音频编码器的方框图如下图。
PCM输入信号
32
32
32子带滤波器组
量化编码
复
比例因子计算
比例因子
用 器
音频码 流输出
512点FFT
心里声学模型
动态比特分配
Layer1音频编码器的方框图
输入的PCM数字音频信号首先通过一个多通道滤波 器组，变换成32个等宽频带子带。这些滤波器的输出 是临界频带系数样值。通过研究人耳对频率的分辨率 可知，在低频段可以分辨出相差几赫兹的音调声；而 在高频段，要分辨音调音，其频率间隔必须相差几百 赫兹，这些固有区域称为临界频带。输出临界频带样 值是经过量化的，如果一个子带覆盖若干个临界频带 ，就选择具有最小噪声掩蔽的临界频带，并利用该临 界频带来计算分配给自带量化信号的比特数。 心理声学模型首先确定各个子带中允许的最大量 化噪声，对小于它的量化噪声的子带都会被掩蔽掉， 即如果自带内的信号功率低于掩蔽阈值，则不进行编 码。对子带内的信号功率不低于掩蔽阈值时，需要确 定编码的系数所需的比特数。
就找出信噪比的新估计值，重新计算该子带的掩蔽噪声 比。上述过程重复进行，直到再没有多余的比特可分配 了为止，这个过程称为比特分配。 按输入信号的大小来改变量化步长，输入信号小时 用较小的量化步长，输入信号大时用较大的量化步长。 因此，需要将码中的比特分为两组，一组比特用来量化 步长大小，这组比特代表幅度值的“比例因子”，其余 比 特用来均匀量化与这些量化步长对应的信号，这组比特 代表幅度值的“尾数”。通常量化信噪比SNR取决于位 数 的比特数。 MPEG-1音频数据是一帧一帧传送的，Layer1每帧 有32个子带组成，每个子带包括12个样值每帧有384个
要的作用。由于人们的听觉系统存在着某些不敏感效 应，某些情况下的音频不能被感知，因此从感知效果 来看这些不敏感的音频分量可认为是知觉冗余。如果 将这部分冗余压缩掉，可提高编码效率，这是音频压 缩的另一个理论基础。
4、对音频数据压缩的两个途径
（1）利用信号本身的统计特性，在完全不丢失 信息的情况下进行高效的熵编码（平均信息量编码） （2）利用人们对音频信号的感知特性，通过省 略人们所不能分辨或不敏感的信息来压缩信息量，这 就是知觉编码。
编码中可利用此特性，把高频声道的多个部分 耦合到一个公共声道，已达到压缩编码的目的 。
三、数字音频信号压缩编码的主 要类型
数字音频信号的压缩编码主要分为熵编码 、波形编码、参数编码和混合编码四种类型。 1、熵编码
主要包括霍夫曼编码、算术编码与游程编码。
2、波形编码
主要包括全频带编码子带编码和矢量量编 码，波形编码能够在高码率的条件下获得高质 量的音频信号，因而适用于高保真语音及音乐 信号的压缩编码。 3、参数编码 指使用合适的模型参数与参考激励信号来 模拟音频信号进行编码，当声音重放时，根据 这些参数重建音频信号，这就是通常所说的声 码器（Vocoder）。参数编码压缩比很高，计算 量也很大，因而不适合高保真要求的应用场合。
音频压缩编码技术
信息学院 电子二班
本内容参照清华大学出版社许志祥编著的 《数字电视与图像通信技术》2009年8月第1版。 先讲声音编码机器压缩依据，分析人的听觉生 理-心理特性，再简单介绍数字音频信号压缩编 码的主要类型，最后重点介绍MPEG-1音频压缩 编码标准。
一、概述 二、人的听觉生理—心理特性 三、数字音频信号压缩编码的主要类型 四、MPEG-1音频压缩编码标准
，如比特率标记。然后是长度为16bit的循环冗余码，接 着是用于描述比特分配长度为4bit的比特分配域，长度 为6bit的比例因子域，以及子带样值域等。
3、Layer1的解码系统
32子带合成 声音信号 滤波器组
解复用
声音码流
子带样值及量化
与纠错 解码
边信息解码
4、Layer2和Layer3编、解码器
为了实现音频心理声学模型，首先要用快速傅里叶 变换FFT将音频样值转换到频域。Layer1的FFT为512点。 Layer2的FFT为1024点。将得到的频率组成临界频带， 计算由临界频带引起的每个子带的掩蔽值，并计算每个 子带的信号掩蔽比SMR,SMR的计算方法是将信号的子带 能量除以子带的最小掩蔽阈值，有一组32个SMR（每个 子带一个）构成模型的输出，最后将该子带的最大信号 /掩蔽阈值率输入给量化器。 根据心理声学模型的信息，决定分配给各个子带的 编码比特数，即比特分配。先计算出掩蔽噪声比MNR: MNR=SNR(信噪比)-SMR（信号掩蔽比） 一旦所有的自带都计算出了掩蔽信噪比MNR，就可找出 其中具有最低MNR的子带，并给这个子带分配多一点比 特。当一个子带获得了更多的编码比特，比特分配单位
（1） Layer2音频编、解码器
PCM输入信号 32子带分析滤波器组
32 量化编码 32
复
辅助 数据 编码
用 器
音频 码流
比例因子选择
比例因子计算
1024点FF图 Layer2音频解码器与Layer1的相同，这里不再重复。
（2） Layer3音频编、解码器
谢谢！
二、人的听觉生理—心理特性
听觉的掩蔽效应是声音编码的基础，掩蔽 效应既和频率与有关，也和时间域有关。 1、频谱掩蔽效应 若有一个声压强度达70db、频率1kHz的纯音 出现时，处于1kHz邻近某一频带内强度较小的 信号声音信号人耳是听不见的，即被1kHz纯音 掩蔽掉了。
2、时间掩蔽效应 除了在较强的声音信号出现时，弱信号会 被屏蔽掉外，在强的声音信号出现之前或之后 的短暂时间内已存在的弱因信号也会被强信号 屏蔽掉，分别称为前掩蔽和后掩蔽，这种情况 叫做时间掩蔽效应（Temporal Masking Effect）。 3、方向掩蔽效应 人耳除具有听觉掩蔽效应外，还不能分别 判断频率接近的高频声音信号的方向，在声音
3、压缩依据
声音信息能够进行压缩的基本依据是声音信息 的冗余度及人类的听觉特性。 从信息保持的角度讲，只有当信源本身具冗余 度，才能进行压缩。因为语音和音乐信号中存在着 时域信息冗余及频域信息冗余，所以可以进行压缩 ，这是对音频信号进行压缩的一个理论基础。 语音和音乐信号最终是传送给人听的，人的听觉 生理—心理特性在整个音频传输过程中起着重
PCM输入
32子带滤波 器组
MDCT
非线性量化 比特率控制
Huffman 编码
复
码流 输出
用 1024点FFT 心理声学模型 辅助数据 编码
Layer3音频编码器框图
声音码流
Huffman 编码 解复用 纠错 边信息 编码
比例因子 恢复
IM DCT
32子带综合 样 滤波器组 值
输 出
Layer3音频解码器框图
声音编码（Audio Coding）是一类高保真 的音频编码，它的带宽应为20Hz~20kHz ，但 在许多场合，主要是传送语音而不是音乐音频 带宽在50Hz~7kHz就够了。在声音编码中主要 传送语音的一类编码称之为语音编码（speech coding）。数字声音信号与图像信号一样，通 过取样、量化、编码后的数据量也非常大，传 输与存储均有很大困难。
一、概述
1、声音（Audio）
声音的传送是通信中一个极为重要的内 容。电视及图像通信中除了传送图像外， 传送声音也是极为重要的，如在会议电视 中，由于通信线路带宽的限制，图像是可 以跳帧的，每秒钟能传送10帧已经很不错 了，但语音的传送却不可以断续，而且要 有较高音质。
2、声音编码（Audio Coding）