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数字电视原理与应用 Principle and Application of Digital Television 课程安排 数字电视基本原理 视频压缩原理 ——第5章 MPEG-2视频编码部分及其测量 ——第4,6,11章 MPEG-2音频编码及其测量 —第7章 MPEG-2系统部分及其测量 ——第3,9,10章 数字调制基础 ——第12章 数字电视中的纠错编码原理 ——补充 MPEG-2音频编码及其测量 1、数字音频源信号 人耳动态范围大约140dB,听觉带宽最大20kHz。 在模拟音频信号采样数字化之前，要经过低通滤波器进行带限。 然后进行模数转换： 采样分辨率至少16bits 采样频率： 32kHz——MPEG标准仍支持，但已经不用 44.1kHz——音频CD 48kHz/96kHz——演播室质量 16bit48kHz采样的码率每个信道786kbit/s，立体声信号近似码率为1.5Mbit/s 1、数字音频源信号 音频压缩的目标是将1.5Mbit/s码率降低到100～400kbit/s MP3音频文件通常码率为32kbit/s 与视频压缩相似，音频压缩也有两种方式： 冗余度消除——省略多余信息，无损 不相关性消除——省去接收端（人耳）不能察觉的信息，有损 所有音频压缩方法基于心理声学模型，利用人耳的不足，消除音频信号中的不相关信息。 人耳不能察觉频域和时域中强声音脉冲邻近的声音 对人耳而言，某些声音可以掩盖其他低幅度的声音信号。 MPEG-2音频编码及其测量 2、音频编码历史 MASCAM 1988，Institut für Rundfunktechnik(IRT)为DAB(digital audio broadcasting)系统提出 MUSICAM(masking pattern universal subband integrated coding and multiplexing) 1989，CCETT，Philips和Matsushita联合提出 用于DAB 上两种都基于子带编码，音频信号分成大量子带，每个子带进行或大或小程度的不相关性消除。 ASPEC方法 Fraunhofer Gesellschaft和Thomson提出 基于变换编码 利用DCT将时域音频信号变换到频域，然后消除不相关性信号分量。 2、音频编码历史 子带编码的MUSICAM和变换编码的ASPEC都包含在MPEG-1音频压缩标准（1991 ISO/IEC 11172-3）中，分为3层： Layer I和II——MUSICAM编码 Layer III（MP3音频文件）——ASPEC编码 MP3不是MPEG-3，MPEG-3起初为实现HDTV，但HDTV后来集成到MPEG-2，所以MPEG-3不存在。 MPEG-2音频(1994 ISO/IEC 13818-3)在MPEG-1基础上又增加了layer II MC(multichannel) 2、音频编码历史 2、音频编码历史 美国Dolby实验室提出的Dolby数字音频标准（AC-3） 1990年提出， 1991年12月，第一部AC-3音频编码电影“Star Track VI”公映 许多电影采用Dolby数字技术。 美国数字地面广播ATSC只采用AC-3音频编码。 其他一些国家（如澳大利亚）将同时采用MPEG和AC-3音频。 MPEG和AC-3音频的质量基本没有差别，现代MPEG解码芯片支持两种方法。 DVD同时支持PCM音频、MPEG音频和AC-3音频编码。 2、音频编码历史 AC-3的应用 电影 ATSC MPEG-2 TS流 DVD AC-3基于MDCT(modified DCT)，5.1声道，每声道128kbit/s MPEG支持新音频编码方法： MPEG-2 AAC(advanced audio coding) ISO/IEC 13818-7 MPEG-4 ISO/IEC 14496-3(自然/合成音频对象) MPEG-7 ISO/IEC 15938 MPEG-2音频编码及其测量 3、人耳心理声学模型 冗余度降低（无损）和不相关性降低（有损）可以将原始声音信号码率降低90％。 不相关性降低依赖于人耳的心理声学模型——Zwicker教授 知觉编码——人耳不能分辨的声音分量不传输。 人耳剖面图，分为三个主要部分：外耳、中耳、内耳。 3、人耳心理声学模型 外耳实现阻抗匹配功能，声音通过空气传输，类似3kHz区域回声递升滤波器。人耳灵敏度最高的范围正是：3kH