国际音频压缩标准及应用

2023-10-22 理论教育版权反馈

【摘要】：在计算机系统的音频数据的存储和传输过程中，数据压缩是必需的。为了减少数据率，专家们致力于压缩编码的研究。ITU－TG系列音频压缩标准国际上主要有国际电信联盟和国际电工委员会两个国际标准组织研究制定电信方面的标准。MPEG音频编码标准MPEG代表的是MPEG活动影音压缩标准，MPEG音频文件指的是MPEG标准中的声音部分，即MPEG音频层。在美国，AC－3已用于数字有线电视，已与HDTV相容，还可应用于高密度多功能光盘DVD的音频标准。

在计算机系统的音频数据的存储和传输过程中，数据压缩是必需的。通常压缩数据会造成音频质量的下降，计算量的增加。因此人们在实施数据压缩时，在语音质量、数据率、计算量三方面要进行综合考虑。

为了减少数据率，专家们致力于压缩编码的研究。国际电报电话咨询委员会（CCITT）先后提出了一系列语音压缩编码的建议。压缩方法可分为波形编码、参数编码和混合编码。基于波形的压缩编码方法可获得高质量语音，但数据率不易降低。参数编码方法的数据率低，但质量不易提高。近几年出现的混合编码方法把波形编码方法的高质量和参数编码方法的低数据率结合在一起，取得了较好的效果。

（1）ITU－TG系列音频压缩标准

国际上主要有国际电信联盟（ITU）和国际电工委员会（IEC）两个国际标准组织研究制定电信方面的标准。IEC着重制定与产品有关的标准，而ITU则着重于制定与应用有关的标准。国际电信联盟电信标准化部门（ITU－T）主要制定全球电信领域中有关技术和应用方面的标准。国际上，对于语音信号压缩编码的审议在CCITT下设的第十五研究组进行，相应的建议为G系列。ITU－T在G系列建议中对语音编码技术进行了标准化，已经公布了一系列语音编码协议，采用波形编码方式的主要有G.711、G.721、G.722、G.723、G.726、G.727，采用参数编码方式的主要有G.728、G.729、G.729A、G.723.1。

（2）MPEG音频编码标准

MPEG代表的是MPEG活动影音压缩标准，MPEG音频文件指的是MPEG标准中的声音部分，即MPEG音频层。MPEG音频文件根据压缩质量和编码复杂程度的不同可分为三层（MPEG Audio Layer 1/2/3），分别与MPl、MP2和MP3这三种声音文件相对应。

MPEG音频编码具有很高的压缩率，如表5.3所示，MPl和MP2的压缩率分别为4∶1和6∶1～8∶1，而MP3的压缩率则高达10∶1～12∶1，也就是说1分钟CD音质的音乐未经压缩需要10 MB存储空间，而经过MP3压缩编码后只有1 MB左右，同时其音质基本保持不失真。因此，目前Internet上的音乐格式以MP3最为常见。(www.chuimin.cn)

表5.3 MPEG－1Audio的三个压缩层次

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（3）MP4

MP3问世不久，就凭借较高的压缩比和较好的音质创造了一个全新的音乐领域，但MP3的开放性不可避免地导致了版权之争，在这样的背景下，文件更小、音质更好并能有效保护版权的MP4应运而生了。MP3是一个音频压缩的国际标准，而MP4却是一个商标的名称，它采用美国电话电报公司（AT＆T）开发的以“知觉编码”为关键技术的A2B音频压缩技术，能将压缩比成功地提高到15∶1而不影响音乐的实际听感。

（4）AC－3编码和解码

AC－3音频编码标准的起源是Dolby AC－1。AC－1应用的编码技术是自适应增量调制（ADM），它把20kHz的宽带立体声音频信号编码成512Kb/s的数据流。AC－1曾在卫星电视和调频广播上得到广泛应用。1990年Dolby实验室推出了立体声编码标准AC－2，其数据率在256 Kb/s以下，被应用在PC声卡和综合业务数字网等领域。AC－3是在AC－1和AC－2的基础上发展出来的多通道编码技术，因此保留了AC－2的许多特点。另外，AC－3还利用了多通道立体声信号间的大量冗余，对它们进行“联合编码”，从而获得了很高的编码效率。AC－3的开发起源于HDTV。在美国，AC－3已用于数字有线电视，已与HDTV相容，还可应用于高密度多功能光盘DVD的音频标准。

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