数据压缩实验六 MPEG音频压缩编码

一、实验原理

1. MPEG-1声音的主要性能
  输入为PCM信号，采样率为32，44.1或48kHz，输出为 32kbps到384kbps。

2. MPEG音频编码主要流程
三个独立的压缩层次
  Layer1：编码器最简单，384kbps（4：1， 用于小型数字盒带DCC，Compact Cassette）
  Layer2：编码器复杂程度中等，256kbps～192kbps（6： 1～8：1， 用于DAB、CD-I和VCD）
  Layer3：编码器最为复杂，64kbps，用于ISDN，网络 音频。

  MPEG音频编码为同时获得较高的时域精准度与频域精准度，对信息分两条线即时域和频域分别处理，在综合获得最终结果。通过子带分析滤波器组使信号具有高的时间 分辨率，确保在短暂冲击信号情况下，编码 的声音信号具有足够高的质量； 使信号通过FFT运算具有高的频率分辨率，因为掩蔽阈值是从功率谱密度推出来的。流程图如下：

  声音压缩算法属于感知编码，可以确立心理声学特性的模型来取消更 多的冗余数据。
3.心理声学模型 ：
1.听觉系统中存在一个听觉阈值电平，低于这个电平的声 音信号就听不到 。听觉阈值的大小随声音频率的改变而改变，一个人是否听到声音取决于声音的频率，以及声音 的幅度是否高于这种频率下的听觉阈值 。
2.听觉掩蔽特性。即听觉阈值电平是自适应的，会随听到的不同频率声音而发生变化 。

4.频域掩蔽域随声压级变化曲线：

5.32个子带滤波器组：
  通过子带分析滤波器组使信号具有高的时间分辨率，确保在短暂冲击信号情况下，编码的声音信号具有足够高的质量。将PCM样本变换到32个子带的频域信号：如果输入的采样频率为48kHz ，那么子带的频率宽度为48/ （2*32 ）=0.75Hz
该多相滤波器组为如下图：

6.比例因子的取值和编码：