多聲道數(shù)字音頻系統(tǒng)的編碼及應用

1、1多聲道數(shù)字音頻系統(tǒng)的編碼及應用多聲道數(shù)字音頻系統(tǒng)的編碼及應用MultichannelAudioCodingItsApplications胡澤（北京廣播學院錄音藝術學院）[摘要摘要]隨著存儲媒體容量和傳輸帶寬的不斷提高，高質量多聲道數(shù)字音頻系統(tǒng)也逐漸取代傳統(tǒng)的單聲道、立體聲系統(tǒng)，而成為新的傳播媒體方式。本文著重介紹當前幾種典型的多聲道數(shù)字音頻系統(tǒng)的編、解碼技術。以MPEG2、AC3、DTS、MPEGAAC多聲道數(shù)字音頻系統(tǒng)來討論它們各自

2、聲道的配置、數(shù)據(jù)容量、數(shù)據(jù)率等所帶來的優(yōu)缺點，最后介紹在數(shù)字音視頻廣播中，多聲道數(shù)字音頻系統(tǒng)的應用。1、前言前言對于CD格式來說，大家都知道它具有良好的信噪比、超過80dB以上的動態(tài)范圍以及超過15kHz的頻率范圍，這使得它具有良好的音頻質量和滿意的收聽效果，但是它僅僅提供了兩個聲道。多聲道數(shù)字音頻系統(tǒng)通過聲道的擴展，不僅在質量上與CD音頻不相上下，同時還帶給聽眾身臨其境的感受，而這是傳統(tǒng)單聲道和立體聲無法實現(xiàn)的，因此多聲道數(shù)字音頻系統(tǒng)

3、已被更多的聽眾接受，同時也逐漸成為音樂制作的主流。在眾多的國際標準中，如SMPTE、EBU、ITUR、ISOIEC、MPEG等，都涵蓋著一種稱之為5.1聲道的多聲道數(shù)字音頻格式。在即將制定的DVDAudio標準中，也規(guī)定將采用24bit采樣精度、88.2，96，192KHz采樣率的多聲道數(shù)字音頻格式。一種廣泛接受的多聲道數(shù)字音頻系統(tǒng)配置方案就是我們常稱的5.1聲道系統(tǒng)，也就是32.1的配置方案。這種方法是按照ITRU的建議BS.775來

4、確定用于重放的揚聲器擺放位置的，如圖1所示。根據(jù)建議可知，5個全頻帶的重放揚聲器分為前置揚聲器（包括L、R、C）和后置揚聲器（也稱環(huán)繞揚聲器，包括Ls、Rs），按照圖示所規(guī)定的角度和方位進行擺放，并且它們都位于一個圓的邊界上，其中L、R揚聲器與C揚聲器分別呈30度夾角，Ls、Rs揚聲器與C揚聲器分別呈110度夾角。除此5個全頻帶的聲道外，還有一個低頻增強聲道，稱之為LFE，它的頻率范圍在200Hz以下，大約是全頻帶倍頻程的10%左右，因

5、此也稱點一聲道。它的放置沒有特殊的要求，一般放置在前面。5個重放揚聲器的擺放并不是說能夠完全重現(xiàn)真實的空間聲像，其實5個揚聲器的使用僅僅是一種重現(xiàn)空間聲像而采用的粗略的實現(xiàn)方式。當然，一方面重放的效果取決于音頻素材的制作，另一方面則需要嚴格的重放揚聲器的空間位置擺放和收聽者的位置關系。在電影院里我們往往能夠感受到聲像定位準確的音頻效果，現(xiàn)在也有一些提法，認為8個、10個、12個甚至更多的重放揚聲器會有更加完美的音頻效果。這些觀點有它存在

6、的理由，聲像的表現(xiàn)當然是越準確越好，但是一味的通過增加重放揚聲器的數(shù)量以及增加音頻聲道數(shù)的話，它也會帶來另外的負面影響，如聲像的定位更加困難等等，因此我們在此僅僅通過5.1聲道的實現(xiàn)方式來進行闡述。另外，我們還應明確一點，對于家庭消費者來說，5.1聲道已經(jīng)足夠表現(xiàn)較完美的音頻效果了。不管是那種擺放方式，它的實現(xiàn)都離不開基本的編碼方式和主要規(guī)則。另外5.1聲道方式還會帶來較大的壓縮比和較低的比特率（相對于更多聲道的情況），下面就詳細的來介

7、紹一下多聲道數(shù)字音頻系統(tǒng)的編碼方式。3去除掉，在編碼時則僅僅對有用的那部分音頻信號進行編碼，從而降低了參與編碼的數(shù)據(jù)量。同時再將編碼的信號進行比特精度的分配，對于幅度比較大的信號或變化比較快的信號分配更多的比特數(shù)，而對于幅度小、變化慢的信號則減少比特數(shù)的分配，從而達到減少數(shù)據(jù)率的可能性，實現(xiàn)編碼的高效率。當然這種結果是以編碼過程復雜化為代價的。下面具體分析幾種聲學模型。圖2編碼、傳輸、人耳聽音的實現(xiàn)21根據(jù)聽覺域度對可聞信號進行編碼根據(jù)

8、聽覺域度對可聞信號進行編碼人耳對聲振動的感受，在頻率及聲壓級方面都有一定的范圍，頻率范圍正常人約為20Hz~20kHz，而聲壓級范圍則是如圖聽閾曲線來描述的。意即在這條曲線之下的對應頻率的信號是聽不到的。聲壓級A聽閾曲線B頻率f圖3聽覺域度對編碼的作用如圖3所示，對于信號A來說，由于其聲壓級超過聽閾曲線的聲壓級域值，所以可以對人耳造成聲振動的感受，意即聽到A信號。而對B信號來說，其聲壓級位于聽閾曲線之下，雖然它是客觀存在的，但人耳是不可

9、聞的。因此，可以將類似的信號去除掉，以減少音頻數(shù)據(jù)率。22根據(jù)掩蔽效應，只對幅度強的掩蔽信號進行編碼根據(jù)掩蔽效應，只對幅度強的掩蔽信號進行編碼人耳能在寂靜的環(huán)境中分辨出輕微的聲音，但在嘈雜的環(huán)境中，同樣的這些聲音則被嘈雜聲淹沒而聽不到了。這種由于一個聲音的存在而使另一個聲音要提高聲壓級才能被聽到的現(xiàn)象稱為聽覺掩蔽效應。聲壓級A后向掩蔽前向掩蔽BC頻率f圖4聽覺掩蔽效應如圖4所示，雖然B、C兩信號的聲壓級已超過聽閾曲線的范圍，人耳已可以聽