Подполосное кодирование - Sub-band coding

Эта статья посвящена технике кодирования сигналов. Для аудиокодека Bluetooth см. SBC (кодек).
Блок-схема субполосного кодирования и декодирования сигналов

В обработка сигналов, поддиапазонное кодирование (SBC) является любой формой преобразование кодирования который разбивает сигнал на несколько различных полосы частот, обычно с помощью быстрое преобразование Фурье, и кодирует каждый независимо. Это разложение часто является первым шагом в сжатии данных для аудио- и видеосигналов.

SBC - это основной метод, используемый во многих популярных сжатие звука с потерями алгоритмы, включая MP3.

Кодирование аудиосигналов

Самый простой способ цифрового кодирования аудиосигналов - импульсно-кодовая модуляция (PCM), который используется на аудио компакт-диски, DAT записи и так далее. Оцифровка преобразует непрерывные сигналы в дискретные путем дискретизации амплитуды сигнала через равные интервалы и округление до ближайшего значения, представимого доступным количество бит. Этот процесс принципиально неточен и включает две ошибки: ошибка дискретизации, от отбора проб через определенные промежутки времени, и ошибка квантования, от округления.

Чем больше битов используется для представления каждой выборки, тем выше степень детализации цифрового представления и, следовательно, меньше ошибка квантования. Такой ошибки квантования можно рассматривать как тип шума, поскольку они фактически представляют собой разницу между исходным источником и его двоичным представлением. С помощью PCM звуковые эффекты этих ошибок можно уменьшить с помощью дрожать и путем использования достаточного количества битов, чтобы гарантировать, что шум достаточно низкий, чтобы быть замаскированным либо самим сигналом, либо другими источниками шума. Сигнал высокого качества возможен, но за счет высокой битрейт (например, более 700 кбит / с для одного канала CD-аудио). Фактически, много битов тратится впустую при кодировании замаскированных частей сигнала, поскольку ИКМ не делает никаких предположений о том, как человеческое ухо слышит.

Методы кодирования снижают битрейт за счет использования известных характеристик слуховой системы. Классический метод - нелинейная ИКМ, например алгоритм μ-закона. Маленькие сигналы оцифровываются с большей степенью детализации, чем большие; эффект заключается в добавлении шума, который пропорционален силе сигнала. Солнце Формат файла Au для звука - популярный пример кодирования по мю-закону. Использование 8-битного кодирования по мю-закону снизило бы битрейт на канал аудио компакт-диска примерно до 350 кбит / с, что вдвое меньше стандартной скорости. Поскольку этот простой метод лишь минимально использует маскирующие эффекты, он дает результаты, которые часто заметно хуже по сравнению с оригиналом.

Основные принципы

Полезность SBC, пожалуй, лучше всего проиллюстрировать на конкретном примере. При использовании для сжатия звука SBC использует слуховая маскировка в слуховая система. Человеческие уши обычно чувствительны к широкому диапазону частот, но когда достаточно громкий сигнал присутствует на одной частоте, ухо не будет слышать более слабые сигналы на соседних частотах. Мы говорим, что более громкий сигнал маскирует более слабые.

Основная идея SBC заключается в том, чтобы обеспечить сокращение объема данных путем исключения информации о частотах, которые замаскированы. Результат отличается от исходного сигнала, но если отброшенная информация выбрана тщательно, разница не будет заметной или, что более важно, нежелательной.

Сначала набор цифровых фильтров делит спектр входного сигнала на некоторое количество (например, 32) поддиапазонов. Психоакустическая модель рассматривает энергию в каждом из этих поддиапазонов, а также в исходном сигнале, и вычисляет пороги маскирования с использованием психоакустической информации. Каждая из выборок поддиапазона квантуется и кодируется, чтобы поддерживать шум квантования ниже динамически вычисляемого порога маскирования. Последним шагом является форматирование всех этих квантованных выборок в группы данных, называемых кадрами, для облегчения последующего воспроизведения декодером.

Декодирование намного проще, чем кодирование, поскольку не используется психоакустическая модель. Кадры распаковываются, выборки поддиапазонов декодируются, и частотно-временное отображение восстанавливает выходной аудиосигнал.

Приложения

Начиная с конца 1980-х годов, орган по стандартизации, Группа экспертов по киноискусству (MPEG), разработал стандарты для кодирования как аудио, так и видео. Кодирование поддиапазонов лежит в основе популярного формата MP3 (более известного как MPEG-1 Audio Layer III ), Например.

Поддиапазонное кодирование используется в G.722 кодек, который использует поддиапазонную адаптивную дифференциальную импульсную кодовую модуляцию (SB-ADPCM ) со скоростью 64 кбит / с. В методе SB-ADPCM полоса частот разделяется на две подполосы (верхняя и нижняя), и сигналы в каждой подполосе кодируются с использованием ADPCM.

Рекомендации

Статья основана на материалах, взятых из Бесплатный онлайн-словарь по вычислительной технике до 1 ноября 2008 г. и зарегистрированы в соответствии с условиями «перелицензирования» GFDL, версия 1.3 или новее.

внешняя ссылка