最新浅谈AC3与MPEG2两种多通道数字音频的选择与比较 精品.docx

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浅谈AC-3与MPEG-2两种多通道数字音频的选择与比较

　　浅谈-3与-2两种多通道数字音频的选择与比较2019年度河南省广播电视优秀科技论文二等奖摘要在全世界范围内，电视节目传送系统由模拟向数字过渡的过程中，使用哪一种音频编码技术，一直是各国专家不断提出的问题，而抉择的焦点是世界上的两种主要的音频编码系统，-2音频编解码系统和-3音频编解码系统。

　　一、杜比数字-3自从1992年第一部杜比数字编码的电影《蝙蝠侠归来》问世以来，杜比数字技术已经成为目前最流行的音频技术之一。

　　目前已经有数以千计采用杜比数字编码的电影面世。

　　杜比分别在20世纪60年代和70年代以杜比型降噪专业应用领域和型降噪消费类应用领域在磁带录音技术掀起了一次革命。

　　在70年代后期，杜比立体声模拟音响系统引领了电影音频的革命。

　　杜比立体声把4声道音响带到了电影院，其中在前方有3个声道音乐和各种背景声音分别在左右声道，对话在中置声道，还有一个渲染效果和气氛的环绕声道。

　　然后在20世纪80年代，通过运用杜比的频谱录音，磁带录音和电影音频工业都取得了卓越的进步。

　　在80年代末90年代初出现的杜比环绕以及后来的杜比定向逻辑家庭影院系统基本上把杜比立体声技术运用到家庭娱乐的录像带和激光唱片上使家庭娱乐业引领了重大的变革。

　　这使得观众可以在自己家中配置同剧院一样的4声道设备。

　　1、杜比数码环绕声系统今天的杜比数字系统更是跃上了一个更高的台阶，它可以产生6声道的非常清晰的数字环绕声。

　　在你前方的左，中，右声道提供精确，清楚的对话定位。

　　分列在你两侧和身后的左右环绕声道使您深深地沉浸在电影的气氛中。

　　并且，低音炮给您带来更强的冲击力和特殊的听感体验。

　　杜比数字-3提供的环绕声系统由五个全频域声道加一个超低音声道组成，所以被称作51个声道。

　　五个声道包括前置的"左声道"、"中置声道"、"右声道"、后置的"左环绕声道"和"右环绕声道"。

　　这些声道的频率范围均为全频域响应的3-20000。

　　第六个声道也就是超低音声道包含了一些额外的低音信息，使得一些场景如爆炸、撞击声等的效果更好。

　　由于这个声道的频率响应为3-120,所以称"1"声道。

　　杜比数字技术的原理承袭了杜比实验室30多年致力于模拟降噪研究工作的经验。

　　杜比降噪是通过在当前没有音频信号时降低噪音，而在其他时间就利用很强的音频信号来掩盖噪声。

　　因此，它是利用了心理声音学的现象，也被称为听觉屏蔽。

　　即使当频谱中只有部分的声音信号，杜比降噪系统也能在频谱的其他部分降低噪音，使得噪音不会被察觉。

　　这是因为声音信号只能覆盖在邻近频段中产生的噪音。

　　从模拟录音演变到数字录音媒介例如光盘时，在光盘上运用的数字音频编解码产生了的数据量很大，无法高效地存储和传输，尤其是在需要多声道的情况下。

　　于是，新的数字音频编解码形式--经常被称作感知编解码，即在最低程度降低声音质量的基础上减少数据使用率，应运而生了。

　　2、杜比听觉的掩蔽效应杜比数字源自于杜比公司三十多年的模拟降噪系统技术成果，即利用听觉的掩蔽效应对信号频率附近的噪声进行掩盖抑噪。

　　杜比-3感知性编码系统主要利用心理声学中掩蔽效应的原理，将原始信号中不相关分量和冗余分量有效的去除掉来实现。

　　图1人类的听觉掩盖作用是将每一声道的音频频谱分成许多不同的窄频带，并对应于人类听觉对频率的选择性进行处理。

　　这样就使得它有可能敏锐地滤掉编码噪声。

　　只要这些噪声是被控制停留在某一频率上，而该频率与被编码信号的频率分量十分接近。

　　在没有信号或信号输入时，杜比降噪则进行工作，将噪声降低或消除，因而，可将原来信号的音质完整地保留下来。

　　杜比-3这样的感性编码性统，实质上是一种非常有选择性的和强有力的降噪处理方式。

　　在杜比数字-3中，根据实际的工作频谱或动态性能的需要，将比特数从公用比特群中分配到各滤波器中的频带中去。

　　保证有足够数量的比特数用以描绘每一频带内的音频信号。

　　具有较大频率的容量的声道比小容量的声道要求较多的比特数，同时因为在一个声道内的强信号可为其他声道的噪音提供掩蔽作用。

　　因此，保证了噪音能被全部掩盖。

　　2、音箱布置全频带的音箱摆放如图2。

　　标准的音箱配置是5个声道的音箱要完全一致。

　　如果前方3个音箱不能达到同一型号，则中置声道的音箱应选用同一产品系列中小一点的音箱。

　　前方音箱以一字排开的方式面对聆听着摆放，左右分别放置一个音箱，中置音箱放在显示器的桌面上或显示器的顶部。

　　前置音箱、与中置音箱高度尽可能相同，而且这三个音箱的正面应在同一平面上，或是中置音箱稍微向后一点，但其正面应与前置音箱的正面平行。

　　如果中置音箱的听音距离与、音箱的听音距离不等，则应采用延时以使声音同时到达听者。

　　正前方为、或与听者的夹角为30度。

　　环绕音箱与前方3个音箱一样，采用相同型号的产品，而且相位要一致，听音高度和距离相等。

　　如果达不到同一型号，则环绕音箱可选用同一系列中较小的音箱以保持相似的指标特性。

　　环绕音箱与中置音箱的夹角为110度。

　　而低音效果音箱的摆位则要讲究。

　　由于低音方向性较差，低音效果音箱放在什么地方并非很严格。

　　但并不能因为这个理由，低音就可以随便摆放。

　　须仔细调整音箱在室内的摆放位置，以低音效果有最佳表现处作为合适点。

　　音箱有要独立的摆放位置，如放在主音箱、、后面比较靠墙的位置。

　　若有两个音箱，最好是放在两个主音箱之间。

　　而音箱通常采用有源主动式低音扬声器。

　　3、杜比数字的特点1兼容性比数字-3可提供所有相应的音频设备的兼容性，由解码器来完成各种兼容，通过一个信号比特分配出51多通道环绕声、环绕声、立体声、单声道。

　　杜比数字-3的解码器可以自动识别信号源类型，也可以分配出不同的声音信号。

　　2动态范围控制杜比数字技术还提供控制动态范围还原和保持节目与节目之间响度一致性的优点，由于数字音频的应用使得节目能以很高的动态范围进行传输。

　　这里面包括那些音量很高但持续时间很短只是偶然发生的声音，动态范围的控制通过在解码器中降低节目峰值和在解码器本身中通过每几毫秒调整还音增益提高低电平通路的方式完成。

　　节目与节目之间响度一致性的控制通过指示解码器在节目长度范围内将标称还音增益设置至特定数值的数据完成。

　　两种控制类型均在主控录音棚中进行准备和视听，然后作为解码器的附属信息传送。

　　3全完独立的声道，极具感染力的现场感杜比数码的5个声道的频率响应均严格按照-3标准设计成20-20+-5甚至更宽，51个声道完全独立隔离，其隔离度高达105,从而彻底杜绝了声道之间的串音干扰，加上专门设计的超低音声道的有源低音炮效果，几乎可以在前后左右360度范围内很好地重播人们可听范围内的全部声音，从而使整个声场气势更加宏大、方向感和临场感更加突出，极大地提高了影片的艺术感染力。

　　而杜比定向逻辑系统中的环绕声道频率带宽仅有100-7000,4个场道隔离十分有限，一般仅为30,做得最好也不会超过55,环绕声效果中包含的信息量大大减少，背景音乐中的低频和高频都被无情地限掉了。

　　二、-2环绕声系统1992年2月，正式建议美国采用51声道。

　　当时在考虑采用哪一种音频编码方式时，与-2竞争得十分激烈。

　　即后便对这两种数字编码系统进行了比较，在应用中，音频更接近的品质而非的品质。

　　在最好的情况下，音频被传输时其动态范围与相似。

　　的码流里不包含附加的动态范围或电平控制数据，其结果是音频信号必须经预压缩后播出才能通过接口到达电视接收机。

　　世界上，在已选了数字电视制式的国家和地区中，选择-3的还有加拿大、南韩、阿根廷和中国台湾等；

　　选择-2音频的有新西兰和印度等。

　　而我国将在高清晰电视中采用-2与-3共存的编码形式。

　　下面简述一下-2的环绕声系统。

　　运动图像专家小组标准就是利用数字压缩编码技术来提供对信号的有效压缩方式。

　　对于音频来说，主要就是感知性编码系统可使得能达到1∶8的压缩比，同时保证音质的损失最小。

　　在-1标准中国共产党有三层方式对音频进行压缩--1、2、3，考虑到兼容性的问题，在-1的基础上通过增加附加编解码器来完成-2多声道环绕声系统的编码。

　　在-2系统中支持51多声道环绕声，也就是利用5个独立全频带通道和一个十分之一频带的低频效应通道来实现多声道环绕声效果的。

　　其扬声器摆放方式与-3方式是相似的，也是按照-775建议安排的，唯一不同的就是-2的低频效应补充的频带只有其他声道频带宽度的十分之一，取样频率为其他通道信号取样频率的九十六分之一。

　　同时-2多声道环绕声系统为了保证向下的兼容性，也提供了矩阵环绕声方式，它是通过矩阵电路将几个声道编码为两个通道进行记录或传输，重放时，再经解码得到多声道环绕立体声。

　　-2感知性音频编码器利用了掩蔽这种心理声学效应。

　　这种效应就是如果一个单音在频率上接近另一个单音，但其声强较低，将不会被听到；声强较低的单音为声强较高的单音掩蔽了。

　　这种效应同样存在于更复杂的声音中，如音乐和噪声等。

　　每个声音都存在与之相关的一条掩蔽门限曲线，它是频率的函数，在该曲线下的另一个声音就无法为人类的听觉系统感觉到。

　　这是一个动态的过程。

　　当声音的频谱改变时，掩蔽曲线也跟着改变。

　　所有的数字音频系统都受到在量化过程中产生的噪声影响。

　　感知编码器的工作原理就是对量化噪声的频谱进行尽可能精确的整形，使其被控制在掩蔽门限以下。

　　-2感知性编码系统充分利用心理声学中的掩蔽效应和哈斯效应原理，利用压缩编码技术，将原始音频信号中不相关分量和冗余分量有效的去除掉，在不影响人耳听觉阈度和听音效果质量上，将音频信号压缩。

　　-2编解码系统在多声道声音方面的扩展支持在一路码流中传输五个输入声道、低频增强声道以及7个语音声道。

　　该扩展与-1保持前向及后向兼容。

　　前向兼容性意味着多声道解码器可正确地对立体声码流进行解码。

　　后向兼容性则意味着一个标准的立体声解码器在对多声道码流进行解码时可输出兼容的立体声信号。

　　这是通过一种真正的可分级方式实现的。

　　该兼容立体声信号按照-1标准进行编码。

　　所有用于在解码器端恢复原来的五个声道的信息都被置于-1的附加数据域内，该数据域被-1解码器忽略。

　　这些附加的信息在信息通道2、3及4以及声道中传输，这几个信息通道通常包含中央、左环绕和右环绕声道。

　　-2多声道解码器不但对码流中的-1部分进行解码，还对附加信息通道2、3、4及解码。

　　根据这些信息，它可以恢复原来的51声道声音。

　　当相同码流馈送至-1解码器时，解码器将只对码流的-1部分进行解码，而忽略所有附加的多声道信息。

　　由此它将输出在-2编码器中经向下混合产生的两个声道。

　　这种方式实现了与现有的双声道解码器的兼容性。

　　也许更为重要的是，这种可分级的方式使得即使在多声道业务中仍可使用低成本的双声道解码器。

　　考虑到所使用的其它所有编码策略，多声道业务中的双声道解码器本质上就是一个对所有声道进行解码并在解码器中产生双声道向下混合信号的多声道解码器。

　　就其包含不同的由编码器使用以进一步提高音频质量的技术而言，该标准是具有很大灵活性的。

　　得最大峰值的码率可以比长期的平均码率高出一倍。

　　但是，对于某些传输系统大多数的广播格式，最好采用不可变码率的音频数据流。

　　三、杜比数字-3与2的比较杜比数字及-2声称的性能对照表声称的性能杜比数字-21支持立体声还音√√2支持杜比环绕√√3在同一节目源，同时支持