《数据压缩》实验报告六·MPEG-1 Audio编码器

一.实验原理

1.MPEG-1 层二编码器原理



多相滤波器组：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，那么子带宽度为48/（2*32）=0.75hz。

心理声学模型：计算信号中不可感知的部分，利用人耳的掩蔽效应，找到声音信号中冗余的部分。

比特分配器：根据心理声学模型的计算结果，为每个子带信号分配比特数。

装帧：根据MPEG-1的编码格式产生兼容的比特流。

2.音频信号与语音信号

通常将人耳可以听到的频率在20hz-20khz的声波称为声音信号，声音振动被拾音器转化为的电信号称为音频信号。人说话的信号频率在300hz到3000hz，将该频段的信号称为语音信号。

3.压缩的可能性

声音信号中存在大量的冗余信息，在不同的分析域冗余的表现不同，结合时域和频率域可以较好的去除冗余。在时域，信号的幅度分度非均匀，小幅度样值出现概率比大幅度样值出现概率高；语音信号变化比较缓慢，各信号样值间的相关性较强，可以用差分编码去除冗余。在频域，长时功率谱函数分布非均匀，低频能量高，高频能量低。

声音中存在一些人耳感觉不到的部分，根据人耳的心理听觉模型可以找出这部分冗余信息，并把它去除掉，而不影响人的听觉效果。

二.实验步骤

①理解程序设计的整体框架

②理解感知音频编码的设计思想

③理解心理声学模型的实现过程

④理解码率分配的实现思路

⑤输出音频的采样率和目标码率

⑥选择其中一个数据帧输出该帧所分配的比特因子和比特分配结果

三.添加代码

FILE* outinfo=NULL;
char outinfoname[50]= "myoutinfo.txt";
outinfo = fopen(outinfoname, "wb");……

if(frameNum==25)
{
fprintf(outinfo,"采样率：%.1fkhz\r\n",s_freq[header.version][header.sampling_frequency]);
fprintf(outinfo,"目标码率：%dMbps\r\n",bitrate[header.version][header.bitrate_index]);
fprintf(outinfo,"第%d帧所用比特数：%d\r\n",frameNum,adb);
}

……
transmission_pattern (scalar, scfsi, &frame);
main_bit_allocation (smr, scfsi, bit_alloc, &adb, &frame, &glopts);
if (error_protection)
CRC_calc (&frame, bit_alloc, scfsi, &crc);
encode_info (&frame, &bs);
if (error_protection)
encode_CRC (crc, &bs);
encode_bit_alloc (bit_alloc, &frame, &bs);
encode_scale (bit_alloc, scfsi, scalar, &frame, &bs);
subband_quantization (scalar, *sb_sample, j_scale, *j_sample, bit_alloc,
*subband, &frame);
sample_encoding (*subband, bit_alloc, &frame, &bs);
if(frameNum==25)
{
fprintf(outinfo,"比例因子\r\n");
for ( cha = 0; cha < nch; cha++ )//声道
{
fprintf(outinfo,"声道%d\r\n",cha);
fprintf(outinfo,"子带\t组1\t组2\t组3\t\r\n");
for ( sbd = 0; sbd < frame.sblimit; sbd++ )//子带
{
fprintf(outinfo,"%4d\t",sbd);
for( gro = 0; gro < 3; gro++ )//组
{
fprintf(outinfo,"%3d\t",scalar[cha][gro][sbd]);
}
fprintf(outinfo,"\r\n");
}
}
fprintf(outinfo,"帧比特分配：\r\n");
for ( cha = 0; cha < nch; cha++ )//声道
{
fprintf(outinfo,"声道%d\r\n",cha);
for ( sbd = 0; sbd < frame.sblimit; sbd++ )//子带
{
fprintf(outinfo,"子带%2d:\t",sbd);
fprintf(outinfo,"%2d\r\n",bit_alloc[cha][sbd]);
}
}
if(outinfo)
fclose(outinfo);

四.实验结果






                        

原文件大小	压缩后文件大小	压缩比
2.83MB	791KB	3.58

五.实验结果分析

实验输出结果表明，同一子带的三个比例因子相差较小，所以可以用比例因子选择的方法压缩文件；从帧比特分配来看，高频子带分配比特数较少，低频子带分批比特数较多。