杜比AC_3技术和应用最终稿.doc

杜比AC-3技术及其应用摘 要音频编解码技术是多媒体信息处理领域的一个重要研究方向AC-3 是第一个专门为编码多声道数字音频信号而设计的感知编码系统,具有较高的音质和较低的复杂度,现已广泛应用于各个领域,如DVD、高清电视 HDTV、卫星数字广播 DBS、数字视频广播 DVB,ATSC 等杜比 AC- 3 提供的数字音频压缩编码技术具有较高的编码效率; 而由 5 个全频域声道和 1 个超低音声道组成的 AC- 3 环绕声系统能完美再现高质量的立体声AC-3具有的5.1声道,分别是左、中、右、左环绕、右环绕和0.1低效果声频道,这里的左、右环绕声道是分别制作的独立声道,更具有现场感和真实感由于 AC-3 系统编码灵活,在消费电子领域,目前大多数的电影制作都使用了该技术,美国等国家的数字电视系统也采用该技术作为音频编码标准本文主要研究了AC-3技术,其心理声学特性,以及AC-3技术在家庭影音中的应用关键词：杜比AC-3；编解码；心理声学；家庭影音 / Dolby AC-3 technology and its applicationABSTRACTAudio decoding technology is multimedia information processing in one of the important research direction. AC-3 is the first to specifically for coding much channel digital audio signals and the perception of the coding system design, it is of high quality and low complexity, has been widely used in many fields, such as DVD, high definition television HDTV, satellite radio DBS, digital video digital radio DVB, ATSC, etc.Dolby AC-3 provides the digital audio compression technology has high coding efficiency; And by the five whole frequency domain track and a low sound track of AC-3 surround system can perfect representation of high quality stereo. AC-3 has 5.1 channel, respectively is left, right, left, right around and around 0.1 channel sound less effect, the left and right surround sound channel is made separately independent track and has more annotating and realism.Because AC-3 system code flexible, in the consumer area now, most of the movie making use of this technology, the United States and other countries digital TV system also USES the technology as audio coding standard.This paper mainly studies the AC-3 technology, the psychological acousticproperties and AC-3 technology in the family of the application of the video.Key words: DolbyAC-3;Coding and Decoding;Psychoacoustics; Family video目 录第一章绪论11.1引言11.2研究背景11.3研究意义21.4论文结构2第二章音频编码解码基本概念32.1数字音频格式简介32.2音频压缩编码32.3音频信息分类52.3.1语音编码技术52.3.2音乐的编码技术62.4语音编解码目的62.5在音频编解码的过程中会碰到的问题6第三章AC-3编解码技术83.1什么是AC-383.2AC-3的基本原理83.3AC-3编解码流程分析93.3.1 AC-3 编码流程93.3.2 AC-3 解码流程123.4AC-3编解码器工作流程143.4.1编码器工作流程143.4.2解码器工作流程163.4.3 AC-3音频帧结构173.5杜比AC-3的特点18第四章AC-3心理声学的研究194.1心理声学194.1.1临界频带194.2.2听觉掩蔽194.2心理声学的特点204.3AC-3的听觉心理特性21第五章基于家庭影院中AC-3的研究235.1家庭影院的形成及普及235.2家庭影院的环绕声系统235.2.1杜比基本解码器235.2.2杜比定向逻辑解码器245.2.3杜比AC-3系统255.3杜比虚拟环绕声技术265.4杜比AC-3的特殊功能265.5杜比在家庭影院视图27第六章总结29致30参考文献31第一章 绪论1.1引言数字技术的出现与应用为人类带来了深远的影响,人们如今已生活在一个几乎数字化的世界之中,而数字音频技术则称得上是应用最为广泛的数字技术之一,CD、VCD等早已走进千家万户,数字化广播正在全球围逐步得到开展[1]。

随着技术的不断进步和生活水准的不断提高,原有的立体声形式已不能满足受众对声音节目的欣赏要求,具有更强定位能力和空间效果的三维声音技术得到蓬勃发展而在三维声音技术中最具代表性的就是多声道环绕声技术[2]杜比AC-3技术是由美国杜比实验室主要针对环绕声开发的一种音频压缩技术在5.1声道的条件下,可将码率压缩至384kbps,压缩比约为10:1杜比AC-3最初是针对影院系统开发的,但目前已成为应用最为广泛的环绕声压缩技术之一[3]在杜比AC-3中使用了许多先进的、行之有效的压缩技术如前/后向混合自适应比特分配、公共比特池、TDAC滤波、频谱包络编码、及低码率条件下使用的多声道高频耦合等而其中许多技术对其它的多声道环绕声压缩技术的发展都产生了一定的影响[9]可以说,AC-3的出现是杜比公司几十年来在声音降噪及编码技术方面的结晶〔从一定的角度来看,编码技术实际上就是降低编码噪声影响的技术〕,在技术上它具有很强的优势因而即使作为一项专利技术,DolbyAC-3仍然在影院系统、HDTV、消费类电子产品〔如LD、DVD〕及直播卫星等方面获得了广泛的应用,得到了众多厂商的支持,成为业界事实上的标准[11]。

1.2研究背景AC-3 技术起源于为高清晰度电视〔High Definition TeleVision,HDTV〕提供高质量声音美国联邦通信委员会〔Federal Communication Committee,FCC〕的高级电视咨询委员会〔Advisory Committee on Advanced Television Service,ACATS〕于 1987 年开始美国 HDTV 制式的研究最初的 HDTV 系统方案是模拟图象和数字声音传输,其中声音编码采用 DolbyAC-1 数字音频编码算法AC-1通过 4-2-4 多声道矩阵方式把声道数减少一半〔这样就可以降低传输信道的带宽〕,然后采用增量调制技术进行数字编码因此,AC-1 的压缩比为 2：1到1989 年,随着声音编码技术和数字信号处理器〔Digital Signal Processor,DSP〕的进步,AC-1 系统发展成为基于变换编码技术的 AC-2 系统,在提高质量的同时,压缩比提高为4:1,但是多声道矩阵处理技术仍然保留着[6]为了最大限度地发挥矩阵方式的优势,必须把编码的信号再解码,而且要边监听效果边加以确认,对于电视现场节目,有时一次解码很难确认其效果,所以用两声道码率提供多声道编码性能的 AC-3 系统由此诞生。

到了1991 年中期,AC-3 逐渐被公众所知,并被美国 HDTV 组织所接受1993 年 11 月,ACATS 正式批准大联盟〔Great Alliance,GA〕HDTV 系统采用AC-3 编码方案1994 年 ATSC 的建议草案的声音部分采用 AC-3 算法,1996 年底美国 FCC 采纳 ATSC DTV 标准,将 AC-3 作为未来高清晰度电视的伴音标准北美及日本这些采用 NTSC 制式的国家将 Dolby AC-3 作为新一代影碟 DVD 的音频标准事实上,AC-3 很快被其它国家接受为多声道音频编码标准DVD-ROM、个人计算机产品、家庭影院、数字有线电视系统以及一些直播卫星系统都采用 AC-3 作为音频编解码器1.3研究意义随着我国经济的高速发展,人民消费水平进一步提高,我国必将会形成一个庞大的数字家庭影院系统市场在这个大市场中,Dolby AC-3 是广泛使用的家庭影院环绕声系统,通过采用 AC-3 宽带音频压缩技术,在数字家庭影院系统中实现了用十分之一的标准数字音频空间来存储高质量的多声道声音数据并且Dolby AC-3 在美国的 HDTV,卫星数字广播,数字演播室等领域也广泛应用,潜力很大。

但我国具有自主知识产权的 Dolby AC-3 编码器还极少,而且需求量较大的国产 DVD 机中的解码芯片也几乎全为美国及日本的厂家所垄断,它限制着国 DVD 产业及音响产业的迅速发展因此研究 AC-3 编解码技术对我国有着重大的现实意义,它既可以改变依赖进口的馗尬局面,也可以增强开发各种数字多媒体编解码器的能力[12]1.4论文结构本论文的结构安排如下：第一章 绪论简要的介绍了AC-3的发展前景,研究背景及意义第二章 音频编码解码基本概念本章对音频编解码的格式,压缩编解码,音频编码的分类和目的以及在音频编解码的过程中碰到的一些问题做了详细的介绍第三章 AC-3编解码技术本章对AC-3及其原理做了深入的阐述,并详细的分析了AC-3具体编解码流程和AC-3编码器的具体编解码流程并简单的概述了AC-3的一些特点 第四章AC-3心理声学的研究本章对AC-3与心理声学的关系进行了深入的剖析了解心理学的特点以及AC-3的心理特性,为研究基于家庭影院中AC-3做铺垫第五章基于家庭影院中AC-3的研究本章简单的介绍了家庭影院的发展前景对AC-3在家庭影院中的环绕声系统做了深入的阐述并了解了AC-3在家庭影院中的一些特殊功能。

第六章 结束语本章概括总结了本文所作的工作,并给出下一步研究工作的方向第二章 音频编码解码基本概念2.1数字音频格式简介目前数字音频领域流行的音频编码技术以数据量的压缩性能分为非压缩音频〔如波形音频、MIDI 音频和 CD 音频〕和压缩音频〔MPEG、AC-3、DTS 等〕两类以下是几中常用的音频编码技术简介[13]〔1〕波形音频波形音频编码是一种用于 PC 机之间交换声音信息的常用音频编码技术波形音频是一种电子数字声音,一般用于存储各种非乐曲的音频数据,包括语音和音效播放波形。