分析多聲道數字音頻系統的編碼問題

摘要：當前多聲道數字音頻系統已經發展成音樂制作的主流，廣泛應用于影院和數字電視及廣播中，本文分析了多聲道數字音頻系統發展的趨勢及遇到的問題，介紹了幾種常見的多聲道音頻編碼方式以及一種先進的多聲道音頻質量評估方法。

關鍵詞：多聲道數字音頻；AAC；DTS；MC-PEAQ

中圖分類號：G201 文獻標識碼：A文章編號：1672-8122（2011）05-0110-01

隨著數字時代的發展，人們不再滿足于單聲道、立體聲所帶來的音響效果。存儲媒體容量和傳輸帶寬的增加，使得高質量多聲道數字音頻系統成為新的傳播媒體方式。多聲道數字音頻系統通過擴展聲道，在提高音頻質量的同時，可以給聽眾帶來音像環繞的效果。當前多聲道數字音頻系統已發展成音樂制作的主流，不僅廣泛應用于電影院、家庭影院，還滲透到數字電視和數字廣播中。

一、多聲道數字音頻系統面臨的問題

采用多聲道數字音頻系統進行音頻傳輸，可以獲得高質量的音頻效果。但是從單聲道、雙聲道立體聲等向多聲道的過渡，對存儲媒體容量和傳輸帶寬提出了更高的要求。在不影響數字音頻質量的前提下，降低多聲道數字音頻系統的數據率是阻礙多聲道音頻系統發展的重要問題。[1][2]

CD采用線性PCM編碼，一張CD的總的音頻容量低于800MB，其采樣頻率多為FS=44.1kHz，均勻量化的采樣精度為16bit，總數據率B_CD=1.4112Mbps，對于一小時的CD格式的音樂節目，其存儲量約為635.04MB。而多聲道數字音頻系統的總數據率B_CD=3.5986Mbps，對于同樣一小時的音樂節目，多聲道數字音頻系統需要1.62GB的存儲空間，這遠遠超過了CD的存儲容量（<800MB）。同時，傳輸帶寬也給多聲道音頻系統的發展造成了限制。

二、多聲道數字音頻系統編碼方式[1][2]

（一）MPEG-2 AAC。AAC是MPEG-2標準中一種非常強大的聲音感知編碼標準，可支持48鉻主聲道、16鉻低頻音效加強通道LFE、16個多語言通道和16個數據流。AAC在壓縮比為11︰1的情況下，即每個聲道數據率為64Kb/s，可以將5.1聲道系統的數據率壓縮到320Kb/s而不會對音頻質量造成較明顯的損害。AAC相對于MPEG-1 Layer II壓縮率提高了1倍，而且質量更高；在保證音效質量相同的條件下，與MPEG-2層3相比，AAC的數據率僅為其70%。

（二）DTS。DTS相干聲學編碼是一種最優化的差分子音頻編碼方法，系統編解碼電路不對稱，信號處理的復雜措施偏向于由編碼系統負擔。DTS系統可以在壓縮比為4︰1的情況下提供高質量的多聲道音頻信息。

三、一種多聲道音頻質量評估方法

在多聲道音頻系統中，聲道間存在著相關度和冗余度，采用Karhunen-Loeve變換（KLT）可以有效去除聲道間的相關度，進一步減小數據率。為了評價在編碼前采取KLT去除聲道相關度的好處，提出了一種多聲道音效質量評估的MC-PEAQ方法。MC-PEAQ利用某一通道的解碼多聲道信號和揚聲器的預定安置位置，重建監聽點的音頻場。此外，還引入了外耳和身體對人類聽覺過程中聲源定位的影響作用，從而可以獲得含壓縮效應和空間信息的雙聲道信號。雙聲道信號最終輸入到標準PEAQ，輸出質量檢測（MC-ODG），原理如圖1所示。

圖1多聲道PEAQ原理示意圖[3]

隨著多聲道音頻編碼技術的改進和發展，使得多聲道數字音頻系統多聲道高質量傳輸音頻成為可能，在今后的數字廣播發展中，不受帶寬限制，可提供更高質量、更多聲道的多聲道數字音頻系統會占據主導地位。

參考文獻：

[1]胡澤.多聲道數字音頻系統的編碼及應用[J].北京廣播學院學報(自然科學版)，2001(3).

[2]吳帆，朱偉.多通道音頻壓縮編碼原理及應用[J].數字音頻，2003(11).

[3]Soledad Torres-Guijarro， Jon A. Beracoechea-Aacute;lava， Luis I. Ortiz- Berenguer， et al. Inter-channel de-correlation for perceptual audio coding [J]. Applied Acoustics，2005.