先进音频编码（AAC）在中波数字调幅广播中的研究

摘要

本文研究中波数字调幅广播(DAMB)系统信源编码中的先进音频编码(AAC)。欧洲标准DRM是当前唯一能够同时服务于长、中、短波频段的数字广播系统，采用OFDM体制，调制时同时利用幅度和相位两路信号，属于单边带调制，10KHz的信道带宽可以充分利用，实际传输的信号带宽能达到10KHz，这需要改造发射机，而这里的DAMB不改动现有的广播发射机，仍利用双边带调幅体制。优点是可以实现大范围的信号覆盖，并且接收机简单、易于实现、价格不高。但带来的问题是实际能利用的带宽只有一半，音质受到影响(带宽、噪音、信道衰落)，只能用于信道条件相对较好的中波段数字调幅广播。因而与DRM信源编码相比，在相同的带宽下，DAMB信源编码的输出比特率降低很多，压缩率必须大大提高，其信源编码中的音频编码采用AAC编码。 在输入信号的基础上，利用已知的心理声学模型规则可以算出一个与当前(与时间关联)掩蔽门限的估计值，在AAC系统中用了心理声学模型2。从掩蔽门限可以得到信号的掩蔽比(信号掩蔽比就是对输入信号能够掩蔽掉多大量化噪声的一个估计)。在量化阶段，对任何给定数据率都可以利用信号掩蔽比使量化信号的可闻失真最小，编码阶段则对控制系数和量化系数进行霍夫曼编码，得到编码比特流。 以往的音频编码方式中，对于原始数据，使用降低采样率、降低音频带宽、减少量化级数等传统方法进行压缩编码，压缩率大约可以达到15：1。但是过多使用这些方法会使得感知音质的可理解性和可识别度下降。AAC使用心理声学模型，以感知音质为标准进行压缩编码，在保证感知音质的前提下，可以达到较高的压缩比。 本文研究了AAC编码软件实现的优化，对其中的音频带宽控制、心理声学模型算法和量化编码模块等做出了改进。为了适合在中波数字调幅广播中的传输，改变了AAC编码的帧长，使用了相应的快速算法，加入了错误保护的新工具。 在WindowsXP操作系统下使用VisualC++工具，把MPEG-4AAC的码率降低到本系统所能支持的10/16kbps，解码后输出音频带宽为与AM广播相应的50Hz-7kHz，可以保持尽可能好的音质；在理论分析的基础上，调整了MPEG-4AAC的参数，以适应改动后的音频带宽和输出码率。

目录

文摘

英文文摘

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第1章绪论

1.1概述

1.1.1数字调幅广播

1.1.2感知音频编码

1.2相关的几种音频编码标准

1.2.1 MPEG-1音频编码标准

1.2.2 MPEG-2 BC和MPEG-2 LSF

1.2.3 Dolby AC-2和AC-3

1.2.4 DTS

1.2.5 MPEG-4的音频标准

1.3论文的主要工作及其组织结构

第2章MPEG AAC的主要模块算法

2.1引言

2.2主要算法模块分析

2.2.1概述

2.2.2心理声学模型

2.2.3滤波器组

2.2.4时域噪声成形

2.2.5频域预测

2.2.6量化与编码

2.2.7感知噪声替代

2.2.8长门限预测

第3章心理声学模型和量化编码

3.1音频带宽与输出码率

3.1.1编码器输出码率与音频带宽的关系

3.1.2原模型存在的问题

3.1.3改进后的模型

3.2心理声学模型中音调特性的实现算法改进

3.2.1非预测性量度

3.2.2频谱平坦性量度

3.2.3平均非预测性量度

3.3 AAC中的MDCT和DFT

3.3.1 AAC中的MDCT

3.3.2使用ODFT改进

3.4量化模块的改进

3.4.1初始化gl和scf(i)

3.4.2比特用量计算

3.4.3量化误差计算

3.4.4比例因子频带的放大、搜索

3.4.5估计噪声的误差

3.5小结

第4章改变帧长及新工具

4.1数字广播中AAC帧长及帧结构

4.2快速DFT算法

4.2.1小N点DFT算法的应用

4.2.2抽样率转换的算法

4.2.3MDCT的快速算法

4.2.4实验结果

4.3错误弹性工具

4.3.1AAC的容错健壮性

4.3.2错误保护工具

4.4频带复制

4.5小结

第5章AAC的硬件实现考虑

5.1 TMS320C6713简介

5.1.1 TMS320C6713硬件资源

5.1.2 TMS320C6713软件资源

5.2 DSP实现考虑

第6章 结束语

致谢

参考文献

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