MPEG-4 HE AAC音频编码器的研究及优化

摘要

MPEG-4 AAC编码标准是由ISO/IEC运动图像专家组为进一步提高音频编码压缩性能而制定的新一代音频编码标准,是MPEG-4音频编码标准的核心。MPEG-4 AAC编码标准是目前所有感知音频编码标准中最新、最有效的高保真数字音频编码方法,它代表了当今最先进的音频编码技术,具有压缩比高、重建音质好、声道配置灵活、不同层次的应用具有不同的算法复杂度等特点,使得它在因特网、流媒体以及世界数字广播等领域得到越来越广泛的应用。
　　但MPEG-4 AAC编码标准获得优越性能的代价是计算复杂度的大幅提高,其中的几个重要的模块,如心理声学模型、滤波器组、量化模块等占用的运算量较大。因此,MPEG-4 AAC编码器的优化实现已成为一个热点问题。
　　本文对MPEG-4 AAC音频编码中高效率规格编码器(HE AAC)的技术原理和实现方法作了深入研究。首先,介绍了AAC编解码技术的发展现状和音频编码理论知识,对HE AAC编码器的结构框架和主要模块的算法进行了研究和分析。在尽量不降低音频质量的前提下,对编码算法采用了一些改进和优化措施,有效地降低了计算复杂度。其次,在心理声学模型中,当分区实际能量阈值低于静音绝对阈值时,通过将该分区内信号进行近似,有效地减少了编码所需的比特数;对滤波器组的快速算法进行详细推导,比较了几种算法的复杂度,并选择了一种最有利于编码器快速实现的算法,该算法的运算量只有直接算法的1％;分析了量化模块中的双层迭代循环所存在的缺陷,给出了一种单循环的量化算法,大大加快了计算的收敛速度。最后采用低能量形式的频带复制工具(SBR),并在此基础上给出了一种简化参数的频带复制技术。通过实验表明优化后的编码算法有效地降低了计算复杂度,在较低比特率下能够实现快速编码并保持良好的音质,为将来进一步的展开研究和实际应用打下了基础。

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第一章 绪论

§1.1 课题研究的意义和背景

§1.2 AAC技术的研究现状和发展趋势

§1.3 论文的主要研究工作

§1.4 论文的组织结构

第二章 音频编码理论基础

§2.1 音频编码压缩的技术和原理

§2.2 AAC编码理论基础

§2.3 本章小结

第三章 MPEG-4 HE AAC编码原理

§3.1 MPEG-4 HE AAC编码器基本结构

§3.2 MPEG-4 LC AAC主要算法模块

§3.3 频带复制技术（SBR）

§3.4 本章小结

第四章 编码器的优化设计

§4.1 心理声学模型的优化

§4.2 MDCT快速算法

§4.3 量化模块的改进

§4.4 简化参数的频带复制工具

第五章 编码器实现和结果分析

§5.1 编码器主程序

§5.2 码流格式

§5.3 编码器的性能评价

§5.4 本章小结

第六章 结束语

§6.1 总结全文

§6.2 今后工作

参考文献

致谢

作者在攻读硕士期间的主要研究成果