http://www.donews.net/sbewcw/archive/2005/01/01/222645.aspx 從上面轉錄下來的 在多媒體信號傳輸中，只有對音頻和視頻信號進行有效的編碼，才能最後解析出高質量的 聲音和圖像。本文介紹了MPEG2標准的壓縮分層和編碼原理，並說明了如何在芯片上實現 MPEG2音頻編碼。 MPEG2 是當今最為流行的AV壓縮標准，可用于視頻、音頻和數字信息存儲。完整的MPEG2 標准可滿足STB等廣播應用和DVD或D-VHS等多媒體應用。 MPEG2並非對MPEG2編碼器進行標 准化，而是為經過MPEG2編碼的位流提供了一種標准化格式,另一方面，它也為MPEG2解碼 器提供了一個標准模式。 MPEG2標准的音頻部分大致基于MPEG1標准，因此二者兼容性很強。這一點使得現有的 MPEG1設備可對MPEG2信號中兼容MPEG1的部分信號進行解碼，而MPEG2設備也可解碼MPEG1 信號，從而實現前向兼容。 壓縮分層 MPEG2 和MPEG1音頻壓縮可分為三層。層數越高，壓縮的程度、所需CPU處理能力以及聲音 質量也相應增加；而傳輸所需的帶寬則相應減少。因此，第一層的壓縮率最低、所需CPU 處理能力最低、延遲也最少。由于壓縮率最低同時聲音質量最差，因此它所需的傳輸帶寬 最大。而第三層的聲音質量最佳，壓縮率可達1:10。處理時間也幾乎是第一層的三倍。表 1可很好地說明這一點。 表1：MPEG2和MPEG1音頻壓縮可分為三層。 之所以將壓縮分為三個層，一部分是基于需要，一部分則是歷史原因。 首先，它很大程度取決于所壓縮信號將用于哪種應用中。例如，當我們主要希望能再現高 品質的聲音，其次才關注處理能力/成本，那麼應選擇第三層。而如果主要考慮的是處理 能力和成本，則可選擇第一層或第二層。不過，如果選用的不是第三層，則聲音在重現時 會有所欠缺，因此，用戶必須權衡考慮，選擇適合于其特殊應用的那一層。 其次，壓縮層的概念是逐漸發展而來的。第三層規范比第一、二層定得晚。當第三層規范 開始流行時，采用第一、二層規范的設備已十分普及，消費者也非常熟悉了。因此，必須 讓消費者能自由地選擇適合自己應用的那一層規范。 MPEG2音頻壓縮及編碼 三層規范的音頻壓縮及編碼過程如圖1所示。濾波器組采用快速傅利葉變換(FFT)將時域采 樣轉換成同樣數目的頻域采樣。輸出是一系列帶寬相等的子帶。心理聲學模式過程計算每 一子帶的信號掩蔽比(SMR)，以便決定每一子帶可用于編碼的信號位數。在信號位或噪聲 分配過程中，通過濾波器組的輸出及SMR信息來決定每個子帶可承受的量化噪聲。量化噪 聲越高，這一子帶所分配的信號位數就越低。在位流格式化模塊中，子帶頻率采樣與分配 給該層的信號位及一些其它信息相結合，形成一個音頻幀，這個幀包括一個信號頭和其它 信息段。 圖1：三層規范的音頻壓縮及編碼過程。 MPEG2音頻增強功能 與MPEG1相比，MPEG2在以下方面有所改善。 1. 半采樣率 在MPEG2中，僅需使用MPEG1中一半的采樣率便可保持極佳的聲音質量。這一點對評論頻道 、多語頻道及多媒體等應用尤其有益，這些頻道的頻率范圍為20Hz到20kHz，但極少使用 。 2. 多頻道擴展 MPEG2 支持5個音頻信道，共同實現一種「環繞」立體聲效果，以便獲得更為逼真的立體 聲。這5個信道分別是左信道(L)、右信道(R)、中央信道(C)、左後環繞信道(Ls)和右後環 繞信道(Rs)。這種情況下，在前面布置3個高音音箱，在後面布置2個，因此也可稱為3/2 立體聲。如圖2所示。 圖2：MPEG2支持5個音頻信道，共同實現一種「環繞」立體聲效果 ，以便獲得更為逼真的立體聲。 在芯片上實現MPEG2音頻編碼 MPEG2 音頻編碼可以單獨或與MPEG2視頻編碼一起在硬件上實現。在後一種情況下需要增 加多路復用器或多路輸出選擇器，以進行相應的編碼或解碼；也可以采用一個編解碼器來 完成兩個功能。通常MPEG2音頻編碼是通過DSP來實現的，這種方案成本更低而且更為靈活 。MPEG2音頻解碼器芯片電路方塊圖如圖3所示。 許多電子設備廠商生產的MP3播放器中都有這一系統，並帶有MPEG2音頻第三層解碼器。一 些MP3播放器可存儲約1-2小時的音樂，這種情況下通常存儲在記憶棒或閃存中。帶有硬盤 的播放器則可存儲更多信息。圖3：MPEG2音頻解碼器芯片電路方塊圖。 如果要同時實現MPEG2音頻和視頻編碼，則兩種數據流的多路復用是一個關鍵問題。可以 在同一塊芯片上進行音頻和視頻信號編碼，也可以采用另一塊芯片。這一過程由ITU 13818-3標准控制，可選擇使用程序流(program stream)或傳輸流(transport stream)。 在多路復用的情況下，MPEG2音頻和視頻信號共用帶寬。除了音頻和視頻信號外，數據流 中還攜帶了有關兩種信號的合成信息。這種情況下，總的比特率(也稱為系統比特率)是音 頻和視頻信號比特率以及數據頭和字節填充的總和。顯然，視頻部分占用了大部分帶寬。 當系統比特率高時，音頻信號的比特率比視頻信號或多路復用數據流的比特率低。這種情 況下，由于帶寬十分丰富，因此用戶可對音頻流的各種參數進行設置以獲得最佳的聲音質 量。然而，如果比特率較低，情況就不太一樣。如果音頻部分稍稍浪費一些帶寬，視頻部 分的帶寬便會不夠用。最後解析出來的視頻質量便會嚴重受損。這種情況下應小心設置 MPEG2 音頻參數。如將「音頻PES調節」關閉，音頻比特率也應該降低到192kbps或甚至 128kbps。這些設置對改善MPEG2信息流解析質量十分有效。 --

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