数据压缩实验六--MPEG音频编码

MPEG-1 Audio LayerII编码器原理

MPEG-I 心理声学模型

通过子带分析滤波器组使信号具有高的时间分辨率，确保在短暂冲击信号情况下，编码的声音信号具有足够高的质量又可以使信号通过FFT运算具有高的频率分辨率，因为掩蔽阈值是从功率谱密度推出来的。在低频子带中，为了保护音调和共振峰的结构，就要求用较小的量化阶、较多的量化级数，即分配较多的位数来表示样本值。而话音中的摩擦音和类似噪声的声音，通常出现在高频子带中，对它分配较少的位数

比例因子的取值和编码

对各个子带每12个样点进行一次比例因子计算。先定出12个 样点中绝对值的最大值。查比例因子表中比这个最大值大的 最小值作为比例因子。用6比特表示。 
- 第2层的一帧对应36个子带样值，是第1层的三倍，原 则上要传三个比例因子。为了降低比例因子的传输码率， 采用了利用人耳时域掩蔽特性的编码策略。 
- 每帧中每个子带的三个比例因子被一起考虑，划分成 特定的几种模式。根据这些模式，1个、2个或3个比例因 子和比例因子选择信息（每子带2比特）一起被传送。如 果一个比例因子和下一个只有很小的差别，就只传送大 的一个，这种情况对于稳态信号经常出现。 
- 使用这一算法后，和第1层相比，第2层传输的比例因 子平均减少了2个，即传输码率由22.5Kb/s降低到了 7.5Kb/s。

比特分配及编码

在调整到固定的码率之前 
- 先确定可用于样值编码的有效比特数 
- 这个数值取决于比例因子、比例因子选择信息、比特分配信息 以及辅助数据所需比特数 
比特分配的过程 ： 
- 对每个子带计算掩蔽-噪声比MNR，是信噪比SNR – 信掩比 SMR，即：MNR = SNR – SMR。 
- 使整个一帧和每个子带的总噪声-掩蔽比最 小。这是一个循环过程，每一次循环使获益 最大的子带的量化级别增加一级，当然所用 比特数不能超过一帧所能提供的最大数目 。 
- 第1层一帧用4比特给每个子带的比特分配信 息编码；而第2层只在低频段用4比特，高频 段则用2比特。 

代码

m2aenc.c

 FILE *output_txt;  char temp[50] = "frame_info.txt";  output_txt = fopen(temp, "w");  if (output_txt == NULL)      printf("Creating output txt file failed.\n");......scale_factor_calc (*sb_sample, scalar, nch, frame.sblimit);    pick_scale (scalar, &frame, max_sc);    //add by susu    int sb,gr,ch;    if (frameNum == 200)    {        fprintf(output_txt, "sampling rate=%d kHz. \nbit rate=%d kbps.\n ",            header.sampling_frequency,bitrate[header.version][header.bitrate_index]);        fprintf(output_txt, "\nOutput the %d th frame.\n", frameNum);        fprintf(output_txt, "available bits number=%d\n", adb);        fprintf(output_txt, "\nScale_Factor:\n");        for (ch = 0; ch < nch; ch++)        {            fprintf(output_txt, "channel[%d] \n", ch + 1);            for (sb = 0; sb < frame.sblimit; sb++)            {                fprintf(output_txt, "subband[%d]:    ", sb + 1);                for (gr = 0; gr < 3; gr++)                {                    fprintf(output_txt, "%d\t", scalar[ch][gr][sb]);                }                fprintf(output_txt, "\n");            }        }    }    //end ...... transmission_pattern (scalar, scfsi, &frame);    main_bit_allocation (smr, scfsi, bit_alloc, &adb, &frame, &glopts);    //add by susu    if (frameNum == 200)    {        fprintf(output_txt, "\nBits_Allocation:\n");        int ch, sb;        for (ch = 0; ch < nch; ch++)        {            fprintf(output_txt, "channel[%d] \n", ch + 1);            for (sb = 0; sb < frame.sblimit; sb++)            {                fprintf(output_txt, "subband[%d]:%d\n", sb, bit_alloc[ch][sb]);            }        }    }    //end

实验结果