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各種音頻編碼方式的比對

PCM編碼(原始數(shù)字音頻信號流)
類型：Audio
制定者：ITU-T
所需頻寬：1411.2 Kbps
特性：音源信息完整，但冗余度過大
優(yōu)點：音源信息保存完整,音質(zhì)好
缺點：信息量大，體積大，冗余度過大
應(yīng)用領(lǐng)域：voip
版稅方式：Free
備注：在計算機(jī)應(yīng)用中，能夠達(dá)到最高保真水平的就是PCM編碼，被廣泛用于素材保存及音樂欣賞，CD、DVD以及我們常見的WAV文件中均有應(yīng)用。因此，PCM約定俗成了無損編碼，因為PCM代表了數(shù)字音頻中最佳的保真水準(zhǔn)，并不意味著PCM就能夠確保信號絕對保真，PCM也只能做到最大程度的無限接近。要算一個PCM音頻流的碼率是一件很輕松的事情，采樣率值×采樣大小值×聲道數(shù)bps。一個采樣率為44.1KHz，采樣大小為16bit，雙聲道的PCM編碼的WAV文件，它的數(shù)據(jù)速率則為 44.1K×16×2 =1411.2Kbps。我們常見的Audio CD就采用了PCM編碼，一張光盤的容量只能容納72分鐘的音樂信息。

WMA(Windows Media Audio)
類型：Audio
制定者：微軟公司
所需頻寬：320～112kbps（壓縮10～12倍）
特性：當(dāng)Bitrate小于128K時，WMA幾乎在同級別的所有有損編碼格式中表現(xiàn)得最出色，但似乎128k是WMA一個檻，當(dāng)Bitrate再往上提升時，不會有太多的音質(zhì)改變。
優(yōu)點：當(dāng)Bitrate小于128K時，WMA最為出色且編碼后得到的音頻文件很小。
缺點：當(dāng)Bitrate大于128K時，WMA音質(zhì)損失過大。WMA標(biāo)準(zhǔn)不開放，由微軟掌握。
應(yīng)用領(lǐng)域：voip
版稅方式：按個收取
備注：WMA的全稱是Windows Media Audio，它是微軟公司推出的與MP3格式齊名的一種新的音頻格式。由于WMA在壓縮比和音質(zhì)方面都超過了MP3，更是遠(yuǎn)勝于RA(Real Audio)，即使在較低的采樣頻率下也能產(chǎn)生較好的音質(zhì)，再加上WMA有微軟的Windows Media Player做其強(qiáng)大的后盾，所以一經(jīng)推出就贏得一片喝彩。

ADPCM( 自適應(yīng)差分PCM)
類型：Audio
制定者：ITU-T
所需頻寬：32Kbps
特性：ADPCM(adaptive difference pulse code modulation)綜合了APCM的自適應(yīng)特性和DPCM系統(tǒng)的差分特性，是一種性能比較好的波形編碼。
它的核心想法是：
①利用自適應(yīng)的思想改變量化階的大小，即使用小的量化階(step-size)去編碼小的差值，使用大的量化階去編碼大的差值；
②使用過去的樣本值估算下一個輸入樣本的預(yù)測值，使實際樣本值和預(yù)測值之間的差值總是最小。
優(yōu)點：算法復(fù)雜度低，壓縮比小（CD音質(zhì)>400kbps），編解碼延時最短（相對其它技術(shù)）
缺點：聲音質(zhì)量一般
應(yīng)用領(lǐng)域：voip
版稅方式：Free
備注：ADPCM (ADPCM Adaptive Differential Pulse Code Modulation), 是一種針對16bit (或者更高?) 聲音波形數(shù)據(jù)的一種有損壓縮算法, 它將聲音流中每次采樣的 16bit 數(shù)據(jù)以 4bit 存儲, 所以壓縮比 1:4而壓縮/解壓縮算法非常的簡單, 所以是一種低空間消耗,高質(zhì)量聲音獲得的好途徑。

LPC(Linear Predictive Coding，線性預(yù)測編碼)
類型：Audio
制定者：
所需頻寬：2Kbps-4.8Kbps
特性：壓縮比大，計算量大，音質(zhì)不高，廉價
優(yōu)點：壓縮比大,廉價
缺點：計算量大，語音質(zhì)量不是很好，自然度較低
應(yīng)用領(lǐng)域：voip
版稅方式：Free
備注：參數(shù)編碼又稱為聲源編碼，是將信源信號在頻率域或其它正交變換域提取特征參數(shù)，并將其變換成數(shù)字代碼進(jìn)行傳輸。譯碼為其反過程，將收到的數(shù)字序列經(jīng)變換恢復(fù)特征參量，再根據(jù)特征參量重建語音信號。具體說，參數(shù)編碼是通過對語音信號特征參數(shù)的提取和編碼，力圖使重建語音信號具有盡可能高的準(zhǔn)確性，但重建信號的波形同原語音信號的波形可能會有相當(dāng)大的差別。如：線性預(yù)測編碼（LPC）及其它各種改進(jìn)型都屬于參數(shù)編碼。該編碼比特率可壓縮到2Kbit/s-4.8Kbit/s，甚至更低，但語音質(zhì)量只能達(dá)到中等，特別是自然度較低。

CELP(Code Excited Linear Prediction碼激勵線性預(yù)測編碼)
類型：Audio
制定者：歐洲通信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會（ETSI）
所需頻寬：4～16Kbps的速率
特性：改善語音的質(zhì)量：
① 對誤差信號進(jìn)行感覺加權(quán)，利用人類聽覺的掩蔽特性來提高語音的主觀質(zhì)量；
②用分?jǐn)?shù)延遲改進(jìn)基音預(yù)測，使?jié)嵋舻谋磉_(dá)更為準(zhǔn)確，尤其改善了女性語音的質(zhì)量；
③ 使用修正的MSPE準(zhǔn)則來尋找 “最佳”的延遲，使得基音周期延遲的外形更為平滑；
④根據(jù)長時預(yù)測的效率，調(diào)整隨機(jī)激勵矢量的大小，提高語音的主觀質(zhì)量；
⑤ 使用基于信道錯誤率估計的自適應(yīng)平滑器，在信道誤碼率較高的情況下也能合成自然度較高的語音。
結(jié)論：
① CELP算法在低速率編碼環(huán)境下可以得到令人滿意的壓縮效果；
②使用快速算法，可以有效地降低CELP算法的復(fù)雜度，使它完全可以實時地實現(xiàn)；
③CELP可以成功地對各種不同類型的語音信號進(jìn)行編碼，這種適應(yīng)性對于真實環(huán)境，尤其是背景噪聲存在時更為重要。
優(yōu)點：用很低的帶寬提供了較清晰的語音
缺點：-
應(yīng)用領(lǐng)域：voip
版稅方式：Free
備注：1999年歐洲通信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會（ETSI）推出了基于碼激勵線性預(yù)測編碼（CELP）的第三代移動通信語音編碼標(biāo)準(zhǔn)自適應(yīng)多速率語音編碼器（AMR），其中最低速率為4.75kb/s，達(dá)到通信質(zhì)量。CELP碼激勵線性預(yù)測編碼是Code Excited Linear Prediction的縮寫。CELP是近10年來最成功的語音編碼算法。CELP語音編碼算法用線性預(yù)測提取聲道參數(shù)，用一個包含許多典型的激勵矢量的碼本作為激勵參數(shù)，每次編碼時都在這個碼本中搜索一個最佳的激勵矢量，這個激勵矢量的編碼值就是這個序列的碼本中的序號。
CELP已經(jīng)被許多語音編碼標(biāo)準(zhǔn)所采用，美國聯(lián)邦標(biāo)準(zhǔn)FS1016就是采用CELP的編碼方法，主要用于高質(zhì)量的窄帶語音保密通信。CELP(Code-Excited Linear Prediction) 這是一個簡化的 LPC 算法，以其低比特率著稱(4800-9600Kbps)，具有很清晰的語音品質(zhì)和很高的背景噪音免疫性。CELP是一種在中低速率上廣泛使用的語音壓縮編碼方案。

MPEG-1 audio layer 1
類型：Audio
制定者：MPEG
所需頻寬：384kbps（壓縮4倍）
特性：編碼簡單，用于數(shù)字盒式錄音磁帶，2聲道，VCD中使用的音頻壓縮方案就是MPEG-1層Ⅰ。
優(yōu)點：壓縮方式相對時域壓縮技術(shù)而言要復(fù)雜得多，同時編碼效率、聲音質(zhì)量也大幅提高，編碼延時相應(yīng)增加。可以達(dá)到“完全透明”的聲音質(zhì)量（EBU音質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)）
缺點：頻寬要求較高
應(yīng)用領(lǐng)域：voip
版稅方式：Free
備注：MPEG-1聲音壓縮編碼是國際上第一個高保真聲音數(shù)據(jù)壓縮的國際標(biāo)準(zhǔn)，它分為三個層次：
--層1(Layer 1)：編碼簡單，用于數(shù)字盒式錄音磁帶
--層2(Layer 2)：算法復(fù)雜度中等，用于數(shù)字音頻廣播(DAB)和VCD等
--層3(Layer 3)：編碼復(fù)雜，用于互聯(lián)網(wǎng)上的高質(zhì)量聲音的傳輸，如MP3音樂壓縮10倍

MUSICAM(MPEG-1 audio layer 2,即MP2)
類型：Audio
制定者：MPEG
所需頻寬：256～192kbps（壓縮6～8倍）
特性：算法復(fù)雜度中等，用于數(shù)字音頻廣播(DAB)和VCD等，2聲道，而MUSICAM由于其適當(dāng)?shù)膹?fù)雜程度和優(yōu)秀的聲音質(zhì)量，在數(shù)字演播室、DAB、DVB等數(shù)字節(jié)目的制作、交換、存儲、傳送中得到廣泛應(yīng)用。
優(yōu)點：壓縮方式相對時域壓縮技術(shù)而言要復(fù)雜得多，同時編碼效率、聲音質(zhì)量也大幅提高，編碼延時相應(yīng)增加。可以達(dá)到“完全透明”的聲音質(zhì)量（EBU音質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)）
缺點：
應(yīng)用領(lǐng)域：voip
版稅方式：Free
備注：同MPEG-1 audio layer 1

MP3(MPEG-1 audio layer 3)
類型：Audio
制定者：MPEG
所需頻寬：128～112kbps（壓縮10～12倍）
特性：編碼復(fù)雜，用于互聯(lián)網(wǎng)上的高質(zhì)量聲音的傳輸，如MP3音樂壓縮10倍，2聲道。MP3是在綜合MUSICAM和ASPEC的優(yōu)點的基礎(chǔ)上提出的混合壓縮技術(shù)，在當(dāng)時的技術(shù)條件下，MP3的復(fù)雜度顯得相對較高，編碼不利于實時，但由于MP3在低碼率條件下高水準(zhǔn)的聲音質(zhì)量，使得它成為軟解壓及網(wǎng)絡(luò)廣播的寵兒。
優(yōu)點：壓縮比高，適合用于互聯(lián)網(wǎng)上的傳播
缺點：MP3在128KBitrate及以下時，會出現(xiàn)明顯的高頻丟失
應(yīng)用領(lǐng)域：voip
版稅方式：Free
備注：同MPEG-1 audio layer 1

MPEG-2 audio layer
類型：Audio
制定者：MPEG
所需頻寬：與MPEG-1層1，層2，層3相同
特性：MPEG-2的聲音壓縮編碼采用與MPEG-1聲音相同的編譯碼器，層1、層2和層3的結(jié)構(gòu)也相同，但它能支持5.1聲道和7.1聲道的環(huán)繞立體聲。
優(yōu)點：支持5.1聲道和7.1聲道的環(huán)繞立體聲
缺點：-
應(yīng)用領(lǐng)域：voip
版稅方式：按個收取
備注：MPEG-2的聲音壓縮編碼采用與MPEG-1聲音相同的編譯碼器，層1、層2和層3的結(jié)構(gòu)也相同，但它能支持5.1聲道和7.1聲道的環(huán)繞立體聲。

AAC(Advanced Audio Coding ，先進(jìn)音頻編碼)
類型：Audio
制定者：MPEG
所需頻寬：96-128 kbps
特性：AAC可以支持1到48路之間任意數(shù)目的音頻聲道組合、包括15路低頻效果聲道、配音/多語音聲道，以及15路數(shù)據(jù)。它可同時傳送16套節(jié)目，每套節(jié)目的音頻及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可任意規(guī)定。
AAC主要可能的應(yīng)用范圍集中在因特網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)傳播、數(shù)字音頻廣播，包括衛(wèi)星直播和數(shù)字AM、以及數(shù)字電視及影院系統(tǒng)等方面。AAC使用了一種非常靈活的熵編碼核心去傳輸編碼頻譜數(shù)據(jù)。具有48個主要音頻通道，16 個低頻增強(qiáng)通道，16 個集成數(shù)據(jù)流, 16 個配音，16 種編排。
優(yōu)點：支持多種音頻聲道組合，提供優(yōu)質(zhì)的音質(zhì)
缺點：-
應(yīng)用領(lǐng)域：voip
版稅方式：一次性收費
備注：AAC于1997年形成國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 13818-7。先進(jìn)音頻編碼（Advanced Audio Coding--AAC）開發(fā)成功，成為繼MPEG-2音頻標(biāo)準(zhǔn)（ISO/IEC13818-3）之后的新一代音頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)。
在MPEG-2制訂的早期，本來是想將其音頻編碼部分保持與MPEG-1兼容的。但后來為了適應(yīng)演播電視的要求而將其定義成為一個可以獲得更高質(zhì)量的多聲道音頻標(biāo)準(zhǔn)。理所當(dāng)然地，這個標(biāo)準(zhǔn)是不兼容MPEG-1的，因此被稱為MPEG-2AAC。換句話說，從表面上看，要制作和播放AAC，都需要使用與MP3完全不同的工具。

HR
類型：Audio
制定者：飛利浦
所需頻寬：8Kbps
特性：以增加GSM網(wǎng)絡(luò)容量為目的,但是會損害語音質(zhì)量;由于現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)頻率緊缺,一些大的運營商已經(jīng)在大城市密集地帶開通此方式以增加容量。
優(yōu)點：系統(tǒng)容量大
缺點：語音質(zhì)量差
應(yīng)用領(lǐng)域：GSM
版稅方式：按個收費
備注：HR半速率,是一種GSM語音編碼方式。

FR
類型：Audio
制定者：飛利浦
所需頻寬：13Kbps
特性：是一般的GSM手機(jī)的通信編碼方式,可以獲得達(dá)到4.1左右Qos的語音通信質(zhì)量(國際電聯(lián)規(guī)定語音通信質(zhì)量Qos滿分為5)
優(yōu)點：語音質(zhì)量得到了提高
缺點：系統(tǒng)容量降低
應(yīng)用領(lǐng)域：GSM
版稅方式：按個收費
備注：FR全速率，是一種GSM語音編碼方式

EFR
類型：Audio
制定者：飛利浦
所需頻寬：13Kbps
特性：用于GSM手機(jī)基于全速率13Kbps的語音編碼和發(fā)送,可以獲得更好更清晰的語音質(zhì)量(接近Qos4.7)需要網(wǎng)絡(luò)服務(wù)商開通此項網(wǎng)絡(luò)功能，手機(jī)才能配合實現(xiàn)。
優(yōu)點：音質(zhì)好
缺點：需要網(wǎng)絡(luò)服務(wù)商開通此項網(wǎng)絡(luò)功能，且系統(tǒng)容量降低
應(yīng)用領(lǐng)域：GSM
版稅方式：按個收費
備注：EFR增強(qiáng)型全速率,一種GSM網(wǎng)絡(luò)語音的編碼方式。

GSM-AMR(Adaptive Multi-Rate)
類型：Audio
制定者：飛利浦
所需頻寬：8Kbps(4.75 Kbps~12.2 Kbps)
特性：可以對語音進(jìn)行替換和消音，平滑噪音，支持間斷式傳輸，對語音進(jìn)行動態(tài)偵查。能在各種網(wǎng)絡(luò)條件下提供優(yōu)質(zhì)的語音效果。
優(yōu)點：音質(zhì)出色
缺點：-
應(yīng)用領(lǐng)域：GSM
版稅方式：按個收費
備注：GSM-ASM是一種廣泛使用在GPRS和W-CDMA網(wǎng)絡(luò)上的音頻標(biāo)準(zhǔn)。在規(guī)范ETSI GSM06.90中對GSM-AMR進(jìn)行了定義。AMR語音編碼是GSM2+和WCDMA的默認(rèn)編碼標(biāo)準(zhǔn)，是第三代無線通訊系統(tǒng)的語音編碼標(biāo)準(zhǔn)。GSM-AMR標(biāo)準(zhǔn)基于ACELP（代數(shù)激勵線性預(yù)測）編碼。它能在廣泛的傳輸條件下提供高品質(zhì)的語音效果。

EVRC(Enhanced Variable Rate Coder，增強(qiáng)型可變速率編碼器)
類型：Audio
制定者：美國Qualcomm通信公司(即高通)
所需頻寬：8Kbps或13Kbps
特性：支持三種碼率（9.6 Kbps, 4.8 Kbps 和 1.2 Kbps），噪聲抑制，郵件過濾。能在各種網(wǎng)絡(luò)條件下提供優(yōu)質(zhì)的語音效果。
優(yōu)點：音質(zhì)出色
缺點：-
應(yīng)用領(lǐng)域：CDMA
版稅方式：按個收費
備注：EVRC編碼廣泛使用于CDMA網(wǎng)絡(luò)。EVRC標(biāo)準(zhǔn)遵循規(guī)范TIA IS-127的內(nèi)容。EVRC編碼基于RCELP（松弛碼激勵線性預(yù)測）標(biāo)準(zhǔn)。該編碼可以以Rate 1（171bits/packet），Rate1/2（80bits/packet）或是Rate1/8（16bits/packet）的容量進(jìn)行操作。在要求下，它也能產(chǎn)生空包（0bits/packet）。

QCELP(QualComm Code Excited Linear Predictive，受激線性預(yù)測編碼)
類型：Audio
制定者：美國Qualcomm通信公司(即高通)
所需頻寬：8k的語音編碼算法(可工作于4/4.8/8/9.6Kbps等固定速率上，而且可變速率地工作于800Kbps～9600Kbps之間)
特性：使用適當(dāng)?shù)拈T限值來決定所需速率。QCELP是一種8k的語音編碼算法(可以在8k的速率下提供接近13k的話音壓縮質(zhì)量)。這是一種可變速率話音編碼，根據(jù)人的說話特性（大家應(yīng)該能夠體會我們?nèi)粘５臏贤ê徒涣鲿r并不是一直保持某種恒定的方式講話，有間斷、有不同的聲音頻率等都是人的自然表達(dá)）而采取的一種優(yōu)化技術(shù)。
優(yōu)點：話音清晰、背景噪聲小，系統(tǒng)容量大
缺點：不是Free
應(yīng)用領(lǐng)域：CDMA
版稅方式：每年支付一筆使用權(quán)費用
備注：QCELP，即Qualcomm Code Excited Linear Predictive（Qualcomm受激線性預(yù)測編碼）。美國Qualcomm通信公司的專利語音編碼算法，是北美第二代數(shù)字移動電話（CDMA）的語音編碼標(biāo)準(zhǔn)（IS95）。這種算法不僅可工作于4/4.8/8/9.6kbit／s等固定速率上，而且可變速率地工作于800bit／s～9600bit／s之間。QCELP算法被認(rèn)為是到目前為止效率最高的一種算法，它的主要特點之一，是使用適當(dāng)?shù)拈T限值來決定所需速率。門限值隨背景噪聲電平變化而變化，這樣就抑制了背景噪聲，使得即使在喧鬧的環(huán)境中，也能得到良好的話音質(zhì)量，CDMA8Kbit/s的話音近似GSM 13Mbit/s的話音。CDMA采用QCELP編碼等一系列技術(shù)，具有話音清晰、背景噪聲小等優(yōu)勢，其性能明顯優(yōu)于其他無線移動通信系統(tǒng)，語音質(zhì)量可以與有線電話媲美。無線輻射低。

posted on 2009-05-27 15:55 大龍閱讀(5223) 評論(0) 編輯收藏引用

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