多格式数字音频播放机剖析

内容简述：MP3 播放机技术正开始流行。我们应该了解这种新一代便携式播放机，它兼容多种音频压缩格式，如AAC、ePAC、WMA、Qdesign和AC3 等。
最近人们对MP3 编码歌曲和播放机的兴趣表明音乐公司的业务模式正在快速发展和变
革，其变革的动力是日益普及的互联网和电子商务。MP3 和其它音频压缩格式，比如AAC、ePAC、WMA、Qdesign 和AC3 以及数字版权管理，这些将用来保证音乐内容提供者的权益，并保护其音乐曲目不被盗版。我们注意到MP3 是基于MPEG1 的Layer3 音频标准
(MPEG 1 Layer 3)；AAC 为先进音频编码标准(Advance Audio Coding，MPEG2 音频标准的一部分)；QDMC 为Qdesign 的音乐编解码标准(Qdesign's Music CODEC)；EPAC 为Lucent的增强知觉音频编码(Enhanced Perceptual Audio Coder)，WMA 为微软的Windows 媒体音频标准(Windows Media Audio)。
本文包含两部分。第一部分介绍了目前市场上几种主要的音频压缩技术。第二部分描述
了播放机的硬件，并讨论了安全数字音乐倡导者联盟(SDMI)所提出的数字版权管理(DRM)建议。
解码器基础
目前市面上流行许多人类听觉系统编码算法，它们达到了10 至12 倍压缩比，并保持了
CD 音质。这些编码器采用了知觉编码、频域编码、窗口切换和动态比特分配四种关键技术来消除原始音频数据的冗余和无关的内容。
知觉编码
知觉编码是通过消除与人类听觉系统的无关数据来完成压缩。人的耳朵可看成是一种带
通滤波器，其带宽从50Hz 到5kHz。带内的听觉系统会表现出某些屏蔽特性，这种特性可
用于数据压缩。当有一个强声音信号(屏蔽者)时，而同时又出现相对较弱的信号(被屏蔽者)，并且两者在频域上很接近时，人耳将听不到后者。如果两者只是在相近的不同频带内，这种屏蔽效应将大大减弱。根据经验可以得出一个屏蔽门限(图1)。振幅值在门限以下的信号将听不到，所以可以去除而不会影响声音质量。画线表示“静音门限”，即使没有任何强信号屏蔽，小于静音门限的声音也将无法听到，换句话讲，这些声音也可以去除。我们同样注意到低频范围的屏蔽门限比高频的斜率更大，也就是说，高频信号比低频信号更容易屏蔽。另一种屏蔽现象为“时域屏蔽”，这种现象为当一个强信号出现的前后时刻，也出现一个较弱的信号时，后者也会被屏蔽。然而，前向屏蔽(被屏蔽者在前)的有效时间范围要远小于后向屏蔽(屏蔽者在前)的范围。还有另外一种方法称为“噪频域编码一种有效的消除冗余数据的方法是将通常有很强相关性的时域数据变换到各元素几乎不相关的域内。经常采用频率变换，产生一组相互几乎无关的频谱元素来去除数据的冗余内容。这样做的结果是其数据结构开创了设计压缩算法的崭新方法，因为人类对声音的感知与其频率有关。根据所需的频率分辨率，可以采用变换编码或子带(subband)编码。