多媒体技术 音频编码基础和标准

1、媒体和多媒体媒体（Media）是人与人之间实现信息交流的中介，简单地说，就是信息的载体，也称为媒介。

多媒体就是多重媒体的意思，可以理解为直接作用于人感官的文字、图形、图像、动画、声音和视频等各种媒体的统称，即多种信息载体的表现形式和传递方式。

其实在传播学中，使用媒价来表示传递信息的手段、方式或载体，用媒体来表示传播活动的组织、机构或人员，但人们在计算机中已经约定俗成的使用多媒体来表示信息的手段、方式或载体，比如视频，音频等。

2、多媒体的特点：（1）集成性能够对信息进行多通道统一获取、存储、组织与合成。

（2）控制性多媒体技术是以计算机为中心，综合处理和控制多媒体信息，并按人的要求以多种媒体形式表现出来，同时作用于人的多种感官。

（3）交互性交互性是多媒体应用有别于传统信息交流媒体的主要特点之一。

传统信息交流媒体只能单向地、被动地传播信息，而多媒体技术则可以实现人对信息的主动选择和控制。

（4）非线性多媒体技术的非线性特点将改变人们传统循序性的读写模式。

以往人们读写方式大都采用章、节、页的框架，循序渐进地获取知识，而多媒体技术将借助超文本链接（Hyper Text Link）或其他方法，把内容以一种更灵活、更具变化的方式呈现给读者。

（5）实时性当用户给出操作命令时，相应的多媒体信息都能够得到实时控制。

（6）信息使用的方便性用户可以按照自己的需要、兴趣、任务要求、偏爱和认知特点来使用信息，任取图、文、声等信息表现形式。

（7）信息结构的动态性“多媒体是一部永远读不完的书”，用户可以按照自己的目的和认知特征重新组织信息，增加、删除或修改节点，重新建立链。

3、多媒体系统的组成多媒体硬件系统、多媒体操作系统、媒体处理系统工具和用户应用软件。

（1）多媒体硬件系统：包括计算机硬件、声音/视频处理器、多种媒体输入/输出设备及信号转换装置、通信传输设备及接口装置等。

其中，最重要的是根据多媒体技术标准而研制生成的多媒体信息处理芯片和板卡、光盘驱动器等。

常见的音频编码标准在自然界中人类能够听到的所有声音都称之为音频，它可能包括噪音、声音被录制下来以后，无论是说话声、歌声、乐器都可以通过数字音乐软件处理。

把它制作成CD，这时候所有的声音没有改变，因为CD本来就是音频文件的一种类型。

而音频只是储存在计算机里的声音。

演讲和音乐，如果有计算机加上相应的音频卡，我们可以把所有的声音录制下来，声音的声学特性，音的高低都可以用计算机硬盘文件的方式储存下来。

反过来，我们也可以把储存下来的音频文件通过一定的音频程序播放，还原以前录下的声音。

自然界中的声音非常复杂，波形极其复杂，通常我们采用的是脉冲代码调制编码，即PCM编码。

PCM通过抽样、量化、编码三个步骤将连续变化的模拟信号转换为数字编码。

然而，3G网络带来了移动多媒体业务的蓬勃发展，视频、音频编解码标准是多媒体应用的基础性标准，但其种类较多，有繁花渐欲迷人眼之感。

那么常见的编码技术就是我们必须知道的，下面我们介绍一下最常见的编码技术。

1.PCMPCM 脉冲编码调制是Pulse Code Modulation的缩写。

PCM编码的最大的优点就是音质好，最大的缺点就是体积大。

我们常见的Audio CD就采用了PCM编码，一张光盘的容量只能容纳72分钟的音乐信息。

2.W A VWA V是Microsoft Windows本身提供的音频格式，由于Windows本身的影响力，这个格式已经成为了事实上的通用音频格式。

实际上是Apple电脑的AIFF格式的克隆。

通常我们使用W A V格式都是用来保存一些没有压缩的音频，但实际上W A V格式的设计是非常灵活（非常复杂）的，该格式本身与任何媒体数据都不冲突，换句话说，只要有软件支持，你甚至可以在W A V格式里面存放图像。

之所以能这样，是因为W A V文件里面存放的每一块数据都有自己独立的标识，通过这些标识可以告诉用户究竟这是什么数据。

在WINDOWS 平台上通过ACM（Audio Compression Manager）结构及相应的驱动程序（通常称为CODEC，编码/解码器），可以在W A V文件中存放超过20种的压缩格式，比如ADPCM、GSM、CCITT G.711、G.723等等，当然也包括MP3格式。

多媒体技术视频与编码标准多媒体技术是指以数字技术作为基础，通过图像、声音、视频等多种媒体形式的集成展示方式。

而编码标准则是为了在传输和存储过程中将多媒体数据进行压缩和解压缩的一种方法。

多媒体技术在现代社会中的应用非常广泛，从电视广播、电影制作到在线视频、游戏、虚拟现实等领域，都离不开多媒体技术的支持。

而编码标准则起到了优化多媒体数据传输和存储的作用，使得多媒体内容能够以更高效、更稳定的方式呈现给用户。

目前，常用的视频编码标准包括MPEG-2、H.264/AVC和HEVC（H.265）。

MPEG-2是最早的数字视频编码标准之一，广泛应用于DVD和数字电视广播。

H.264/AVC是当前最主流的视频编码标准，被广泛应用于在线视频平台和高清电视广播。

而HEVC是最新的视频编码标准，相较于H.264/AVC，具有更好的压缩性能，能够提供更高质量的视频内容。

在多媒体技术中，音频编码标准也是不可或缺的一部分。

常见的音频编码标准包括MP3、AAC和Opus。

MP3是最早流行起来的音频编码标准，它能够在较小的文件大小下保持相对较高的音质。

AAC是一种高级音频编码标准，通常用于音乐和音频流媒体传输。

而Opus是一种适用于各种应用领域的新一代开放式音频编码标准，具有较高的音质和较低的延迟。

在多媒体技术中，还有许多其他编码标准被应用于图像、文字和其他类型的多媒体数据。

例如，JPEG是一种常用的图像编码标准，用于压缩静态图像。

MP4、AVI等是常用的多媒体容器格式，可以包含视频、音频和文本等不同类型的多媒体数据。

总结来说，多媒体技术与编码标准密不可分。

多媒体技术通过利用编码标准对多媒体数据进行压缩和解压缩，实现了高效的传输和存储。

随着技术的不断进步，多媒体技术和编码标准也在不断发展，为用户提供更好的观看和体验体验。

多媒体技术的发展已经成为现代社会不可或缺的一部分。

从电影到电视广播，从网络直播到游戏，多媒体技术为人们提供了丰富多样的视听娱乐体验。

mpeg4编码标准MPEG-4编码标准。

MPEG-4是一种数字多媒体压缩标准，它被广泛应用于视频编码、音频编码以及交互式多媒体等领域。

MPEG-4编码标准的出现，极大地推动了数字多媒体技术的发展，为人们提供了更高效、更便捷的多媒体传输和存储方案。

本文将对MPEG-4编码标准进行详细介绍，包括其技术特点、应用领域以及未来发展趋势。

MPEG-4编码标准采用了一系列先进的压缩技术，包括运动补偿、变换编码、熵编码等，这些技术的应用使得MPEG-4能够在保证视频质量的前提下，实现更高效的压缩比。

与此同时，MPEG-4还支持多种多媒体对象的编码和交互式操作，使得用户可以根据自己的需求对多媒体内容进行个性化的处理和展示。

这种灵活的编码方式为数字多媒体的应用带来了更多的可能性，同时也为用户带来了更丰富的多媒体体验。

在应用领域上，MPEG-4编码标准被广泛应用于视频会议、流媒体传输、数字电视等领域。

其高效的压缩性能和灵活的对象编码方式，使得MPEG-4成为了数字多媒体传输的理想选择。

在移动互联网时代，MPEG-4更是成为了移动多媒体应用的重要基础，支持了诸如视频通话、移动电视、移动广告等新型多媒体应用的快速发展。

随着5G技术的到来，MPEG-4编码标准将迎来新的发展机遇。

5G的高带宽、低时延特性，为多媒体内容的高清传输和实时交互提供了更好的条件，而MPEG-4作为一种高效的多媒体压缩标准，将能够更好地支持5G时代的多媒体应用。

未来，MPEG-4有望在虚拟现实、增强现实等新兴多媒体技术领域发挥重要作用，为人们带来更加丰富、真实的多媒体体验。

综上所述，MPEG-4编码标准以其高效的压缩性能、灵活的对象编码方式和广泛的应用领域，成为了数字多媒体领域的重要技术标准。

随着移动互联网和5G技术的快速发展，MPEG-4有望在未来发挥更加重要的作用，为人们带来更丰富、更真实的多媒体体验。

语音频编码标准及发展趋势黎家力1 概述本文首先介绍了语音编码和音频编码的基本概念及其之间的关系。

然后详细介绍了当前国内外各标准化组织开展语音频编码标准研究的最新进展，其中重点分析了ITU-T和MPEG两个标准化组织在该领域的标准化情况。

最后通过总结展望了语音频编码标准的发展趋势。

语音频编码标准是指对语音和音频信号进行信源压缩所采用的标准算法，压缩的目的是为了节省传输带宽或者存储空间。

从信源的角度来分，分为语音和音频。

通常将人耳可以听到的频率在20Hz到20kHz的声波称为音频信号。

音频包括音乐、自然产生的声音（如风声、雨声、鸟叫声、机器声等）、彩铃声等。

人的发音器官发出的声音频段在80Hz到3400Hz之间，人说话的信号频率在300Hz到3000Hz，人们通常将该频段的信号称为语音信号。

语音编码标准只针对语音信号，目的在于用很高的压缩率来高效地处理语音信号；音频编码标准只针对音频信号，目的在于保持音频信号在一定的码率下尽量不失真。

语音和音频的编码标准有融合的趋势。

最新的语音编码标准可以保持对语音的高效编码，同时采用带宽扩展的方法在高码率下可以接近音频的编码质量；最新的音频编码标准使用频带复制等技术，大大降低了压缩码率，使得中低码率下的编码效率接近传统的语音编码标准。

表1 数字音频等级12 标准化组织2.1 ITU-T国际电信联盟（ITU）是世界各国政府的电信主管部门之间协调电信事务方面的一个国际组织，ITU-T是其属下的电信标准部门，负责通信相关标准的制定。

ITU-T已经标准化的语音频标准有：G.711、G.722、G.728、G.726、G.723.1、G.729、G.722.1、G.729.1等。

目前ITU-T的第16研究组（SG16）负责语音频编码相关标准的制定，其中与语音频编码相关的有Q9、Q10两个研究课题。

下面分别详细介绍：2.1.1 Q9课题组Q9课题主要讨论G.VBR的标准化。

G.VBR标准的开发分为两个部分，一个针对窄带、宽带部分的开发，另一个是针对超宽带部分的开发。

音频编码标准发展历程及压缩技术优化音频编码是指将模拟音频信号转换为数字音频信号的过程，并将该信号压缩以减小存储空间或传输带宽的技术。

随着数字音频技术的快速发展，音频编码标准也不断演进和优化。

本文将介绍音频编码标准的发展历程以及针对压缩技术的优化方法。

1. 音频编码标准发展历程1.1 PCM编码PCM（脉冲编码调制）是最早应用于音频编码的技术之一。

它将每一秒钟的音频信号切分成多个等间隔的时刻，然后将每个时刻的音频幅度量化成一个数字数值。

PCM编码简单可靠，但由于其较高的数据量，无法满足对存储空间和传输带宽的要求。

1.2 MPEG音频编码标准MPEG（Moving Picture Experts Group）是一个制定视频和音频编码标准的国际组织。

MPEG音频编码标准包括MPEG-1、MPEG-2和MPEG-4。

MPEG-1音频编码标准于1992年发布，它利用了感知编码原理，剔除了人耳听不到的音频信号，从而实现了高压缩比。

MPEG-2音频编码标准在MPEG-1的基础上进行了改进，增加了多通道音频编码功能。

MPEG-4音频编码标准则引入了更先进的压缩算法和多媒体功能。

1.3 其他音频编码标准除了MPEG音频编码标准，还有许多其他标准应用于不同领域，如AC-3（Dolby Digital）用于DVD和电视广播，AAC（Advanced Audio Coding）用于多媒体应用，FLAC（Free Lossless Audio Codec）用于无损音频压缩等。

2. 音频编码压缩技术优化2.1 感知编码感知编码是音频编码中常用的一种方法，它利用人耳对不同音频信号的听觉敏感度的不同，对音频信号进行剔除和量化，从而达到更高的压缩率。

感知编码技术基于声学模型，通过分析和模拟人耳对音频信号的感知特性，确定哪些信号对于人耳是不可察觉的，然后将这些信号从编码中排除。

2.2 预测编码预测编码是音频编码中的一种常见技术，它利用音频信号中的统计规律进行压缩。

北理工《多媒体技术》拓展资源（五）第五章数字音频和话音编码一、音频编码基础从信息保持的角度讲，只有当信源本身具有冗余度，才能对其进行压缩。

根据统计分析结果，语音信号存在着多种冗余度，其最主要部分可以分别从时域和频域来考虑。

另外，由于语音主要是给人听的，所以考虑了人的听觉机理，也能对语音信号实行压缩。

（一）时域信息的冗余度1.幅度的非均匀分布统计表明，语音中的小幅度样本比大幅度样本出现的概率要高。

又由于通话中必然会有间隙，更出现了大量的低电平样本。

此外，实际讲话信号功率电平也趋向于出现在编码范围的较低电平端。

因此，语音信号取样值的幅度分布是非均匀的。

2.样本间的相关对语音波形的分析表明，取样数据的最大相关性存在于邻近样本之间。

当取样频率为8kHz时，相邻取样值间的相关系数大于0.85；甚至在相距10个样本之间，还可有0.3左右的数量级。

如果取样速度提高，样本间的相关性将更强。

因而根据这种较强的一维相关性，利用N 阶差分编码技术，可以进行有效的数据压缩。

3.周期之间的相关语音信号虽与电视信号有许多相似之处，但其中最大的不同，是语音信号的直流分量并不占主要部分。

因为光信号是非负的，而语音信号却可正可负。

虽然语音信号需要一个电话通路提供整个300Hz-3400Hz的带宽，但在特定的瞬间，某一声音却往往只是该频带内的少数频率成分在起作用。

当声音中只存在少数几个频率时，就会像某些振荡波形一样，在周期与周期之间，存在着一定的相关性，利用语音周期之间信息冗余度的编码器，比仅仅只利用邻近样本间的相关性的编码器效果要好，但要复杂得多。

4.基音之间的相关人的说话声音通常分为两种基本类型。

第一类称为浊音(Voiced sound)，由声带振动产生，每一次振动使一股空气从肺部流进声道，激励声道的各股空气之间的间隔称为音调间隔或基音周期。

一般而言，浊音产生于发元音及发某些辅音的后面部分。

第二类称为清音(Unvoiced sound)，一般又分成摩擦音和破裂音两种情况。

有关⾳频编码的知识与技术参数会议电视常⽤⾳频协议介绍及对⽐⽩⽪书⼀、数字化⾳频原理：声⾳其实是⼀种能量波，因此也有频率和振幅的特征，频率对应于时间轴线，振幅对应于电平轴线。

通常⼈⽿可以听到的频率在20Hz到20KHz的声波称为为可听声，低于20Hz的成为次声，⾼于20KHz的为超声，多媒体技术中只研究可听声部分。

可听声中，话⾳信号的频段在80Hz到3400Hz之间，⾳乐信号的频段在20Hz-20kHz之间，语⾳（话⾳）和⾳乐是多媒体技术重点处理的对象。

由于模拟声⾳在时间上是连续的，麦克风采集的声⾳信号还需要经过数字化处理后才能由计算机处理。

通常我们采⽤PCM编码（脉冲代码调制编码），即通过采样、量化、编码三个步骤将连续变化的模拟信号转换为数字编码。

1、采样采样，就是每隔⼀段时间间隔读⼀次声⾳的幅度。

单位时间内采样的次数称为采样频率。

显然采样频率越⾼，所得到的离散幅值的数据点就越逼近于连续的模拟⾳频信号曲线，同时采样的数据量也越⼤。

为了保证数字化的⾳频能够准确(可逆)地还原成模拟⾳频进⾏输出，采样定理要求：采样频率必须⼤于等于模拟信号频谱中的最⾼频率的2倍。

常⽤的⾳频采样率有：8kHz、11.025kHz、22.05kHz、16kHz、37.8kHz、44.1kHz、48kHz。

例如:话⾳信号频率在0.3～3.4kHz范围内，⽤8kHz的抽样频率（fs），就可获得能取代原来连续话⾳信号的抽样信号，⽽⼀般CD采集采样频率为44.1kHz。

2、量化量化，就是把采样得到的声⾳信号幅度转换成数字值，⽤于表⽰信号强度。

量化精度：⽤多少个⼆进位来表⽰每⼀个采样值，也称为量化位数。

声⾳信号的量化位数⼀般是 4,6,8,12或16 bits 。

由采样频率和量化精度可以知道，相对⾃然界的信号，⾳频编码最多只能做到⽆限接近，在计算机应⽤中，能够达到最⾼保真⽔平的就是PCM编码，通常PCM约定俗成了⽆损编码。

3、编码⼀个采样率为44.1kHz，量化精度为16bit，双声道的PCM编码输出，它的数据速率则为 44.1K×16×2 =1411.2 Kbps，存储⼀秒钟需要176.4KB的空间，1分钟则约为10.34M，因此，为了降低传输或存储的费⽤，就必须对数字⾳频信号进⾏编码压缩。

电脑音频编码和解码技术随着数字化时代的到来，电子设备和计算机技术的发展，人们的生活变得越来越数字化。

音频编码和解码技术作为数字音频技术的基础，在音频传输和存储方面起着重要的作用。

本文将介绍电脑音频编码和解码技术的原理、应用和发展趋势。

一、音频编码技术音频编码是将模拟信号转换为数字信号的过程，通过对音频信号进行采样、量化和编码，将其转化为数字形式以便于储存和传输。

音频编码技术有多种不同的算法和标准，其中最常见的包括PCM编码、ADPCM编码、AAC编码和MP3编码。

1. PCM编码PCM（Pulse Code Modulation）编码是最简单和最常见的音频编码方式之一。

它通过对音频信号进行采样和量化，并用二进制表示信号的幅度值。

PCM编码具有高保真度和透明度的特点，在专业音频领域被广泛使用。

2. ADPCM编码ADPCM（Adaptive Differential Pulse Code Modulation）编码是一种适应性的差分脉冲编码方式。

它通过预测信号的差异，并将差异值进行编码，以减少数据量。

ADPCM编码可以在较低的比特率下实现较高的音质，因此在VoIP、无线通信和音频文件压缩等领域得到广泛应用。

3. AAC编码AAC（Advanced Audio Coding）编码是一种高效的音频编码标准。

它采用了一系列先进的信号处理算法和压缩技术，可以在相对较低的比特率下实现较高的音质。

由于其高压缩率和良好的音质表现，AAC 编码成为了数字音频广播和音频存储的首选编码方式。

4. MP3编码MP3（MPEG-1 Audio Layer III）编码是一种流行的音频压缩格式，它可以将音频数据压缩到较小的文件大小。

MP3编码利用了人耳对音频信号的感知特性，通过删除人耳无法察觉的信号信息来实现压缩。

然而，压缩过程会引入一定的信息损失，导致音质下降。

二、音频解码技术音频解码是将数字信号转换回模拟信号的过程，通过对数字音频信号进行解码和重构，将其还原为可听的音频信号。

数字信号处理编程：音视频编解码技术在数字信号处理的世界中，音视频编解码技术是核心之一，它不仅关乎信息的高效传输，还涉及数据的存储与再现。

随着多媒体技术的飞速发展，对音视频编解码的要求也越来越高。

本文将从基础概念入手，逐步深入到编解码技术的应用，探讨其背后的原理及编程实践。

音视频编解码技术的本质是对模拟信号进行数字化处理的过程。

编码是将模拟信号转换成数字信号的过程，而解码则是将数字信号还原成可识别的模拟信号。

这一过程涉及到采样、量化和编码三个基本步骤。

采样是按照一定频率对连续信号进行离散化处理；量化则是将采样得到的连续值映射到有限的数值集合中；最后通过编码将这些量化值转换为二进制代码。

在音视频编解码技术中，压缩是一个不可或缺的环节。

由于原始音视频数据量巨大，直接存储或传输效率低下，因此需要通过压缩算法减少数据量，同时尽可能保持音视频质量。

常见的压缩技术包括无损压缩和有损压缩两种。

无损压缩能够完整地恢复原始数据，但压缩比较低；有损压缩则牺牲一定的数据精度以获得更高的压缩比，适用于对质量要求不是极端严格的场景。

从编程实践角度来看，实现音视频编解码通常需要借助专门的库和框架。

例如，FFmpeg是一个开源的音视频处理库，支持各种音视频编解码标准，广泛应用于视频录制、转换和流媒体传输等领域。

使用FFmpeg进行编解码的基本步骤包括初始化编解码器、打开文件、读取数据包、解码数据包以及输出解码结果等。

除了FFmpeg，还有如GStreamer、AVFoundation等多种音视频处理库可供选择，它们各有特点，适应不同的开发需求和平台环境。

例如，GStreamer是一个基于管道的多媒体框架，适合处理复杂的音视频处理流程；AVFoundation则是苹果公司为iOS和macOS提供的专用框架，优化了移动设备的性能和功耗。

在实际应用中，选择合适的编解码器和压缩算法对于保证音视频质量和传输效率至关重要。

例如，H.264编码器因其高效的压缩性能和广泛的兼容性而被广泛应用于网络视频传输；而AAC音频编码则因其较高的音质和较低的比特率而在音乐分发领域受到青睐。