[科普中國]-子帶

基本原理

子帶編碼和解碼過程 所謂子帶編碼技術(shù)，是將原始信號由時間域轉(zhuǎn)變?yōu)轭l率域，然后將其分割為若干個子頻帶，并對其分別進(jìn)行數(shù)字編碼的技術(shù)。它是利用帶通濾波器(BPF)組把原始信號分割為若干(例如m個)子頻帶(簡稱子帶)。將各子帶通過等效于單邊帶調(diào)幅的調(diào)制特性，將各子帶搬移到零頻率附近，分別經(jīng)過BPF(共m個)之后，再以規(guī)定的速率(奈奎斯特速率)對各子帶輸出信號進(jìn)行取樣，并對取樣數(shù)值進(jìn)行通常的數(shù)字編碼，其設(shè)置m路數(shù)字編碼器。將各路數(shù)字編碼信號送到多路復(fù)用器，最后輸出子帶編碼數(shù)據(jù)流。 在接收端實(shí)現(xiàn)發(fā)送端的逆過程。輸入子帶編碼數(shù)據(jù)流，將各子帶信號分別送到相應(yīng)的數(shù)字解碼電路(共m個)進(jìn)行數(shù)字解調(diào)，經(jīng)過諸路低通濾波器(m路)，并重新解調(diào)，可把各子帶頻域恢復(fù)為當(dāng)初原始信號的分布狀態(tài)。最后，將各路子帶輸出信號送到同步相加器，經(jīng)過相加恢復(fù)為原始信號，該恢復(fù)的信號與原始信號十分相似。

子帶編碼的應(yīng)用子帶編碼技術(shù)具有突出的優(yōu)點(diǎn)。首先，聲音頻譜各頻率分量的幅度值各不相同，若對不同子帶分配以合適的比例系數(shù)，可以更合理地分別控制各子帶的量化電平數(shù)目和相應(yīng)的重建誤差，使碼率更精確地與各子帶的信號源特性相匹配。通常，在低頻基音附近，采用較大的比特數(shù)目來表示取樣值，而在高頻段則可分配以較小的編碼比特。其次，通過合理分配不同子帶的比特數(shù)，可控制總的重建誤差頻譜形狀，通過與聲學(xué)心理模型相結(jié)合，可將噪聲頻譜按人耳主觀噪聲感知特性來形成。于是，利用人耳聽覺掩蔽效應(yīng)可節(jié)省大量比特數(shù)。 在采用子帶編碼時，利用了聽覺的掩蔽效應(yīng)進(jìn)行處理。它對一些子帶信號予以刪除或大量減少比特數(shù)目，可明顯壓縮傳輸數(shù)據(jù)總量。比如，不存在信號頻率分量的子帶，被噪聲掩蔽的信號頻率的子帶，被鄰近強(qiáng)信號掩蔽的信號頻率分量子帶等，都可進(jìn)行刪除處理。另外，全系統(tǒng)的傳輸信息量與信號的頻帶范圍、動態(tài)范圍等均有關(guān)系，而動態(tài)范圍則決定于量化比特數(shù)，若對信號引入合理的比特數(shù)，可使不同子帶內(nèi)按需要給以不同的比特數(shù)，也可壓縮其信息量。1

影響子帶編碼效率的因數(shù)子帶數(shù)目、子帶劃分、編碼參數(shù)、子帶中比特的分配、每樣值編碼比特、帶寬。1

分類等帶寬子帶編碼 n各子帶的帶寬 是相同的，其優(yōu)點(diǎn)是易于硬件實(shí)現(xiàn)，便于理論分析。 其中，k= 1, 2, 3 …, m為子帶總數(shù)，B編碼信號總帶寬 q。1

變帶寬子帶編碼各子帶帶寬是不同的，常用的子帶劃分是令各子帶寬度隨K的增加而增加（低頻段子帶帶寬窄，高頻段寬），其優(yōu)點(diǎn)是對不同的子帶分配的比特數(shù)不同，能獲得很好的質(zhì)量。

編碼速率n nm：子帶數(shù)， nBk(k=1,…,m)：各子帶帶寬， n

fsk（=2Bk）：抽樣頻率， n

Rk：量化/編碼比特數(shù)，

?若子帶帶寬相等，即等帶寬子帶編碼

存在的問題濾波器的具體實(shí)現(xiàn)不可能是理想的帶通，其幅度影響不可避免地帶有有限的滾降。因此在劃分子帶時，只能使子帶間有交疊或者使子帶間有一定的間隙。前者若按奈氏頻率取樣將會產(chǎn)生混疊失真，而后者使原有的部分頻帶經(jīng)濾波而損失掉，重建的信號會有失真。針對這個問題的解決方法有正交鏡像濾波法和時域混疊消除法。1