浅谈AC-3与MPEG-2两种多通道数字音频的选择与比较

时间：2024-07-21 13:38:21 计算机毕业论文我要投稿

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2004年度河南省广播电视优秀科技论文二等奖

摘要：

在全世界范围内，电视节目传送系统由模拟向数字过渡的过程中，使用哪一种音频编码技术，一直是各国专家不断提出的问题，而抉择的焦点是世界上的两种主要的音频编码系统， MPEG-2 音频编解码系统和 AC-3 音频编解码系统。

一、杜比数字（ Dolby Digital AC-3)

自从 1992 年第一部杜比数字编码的电影《蝙蝠侠归来》问世以来，杜比数字技术已经成为目前最流行的音频技术之一。目前已经有数以千计采用杜比数字编码的电影面世。杜比分别在 20 世纪 60 年代和 70 年代以杜比 A 型降噪（专业应用领域）和 B 型降噪（消费类应用领域）在磁带录音技术掀起了一次革命。在 70 年代后期，杜比立体声模拟音响系统引领了电影音频的革命。杜比立体声把 4 声道音响带到了电影院，其中在前方有 3 个声道（音乐和各种背景声音分别在左右声道，对话在中置声道），还有一个渲染效果和气氛的环绕声道。然后在 20 世纪 80 年代，通过运用杜比的 SR 频谱录音，磁带录音和电影音频工业都取得了卓越的进步。在 80 年代末 90 年代初出现的杜比环绕以及后来的杜比定向逻辑家庭影院系统（基本上把杜比立体声技术运用到家庭娱乐的录像带和激光唱片上）使家庭娱乐业引领了重大的变革。这使得观众可以在自己家中配置同剧院一样的 4 声道设备。

1 、杜比数码环绕声系统

今天的杜比数字系统更是跃上了一个更高的台阶，它可以产生 6 声道的非常清晰的数字环绕声。在你前方的左，中，右声道提供精确，清楚的对话定位。分列在你两侧和身后的左右环绕声道使您深深地沉浸在电影的气氛中。并且，低音炮给您带来更强的冲击力和特殊的听感体验。杜比数字 AC-3 提供的环绕声系统由五个全频域声道加一个超低音声道组成，所以被称作 5.1 个声道。五个声道包括前置的 " 左声道 " 、 " 中置声道 " 、 " 右声道 " 、后置的 " 左环绕声道 " 和 " 右环绕声道 " 。这些声道的频率范围均为全频域响应的 3-20000Hz 。第六个声道也就是超低音声道包含了一些额外的低音信息，使得一些场景如爆炸、撞击声等的效果更好。由于这个声道的频率响应为 3-120Hz, 所以称 ".1" 声道。

杜比数字 (Dolby Digital) 技术的原理承袭了杜比实验室 30 多年致力于模拟降噪研究工作的经验。杜比降噪 (Dolby Noise Reduction) 是通过在当前没有音频信号时降低噪音，而在其他时间就利用很强的音频信号来掩盖噪声。因此，它是利用了心理声音学的现象，也被称为听觉屏蔽。即使当频谱中只有部分的声音信号，杜比降噪 (Dolby Noise Reduction) 系统也能在频谱的其他部分降低噪音，使得噪音不会被察觉。这是因为声音信号只能覆盖在邻近频段中产生的噪音。

从模拟录音演变到数字录音媒介（例如光盘）时，在光盘上运用的数字音频编解码产生了的数据量很大，无法高效地存储和传输，尤其是在需要多声道的情况下。于是，新的数字音频编解码形式 -- 经常被称作感知编解码，即在最低程度降低声音质量的基础上减少数据使用率，应运而生了。

2 、杜比听觉的掩蔽效应

杜比数字源自于杜比公司三十多年的模拟降噪系统技术成果，即利用听觉的掩蔽效应对信号频率附近的噪声进行掩盖抑噪。杜比 AC-3 感知性编码系统主要利用心理声学中掩蔽效应的原理，将原始信号中不相关分量和冗余分量有效的去除掉来实现。（图 1 ）人类的听觉掩盖作用是将每一声道的音频频谱分成许多不同的窄频带，并对应于人类听觉对频率的选择性进行处理。这样就使得它有可能敏锐地滤掉编码噪声。只要这些噪声是被控制停留在某一频率上，而该频率与被编码信号的频率分量十分接近。在没有信号或信号输入时，杜比降噪则进行工作，将噪声降低或消除，因而，可将原来信号的音质完整地保留下来。杜比 AC-3 这样的感性编码性统，实质上是一种非常有选择性的和强有力的降噪处理方式。在杜比数字 (AC-3) 中，根据实际的工作频谱或动态性能的需要，将比特数从公用比特群中分配到各滤波器中的频带中去。保证有足够数量的比特数用以描绘每一频带内的音频信号。具有较大频率的容量的声道比小容量的声道要求较多的比特数，同时因为在一个声道内的强信号可为其他声道的噪音提供掩蔽作用。因此，保证了噪音能被全部掩盖。

2 、音箱布置

全频带的音箱摆放（如图 2 ）。标准的音箱配置是 5 个声道的音箱要完全一致。如果前方 3 个音箱不能达到同一型号，则中置声道 C 的音箱应选用同一产品系列中小一点的音箱。前方音箱以一字排开的方式面对聆听着摆放，左右分别放置一个音箱，中置音箱（ C ）放在显示器的桌面上或显示器的顶部。前置音箱 (L 、 R) 与中置音箱高度尽可能相同，而且这三个音箱的正面应在同一平面上，或是中置音箱稍微向后一点，但其正面应与前置音箱的正面平行。如果中置音箱的听音距离与 L 、 R 音箱的听音距离不等，则应采用延时以使声音同时到达听者。正前方为 C 、 L( 或 R) 与听者的夹角为 30 度。环绕音箱与前方 3 个音箱一样，采用相同型号的产品，而且相位要一致，听音高度和距离相等。如果达不到同一型号，则环绕音箱可选用同一系列中较小的音箱以保持相似的指标特性。环绕音箱与中置音箱的夹角为 110 度。

而低音效果 LFE 音箱的摆位则要讲究。由于低音方向性较差，低音效果音箱放在什么地方并非很严格。但并不能因为这个理由，低音就可以随便摆放。须仔细调整 LFE 音箱在室内的摆放位置，以低音效果有最佳表现处作为合适点。 LFE 音箱有要独立的摆放位置，如放在主音箱（ C 、 L 、 R ）后面比较靠墙的位置。若有两个 LFE 音箱，最好是放在两个主音箱之间。而 LFE 音箱通常采用有源主动式低音扬声器。

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