分析多声道数字音频系统的编码问题

摘要：当前多声道数字音频系统已经发展成音乐制作的主流，广泛应用于影院和数字电视及广播中，本文分析了多声道数字音频系统发展的趋势及遇到的问题，介绍了几种常见的多声道音频编码方式以及一种先进的多声道音频质量评估方法。

关键词：多声道数字音频；AAC；DTS；MC-PEAQ

中图分类号：G201 文献标识码：A文章编号：1672-8122（2011）05-0110-01

随着数字时代的发展，人们不再满足于单声道、立体声所带来的音响效果。存储媒体容量和传输带宽的增加，使得高质量多声道数字音频系统成为新的传播媒体方式。多声道数字音频系统通过扩展声道，在提高音频质量的同时，可以给听众带来音像环绕的效果。当前多声道数字音频系统已发展成音乐制作的主流，不仅广泛应用于电影院、家庭影院，还渗透到数字电视和数字广播中。

一、多声道数字音频系统面临的问题

采用多声道数字音频系统进行音频传输，可以获得高质量的音频效果。但是从单声道、双声道立体声等向多声道的过渡，对存储媒体容量和传输带宽提出了更高的要求。在不影响数字音频质量的前提下，降低多声道数字音频系统的数据率是阻碍多声道音频系统发展的重要问题。[1][2]

CD采用线性PCM编码，一张CD的总的音频容量低于800MB，其采样频率多为FS=44.1kHz，均匀量化的采样精度为16bit，总数据率BCD=1.4112Mbps，对于一小时的CD格式的音乐节目，其存储量约为635.04MB。而多声道数字音频系统的总数据率BCD=3.5986Mbps，对于同样一小时的音乐节目，多声道数字音频系统需要1.62GB的存储空间，这远远超过了CD的存储容量（

二、多声道数字音频系统编码方式[1][2]

（一）MPEG-2 AAC。AAC是MPEG-2标准中一种非常强大的声音感知编码标准，可支持48铬主声道、16铬低频音效加强通道LFE、16个多语言通道和16个数据流。AAC在压缩比为111的情况下，即每个声道数据率为64Kb/s，可以将5.1声道系统的数据率压缩到320Kb/s而不会对音频质量造成较明显的损害。AAC相对于MPEG-1 Layer II压缩率提高了1倍，而且质量更高；在保证音效质量相同的条件下，与MPEG-2层3相比，AAC的数据率仅为其70%。

（二）DTS。DTS相干声学编码是一种最优化的差分子音频编码方法，系统编解码电路不对称，信号处理的复杂措施偏向于由编码系统负担。DTS系统可以在压缩比为41的情况下提供高质量的多声道音频信息。

三、一种多声道音频质量评估方法

在多声道音频系统中，声道间存在着相关度和冗余度，采用Karhunen-Loeve变换（KLT）可以有效去除声道间的相关度，进一步减小数据率。为了评价在编码前采取KLT去除声道相关度的好处，提出了一种多声道音效质量评估的MC-PEAQ方法。MC-PEAQ利用某一通道的解码多声道信号和扬声器的预定安置位置，重建监听点的音频场。此外，还引入了外耳和身体对人类听觉过程中声源定位的影响作用，从而可以获得含压缩效应和空间信息的双声道信号。双声道信号最终输入到标准PEAQ，输出质量检测（MC-ODG），原理如图1所示。

图1多声道PEAQ原理示意图[3]

随着多声道音频编码技术的改进和发展，使得多声道数字音频系统多声道高质量传输音频成为可能，在今后的数字广播发展中，不受带宽限制，可提供更高质量、更多声道的多声道数字音频系统会占据主导地位。

参考文献：

[1] 胡泽.多声道数字音频系统的编码及应用[J].北京广播学院学报(自然科学版),2001(3).

[2] 吴帆,朱伟.多通道音频压缩编码原理及应用[J].数字音频,2003(11).

[3] Soledad Torres-Guijarro, Jon A. Beracoechea-Álava, Luis I. Ortiz- Berenguer, et al. Inter-channel de-correlation for perceptual audio coding [J]. Applied Acoustics,2005.