-Band Sub codificação - Sub-band coding
No processamento de sinais , codificação de sub-banda ( SBC ) é qualquer forma de transformar codificação que divide um sinal para um número de diferentes bandas de frequcia , tipicamente usando uma transformada de Fourier rápida , e codifica cada um de forma independente. Esta decomposição é muitas vezes o primeiro passo para a compressão de dados para sinais de áudio e vídeo.
SBC é a técnica do núcleo usados em muitos populares de áudio com perdas de compressão algoritmos, incluindo MP3 .
Conteúdo
Princípios básicos
O utilitário de SBC é talvez melhor ilustrado com um exemplo específico. Quando usado para compressão de áudio, SBC explora mascaramento auditivo no sistema auditivo . Orelhas humanos são normalmente sensíveis a uma ampla gama de frequências, mas quando um sinal suficientemente alto está presente a uma frequência, a orelha não irá ouvir sinais mais fracos em frequências próximas. Dizemos que as máscaras de sinal mais alto os mais suaves.
A idéia básica da SBC é permitir uma redução de dados, descartando informações sobre as frequências que são mascarados. O resultado difere do sinal original, mas se a informação descartado é escolhido com cuidado, a diferença não será perceptível, ou mais importante, censurável.
sinais de codificação de áudio
A maneira mais simples para codificar digitalmente sinais de áudio é modulação por impulsos codificados (PCM), o qual é utilizado em CDs de áudio , DAT gravações, e assim por diante. A digitalização transforma sinais contínuos para aqueles discretas por amostragem de amplitude de um sinal com intervalos uniformes e arredondando para o valor mais próximo representável com o disponível número de bits . Este processo é fundamentalmente inexata, e envolve dois erros: erro de discretização , de amostragem em intervalos, e erro de quantização , de arredondamento.
Os mais bits utilizados para representar cada amostra, mais fina a granularidade na representação digital, e, assim, o menor erro de quantificação. Tais erros de quantização pode ser pensado como um tipo de ruído, porque eles são efetivamente a diferença entre a fonte original e sua representação binária. Com PCM, os efeitos sonoros desses erros podem ser mitigados com exaltação e usando bits suficientes para garantir que o ruído é baixo o suficiente para ser mascarado ou pelo próprio sinal ou por outras fontes de ruído. Um sinal de alta qualidade é possível, mas à custa de uma alta taxa de bits (por exemplo, mais de 700 kbit / s para um canal de áudio de CD). Com efeito, muitos bits são desperdiçados em porções de codificação mascarado do sinal PCM porque não faz quaisquer suposições sobre como o ouvido humano ouve.
As técnicas de codificação de taxa de bits reduzir por exploração das características conhecidas do sistema auditivo. Um método clássico é PCM linear, como o algoritmo μ-lei . Pequenos sinais são digitalizados com granularidade mais fina do que são grandes; o efeito é adicionar o ruído que é proporcional à intensidade do sinal. Da Sun formato de arquivo Au para o som é um exemplo popular de codificação mu-lei. Usando 8 bits mu-law codificação cortaria a taxa de bits por canal de CD de áudio para baixo para cerca de 350 kbit s, metade da taxa de / padrão. Porque este método simples explora apenas minimamente efeitos de máscara, ela produz resultados que são muitas vezes de forma audível inferior em comparação com o original.
-Banda sub codificação é utilizado por exemplo na G.722 codec. Ele usa sub-banda adpcm (SB- ADPCM ) dentro de uma taxa de 64 kbit / s bits. Na técnica de SB-ADPCM, a banda de frequência é dividida em duas sub-bandas (superiores e inferiores) e os sinais em cada sub-banda são codificados utilizando o ADPCM.
Um esquema básico SBC
Para habilitar compressão mais alta qualidade, pode-se usar codificação de sub-bandas. Em primeiro lugar, um banco de filtros digitais divide o espectro do sinal de entrada para um certo número (por exemplo, 32) de sub-bandas. O modelo psicoacústico olha para a energia em cada uma destas sub-bandas, bem como no sinal original, e calcula limiares de mascaramento usando informações psychoacoustic. Cada uma das amostras de sub-bandas é quantificada e codificada, de modo a manter o ruído de quantização abaixo do limiar de mascaramento calculado dinamicamente. O passo final é a de formatar todas estas amostras quantificadas em grupos de dados chamados quadros, para facilitar a eventual reprodução por um descodificador.
Decodificação é muito mais fácil do que a codificação, uma vez que nenhum modelo psicoacústico está envolvido. Os quadros são desembalados, as amostras da sub-banda são descodificados, e um mapeamento em tempo de frequência reconstrói um sinal de áudio de saída.
Começando no final de 1980, um organismo de normalização chamado Motion Picture Experts Group (MPEG) desenvolveu padrões genéricos para a codificação de áudio e vídeo. Sub-banda de codificação reside no coração do popular formato MP3 (mais propriamente conhecido como MPEG-1 Audio Layer III ), por exemplo.
Referências
Este artigo é baseado em material retirado do foldoc antes de 1 de Novembro de 2008 e constituída sob as "novas licenças" termos da GFDL , versão 1.3 ou posterior.
