LPCM

音频

LPCM，即线性脉冲编码调制，是一种非压缩音频数字化技术，是一种未压缩的原音重现，在普通CD、DVD及其他各种要求最高音频质量的场合中已经得到广泛的应用。

内容简介

音频数字化主要有压缩与非压缩两种方式。较早出现的数字音频播放机，如CD唱机和DAT录音机，均采用线性PCM编码来存储音乐信号，为非压缩方式。在高质量要求的音频工作站和数字录像机（如DVCPRO）上，也采用非压缩的格式。

常见的MPEG、Dolby Digital、DTS等则为压缩方式。压缩分为有损压缩和无损压缩。有损压缩的目的是提高压缩率，降低占用系统资源。可以根据实际需要选用不同的采样速率、样本分辨力精度和数据率。

如今杜比数字作为由FCC为美国选定的ATSC数字电视标准的一部分，为高清晰度电视 HDTV和标准清晰度电视SDTV广播的标准。MPEG为欧洲数字视频广播DVB、数字音频广播DAB和日本广播电视业的音频标准。DVD则支持3种主要标准：Dolby digital（杜比数字）、MPEG-2和线性PCM(LPCM)。其他格式，如DTS(Digital Theatre Sound)、SDDS(Sony Dynamic Digital Sound)等为任选格式。

声音重放技术的发展路程，是沿着单声(Monophonic)、双声道立体声(Stereophonic)到4通道立体声，再到环绕立体声(Stereo surround)，一般为5.1模式。其根本目的，就是更逼真地再现原声场。本国电视大量采用的单声道已远远跟不上人们生活的需要。如何以量低的数据率，最有效地传送多声道、高质量的声音，是数字化的发展方向。所谓5.1模式，即录制、解码和放声中采用5个声道：左L、中C、右R、左环绕LS、右环绕RS，再加上一个低频效果通道(LFE)，就可以达到真正的立体环绕声效果——宽阔的场景深度感和总体真实感。5.1模式为ATSC和DVB的标准声道。

非压缩编码

声音之所以能够数字化，是因为人耳所能听到的声音频率不是无限宽的，主要在20kHz以下。按照抽样定理，只有抽样频率大于40kHz，才能无失真地重建原始声音。如CD采用44.1kHz的抽样频率，其他则主要采用48kHz或96kHz。

PCM（脉冲编码调制）是一种将模拟语音信号变换为数字信号的编码方式。主要经过3个过程：抽样、量化和编码。抽样过程将连续时间模拟信号变为离散时间、连续幅度的抽样信号，量化过程将抽样信号变为离散时间、离散幅度的数字信号，编码过程将量化后的信号编码成为一个二进制码组输出。

量化分为线性量化和非线性量化。线性量化在整个量化范围内，量化间隔均相等。非线性量化采用不等的量化间隔。量化间隔数由编码的二进制位数决定。例如，CD采用16bit线性量化，则量化间隔数L=65536。位数n越多，精度越高，信噪比 SNR=6.02n+1.76(dB)也越高。但编码的二进制位数不是无限制的，需要根据所需的数据率确定。比如：CD可以达到的数据率为2×44.1×16=1411.2Kbit/s。

常用的编码码组有3种：自然二进制码组NBC、折叠二进制码组FBC、格雷二进制码组RBC。国际PCM标准主要使用FBC。

压缩编码

PCM虽然为无损压缩，但由典型的音频信号表示的信号特性没有达到最佳，也没有很好的适应人耳听觉系统的特定要求。PCM的数据量过高，从而造成存储和传输方面的障碍，因此必须使用相应的技术降低数字信号源的数据率，又尽可能不对节目造成损伤，这就是压缩技术。

人耳的听觉心理有两个特性：频率掩蔽和时间掩蔽特性。人耳在安静的环境中有一个静听阈（门限），即对应于人耳能听到的频率范围能被感觉到的最低声音强度。频率掩蔽，即当一个单音单元出现时，产生一个新的听阈曲线（同听阈），在此频率附近的频段内，门限均有不同程度的提高，以中心频率为最高。时间掩蔽，即当一个强信号出现时，其前后一段时间内，业已存在的弱音可以被掩蔽不被听见。在听阈以下的音频信号不需要编码。

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