子带编码

子带编码

子带编码(Subband Coding)简称SBC,是一种以信号频谱为依据的编码方法,即将信号分解成不同频带分量来去除信号相关性,再将分量分别进行取样、量化、编码,从而得到一组互不相关的码字合併在一起后进行传输。

    • 中文名:子带编码
    • 外文名:Sub-band Coding

工作原理

先通过一组带通滤波器将输入信号分成若干个在不同频段上的子带信号,然后将这些信号经过频率搬移转变成基带信号,再对它们分别取样。取样后的信号经过量化、编码,併合成一个总的码流传送给接收端。在接收端,首先把码流分成与原来的各子带信号相对应的子带码流,然后解码、将频谱搬至原来的位置,最后经带通滤波、相加得到重建的信号。

优点

  1. 可以利用人耳(或人眼)对不同频率信号的感知灵敏度不同的特性,在人的听觉(或视觉)不敏感的部位採用较粗糙的量化,在敏感部位採用较细的量化,以获得更好的主观听觉(视觉)效果。例如,语音的基音和共振峰主要集中在低频段,因此可分配较多的比特来表示其样值;而对出现摩擦音和类似摩擦噪声的高频段可以分配较少的比特,从而可以充分地压缩语音数据。

  2. 各子带的量化噪声都束缚在本子带内,这样就可以避免能量较小的频带内的信号被其它频段中的量化噪声所掩盖。

整数子带滤波器

在子带编码中,若各子带频宽

相等,则称为等频宽子带编码;若

互不相等,则称为变频宽子带编码。

如果各子带的下截止频率恰好是该子带频宽的整数倍,那么可不必将带通信号搬移到基带上,直接以2

为取样频率对子带信号取样,而不会产生混叠失真。满足此条件的子带滤波器组称为整数子带滤波器。

存在的问题

滤波器的具体实现不可能是理想的带通,其幅度影响不可避免地带有有限的滚降。因此在划分子带时,只能使子带间有交叠或者使子带间有一定的间隙。前者若按奈氏频率取样将会产生混叠失真,而后者使原有的部分频带经滤波而损失掉,重建的信号会有失真。针对这个问题的解决方法有正交镜像滤波法和时域混叠消除法。

正交镜像滤波法

正交镜像子带编码、解码系统使用正交镜像滤波器组(Quadrature Mirror Filter Banks),其幅频特性如图。

每两个正交镜象滤波器上、下两个子带幅频特性关于交点频率坐标

镜象对称,并有交叠区。

由于系统的输入是在奈氏频率上对信号抽样所得到的离散序列,因此2:1抽取后,下子带大于

部分会以

为轴摺叠到上子带中,上子带小于

部分会以

为轴摺叠到下子带中。当正交镜象滤波器係数满足一定的条件,混叠可以消除。对于偶数抽头係数FIR滤波器,这些条件是:

(1)

(n=0,1, …,N-1)

(2)

(n=0,1, …,N-1)

(3)

(n=0,1, …,N-1)

(4)

其中

分别为编码器中上子带和下子带滤波器的冲激回响,而

分别为解码器中上子带和下子带滤波器的冲激回响。

条件(4)要求滤波器组具有全通网路幅频特性。如果信道无误码,并且量化噪声忽略不计,那么可以证明当以上条件都满足时,混叠项可以消除。除了N=2和N接近于无穷大的情况以外,满足条件(1)的镜像滤波器不能满足条件(4),但是通过谨慎地选择N的大小,可以极其接近(4)式要求。

时域混叠消除法

时域混叠消除法(Time Domain Alias Cancellation),简称TDAC。它与正交镜像滤波法之间具有对偶性,正交镜像滤波在频域内抵消混叠失真,时域混叠消除法则在时间域内抵消混叠失真。

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