在
訊號處理
中,
次頻帶編碼
(sub-band coding, SBC)是一種轉換編碼。其作法是把訊號分成許多頻帶(通常使用
快速傅里???
)後獨立編碼,通常是將資料做壓縮的第一步,可應用於聲音、多媒體、影像訊號的壓縮。
次????常用于包括MP3算法在?的?多常?有?音???算法中。
應用於聲音訊號
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基本理論
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次頻帶編碼在聲音訊號上利用聽覺遮蔽(auditory masking)且符合人耳的
聽覺系統
。一般而言,人耳可聽到一定頻率範圍的聲音,若在某特定頻率的訊號?度?大時,人耳對於該特定頻率附近的頻率辨別率幾乎?0,我們稱?度?大的訊號遮蔽弱的訊號。次頻帶編碼的基本?念?是捨去那些被遮蔽的頻帶,這部分?「失?編碼」,與原本的訊號不同,但其捨去的訊號經過分析後,仍可以不被人耳所辨別。
應用
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最常用於數位化編碼的方法是脈衝編碼調變(pulse-code modulation),這種方法也適用於CD和錄音帶。數位化轉換將原本的連續訊號取樣後,?用最接近的整數bits表示,及量子化(quantization),但這樣的方法會?生取捨
誤差
(rounding error),?在取樣域?生截斷誤差(truncation error)。
?了減少誤差,必須要增加每個代表取樣的位元數,如此一來便造成過大的位元率(像是CD audio的頻道就超過700 kbits/s)。實際上,用過的位元表示?沒有考慮人耳的聽覺系統的敏感度。其改善的方法是用非線性脈衝編碼調變,如μ-law編碼,適用聽覺感知曲線,其截斷誤差是與訊號能量大小做調變。
其中
昇陽電腦
(Sun Microsystems)的Au file format是廣?人知的μ-law編碼方式,使用8位元μ-law編碼可使CD audio的頻道減低至350 kbits/s,但效果與原本相比,較?遜色。
次頻帶編碼應用的?一個例子是G.722(第一個用於16KHz採樣率的寬帶語音編碼演算法),?利用次頻帶可適性差分脈衝編碼調變(sub-band adaptive differential pulse code modulation, SB-ADPCM),位元率在64 kbits/s。SB-ADPCM將頻帶切成兩次頻帶,每個次頻帶再分別用ADPCM。
影像訊號
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介紹影像之前,先以一個一維訊號?例,如圖一所示
圖一
圖一中,上圖表示兩頻帶的子帶編碼及解碼,輸入訊號
,分別經過兩個分析濾波器(analysis filter)
、
。?們個別的頻率響應如下圖
、
。其中
?低通濾波器,所得到的
是訊號的低頻部分,其輸出?原訊號大略的特徵(approximation);
?高通濾波器,輸出所得到的
是訊號的細節(detail)。經過降取樣(downsampling)來達到壓縮的效果。而圖一上圖的右半部
、
分別是合成濾波器(synthesis filter),先將
、
,升採樣(upsampling)後還原原本的訊號。
圖二
接著介紹二維子帶編碼,如圖二所示,二?訊號
分經過低通、高通濾波器後對橫列降取樣,此時會得到兩張長度約?原本二分之一的圖。再分別對這兩張圖個別經過低通、高通濾波器後對行方向降取樣,可得到四張圖。如圖三所示
圖三從左至右、上至下分別對應到圖二的
,代表粗略次頻帶(approximation subband)、
,表示水平的細節、
,表示垂直方向的細節、
,表示對角線方向的細節,?是角落(corner)的部分。若針對粗略子帶繼續經過更多次的低通、高通濾波器,便達到壓縮的效果,最廣泛的應用就是JPEG2000,其主要的演算法小波轉換的基本?念?是上面所述。
?用
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]
在20世?八十年代?始,
MPEG
(??影像?家小?)制定了音?和??的???准。例如MP3算法的核心就是次????技?。
次????被用于G.722?解?器,?在64kbit/s的比特率?使用子?自适?差分?????制(SB-ADPCM)。在SB-ADPCM技?中,??被分成??子?(高?部分和低?部分),每?子?的信?都使用ADPCM?行??。
參考
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