音视频相关知识总结

1、RGB与YUV是怎样转化的？

   

将一幅图像的RGB转为4:2:0的YUV图像原理：

YUV 与RGB空间的相互转换

由电视原理可知，亮度和色差信号的构成如下：

Y＝0.2990 R+0.5870G+0.1140B

R-Y＝0.7010R-0.5870G-0.1140B

B-Y＝-0.2990R-0.5870G+0.8860B

为了使色差信号的动态范围控制在0.5之间，需要进行归一化，对色差信号引入压缩系数。归一化后的色差信号为：

U＝-0.1684R-0.3316G+0.5B

V＝0.5R-0.4187G-0.0813B

码电平分配及数字表达式

A．亮电平信号量化后码电平分配

在对分量信号进行8比特均匀量化时，共分为256个等间隔的量化级。为了防止信号变动造成过载，在256级上端留20级，下端留16级作为信号超越动态范围的保护带。

B．色差信号量化后码电平分配

色差信号经过归一化处理后，动态范围为-0.5－0.5，让色差零电平对应码电平128，色差信号总共占225个量化级。在256级上端留15级，下端留16级作为信号超越动态范围的保护带。

色度格式

4:2:0格式是指色差信号U，V的取样频率为亮度信号取样频率的四分之一，在水平方向和垂直方向上的取样点数均为Y的一半。

 

 

2、什么是WAV格式的音频数据？

 

   WAV为微软公司（Microsoft)开发的一种声音文件格式，它符合RIFF(Resource Interchange File Format)文件规范，用于保存Windows平台的音频信息资源，被Windows平台及其应用程序所广泛支持，该格式也支持MSADPCM，CCITT
A LAW等多种压缩运算法，支持多种音频数字，取样频率和声道，标准格式化的WAV文件和CD格式一样，也是44.1K的取样频率，16位量化数字，因此在声音文件质量和CD相差无几！
WAV打开工具是WINDOWS的媒体播放器。

    通常使用三个参数来表示声音，量化位数，取样频率和采样点振幅。量化位数分为8位，16位，24位三种，声道有单声道和立体声之分，单声道振幅数据为n*1矩阵点，立体声为n*2矩阵点，取样频率一般有11025Hz(11kHz)
，22050Hz(22kHz)和44100Hz(44kHz)
三种，不过尽管音质出色，但在压缩后的文件体积过大！相对其他音频格式而言是一个缺点，其文件大小的计算方式为：WAV格式文件所占容量（B) =
（取样频率 X量化位数X
声道） X
时间 / 8 (字节= 8bit)
每一分钟WAV格式的音频文件的大小为10MB，其大小不随音量大小及清晰度的变化而变化。

WAV是最接近无损的音乐格式，所以文件大小相对也比较大。

 

常见的音频格式：

1、wave格式（*.wav）：是Microsoft Windows本身提供的音频格式

2、voice格式（*.voc）：dos程序和游戏中用到

3、音频交换格式（*.aif/aiff）：苹果公司开发的音频格式

4、audio格式（*.au）：Sun Microsystem的声音文件格式

5、MPEG音频格式（MP1/MP2/MP3/MP4/AAC）：

     MPEG Audio Layer-1/2/3的简称，使用知觉音频编码技术 。压缩比4:1/6~8:1/10~12：1，保持音质。

     MP4压缩比更小：15：1，保持音质

     AAC:属于MPEG-2规范的一部分

6、RealAudio格式（*. RA、RM、RMX）：Real
Networks公司的流式音频格式

7、Windows Media音频格式（*. WMA、ASF）：WMA只包含音频，压缩比可达18：1，支持网络流媒体播放。
ASF支持音频、视频及其他多媒体类型，支持流媒体，压缩比比mp3高一倍。

8、MIDI格式（*.mid）：记录演奏乐器的动作过程及属性，数据量很小

 

 

3、音频信号的相关知识？

音频信号的分类：

 

    

类型	应用样例	采样（KHz）	频宽/HZ
窄带语音	电话通信	8	200-3400
宽带语音	电话会议、视频会议	16	50-7000
数字音频广播	数字音频广播	32	20-15000
高保真立体声音频信号	CD	44.1	20-20000
DAT	48	20-20000

     

 

 数字音频压缩编码的必要性和可能性：

 

1、数字化的必要性

提高抗干扰能力；扩大音频动态范围，利用计算机处理数据；不失真地远距离传输；可以与视频、图像等多媒体信息进行多路复用已实现对媒体化和网络化。

2、压缩编码的必要性

降低传输和存储的开销

3、压缩编码的可能性

信号存在冗余：时域、频域；听觉冗余

 

语音编码技术及标准：

  

    一、语音编码器的性能指标

 

 

    语音质量

    质量评定方法——主观评定方法

    MOS：平均意见分5~1

    MUSHRA：MUlti Stimulus test with Hidden Reference and Anchor :欧洲广播联盟提出的先   

    进测试方法100~0

    数码率：反映压缩效率

    算法的复杂度：运算复杂度和内存要求，编解码时的开销

编解码时延：时延<5~10ms

 

二、语音编码技术的分类

 

 

1、波形编码：直接对语音信号的时域波形采样值或其频域变换系数进行编码。

特点： 1）通用性好；

     2）技术成熟

3）重构声音信号质量较高

  4）压缩效率不高，数码率16kbps~64kbps

常见的波形编码方法：

脉冲编码调制PCM、增量调制、自适应增量调制ADM、自适应差分脉冲编码      调试ADPCM、自带编码SBC、自适应变换编码ATC等

 

 

2、参数编码

参数编码

    ◇其基本原理是：首先，建立语音生成的物理模

型；编码时，从波形信号中提取话音模型参数，并进

行编码；解码时，解出模型参数，并合成话音。

    ◇基于线性预测编码(LPC)

    ◇特点：

    ●压缩比高，码率可压缩到2kbit/s -4. 8kbit/s，甚至更低。

    ●算法复杂，语音虽然可以听懂，但其质量远远

低于波形编码。

    ●保密性能好，因此一直用在军事上。

 

3、混合编码

    使用了合成一分析法来改进参数编码。

将波形编码和参数编码组合起来，克服了原有波形编码和参数编码的弱点，结合各自的长处，力图保持波形编码的高质量和参数编码的低码率，在4-16 kbit/s速率上能够得到高质量的合成语音