數(shù)字音頻原理及應(yīng)用 第4版 教案 第三章 數(shù)字音頻壓縮編碼-教學(xué)設(shè)計(jì)

《數(shù)字音頻壓縮編碼》教學(xué)設(shè)計(jì)授課題目數(shù)字音頻壓縮編碼課時安排4個學(xué)時教學(xué)目的熟悉數(shù)字音頻壓縮編碼的機(jī)理；了解音頻編解碼器的性能指標(biāo)和重建音頻質(zhì)量的評價方法；熟悉數(shù)字音頻編碼的基本方法及分類；掌握感知音頻編碼的基本原理，理解子帶編碼的基本思想；重點(diǎn)掌握MPEG-1、MPEG-2AAC的音頻編解碼原理；了解AVS音頻立體聲編解碼的原理和DRA多聲道數(shù)字音頻編解碼的原理；了解新一代環(huán)繞多聲道音頻編碼格式。教學(xué)重難點(diǎn)重點(diǎn)：感知音頻編碼，子帶編碼，MPEG-1和MPEG-2AAC音頻編解碼；難點(diǎn)：數(shù)字音頻壓縮編碼的機(jī)理，感知音頻編碼的基本原理，MPEG-1、MPEG-2AAC的音頻編解碼原理，MPEG-1、MPEG-2AAC的音頻編解碼原理。教學(xué)方法講授法，讓學(xué)生了解和掌握知識點(diǎn)；案例分析及對比法，通過圖像/表格案例將抽象的概念具體化，并通過對比將不同概念區(qū)分，幫助學(xué)生理解知識點(diǎn)；問答及討論法，采用探討式和啟發(fā)式教學(xué)，提升學(xué)生的想象力和創(chuàng)新力；課程思政：引導(dǎo)學(xué)生了解中國在此領(lǐng)域的貢獻(xiàn)，加強(qiáng)學(xué)生民族自信心和愛國主義情懷。教學(xué)手段1．授課內(nèi)容用ppt展示、板書展示，讓學(xué)生學(xué)習(xí)相關(guān)內(nèi)容；2．設(shè)有互動提問環(huán)節(jié)，學(xué)生需課前回顧，課后提前預(yù)習(xí)。教學(xué)進(jìn)程設(shè)計(jì)教學(xué)活動與主要表達(dá)教學(xué)方法章節(jié)導(dǎo)入講授：信源編碼的動機(jī)。數(shù)字音頻編碼概述講授：數(shù)字音頻編碼概述：次聲波，音頻信號和超聲波；數(shù)字音頻壓縮編碼的機(jī)理：數(shù)字音頻壓縮的必要性和可能性，實(shí)例，冗余類型（時域冗余，頻域冗余和聽覺冗余）；時域冗余，頻域冗余和聽覺冗余的分類，壓縮編碼的目的：音頻編/解碼器的性能指標(biāo)：重建音頻質(zhì)量及其評價方法（主觀評價和客觀評價），數(shù)碼率（比特速率），算法的復(fù)雜度（運(yùn)算復(fù)雜度和內(nèi)存容量要求），編/解碼時延，其他性能；數(shù)字音頻編碼技術(shù)的分類：波形編碼、參數(shù)編碼、混合編碼的概念和分類；數(shù)字音頻編碼標(biāo)準(zhǔn)概述：CCITT（ITU-T）制定的G.7xx系列和ISO/IEC制定的MPEG-x系列標(biāo)準(zhǔn)，音頻編碼算法和標(biāo)準(zhǔn)表；電話質(zhì)量的語音壓縮標(biāo)準(zhǔn)，調(diào)幅廣播質(zhì)量的音頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)，高保真立體聲音頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)；圖片：時域冗余實(shí)例圖，數(shù)字音頻編碼技術(shù)的分類框圖，波形編碼、參數(shù)編碼和混合編碼的主觀音質(zhì)評價圖，G.723.1標(biāo)準(zhǔn)編碼框圖，G.722SB-ADPCM編譯碼器方框圖。常用數(shù)字音頻編碼技術(shù)講授：線性預(yù)測編碼：相關(guān)概念，語音生成模型，激勵源和聲道模型，濁音和清音，線性預(yù)測，LPC-10編碼器；矢量量化：分類（標(biāo)量量化和矢量量化），矢量量化的過程，相關(guān)概念（失真測度，重構(gòu)矢量，碼書，碼字，矢量量化器），矢量量化的兩個問題；CELP編碼：概念和地位，碼激勵；感知編碼：概念和理論基礎(chǔ)，特性，頻域掩蔽和時域掩蔽；子帶編碼(SBC)：概念，整帶時域編碼，子帶編碼，等帶寬子帶編碼和變帶寬子帶編碼，子帶編碼的優(yōu)點(diǎn)；圖片：清音/濁音示意圖，語音生成模型圖，LPC語音合成圖，矢量量化圖，矢量量化系統(tǒng)的組成框圖，典型的CELP系統(tǒng)，感知音頻編碼器的基本結(jié)構(gòu)，子帶編解碼框架圖。MPEG-1音頻編碼標(biāo)準(zhǔn)講授：MPEG-1音頻編碼算法：概念和地位，算法特點(diǎn)；MPEG-1音頻編碼算法分類：第1層（LayerⅠ），第2層（LayerⅡ）和第3層（LayerⅢ）；MPEG-1音頻編碼的基本原理：LayerI/II編碼方案(MUSICAM)，多相濾波器組，心理聲學(xué)模型I和II，比特分配，成幀，信號掩蔽比（SMR），信號掩蔽比（SMR）；MPEG-1AudioLayerI：碼流結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)幀格式；MPEG-1AudioLayerII：碼流結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)幀格式，技術(shù)參量（CRC校驗(yàn)，比特分配等，比例因子）；MPEG-1AudioLayerIII：動機(jī)，編解碼特點(diǎn)；圖片：層Ⅰ、層Ⅱ和層Ⅲ的子帶樣本，LayerI/II的編解碼器示意圖，MPEG-1LayerI的音頻碼流的數(shù)據(jù)幀格式圖例，MUSICAM解碼器流程圖，MPEG-1AudioLayerIII編解碼器框圖。MPEG-2音頻編碼標(biāo)準(zhǔn)講授：概述：概念，分類（MPEG-2Audio和MPEG-2AAC），MPEG-2MUSICAM環(huán)繞聲，向前兼容和向后兼容；MPEG-2AAC編碼算法：概念和特性，檔次（主檔次，低復(fù)雜度檔次，可分級的采樣率檔次）；圖片：MPEG-2編解碼器示意圖。MPEG-4音頻編碼標(biāo)準(zhǔn)講授：編碼方法：參數(shù)編碼，碼激勵線性預(yù)測，時間/頻率編碼，結(jié)構(gòu)化聲音編碼，文本-語音系統(tǒng)合成；三種類型的音頻編碼器：參數(shù)編碼器，CELP編碼器和T/F編碼器；MPEG-2AAC編碼算法：概念和特性，檔次（主檔次，低復(fù)雜度檔次，可分級的采樣率檔次）。中國制定的音頻編碼標(biāo)準(zhǔn)講授：AVS音頻立體聲編碼標(biāo)準(zhǔn)：背景；支持的采樣頻率，主要過程，AVS音頻編碼步驟；AVS音頻的檔次：兩種檔次；AVS音頻和MPEGACC技術(shù)的比較：編碼效率，編碼復(fù)雜度，解碼復(fù)雜度，可分級性；DRA多聲道數(shù)字音頻編解碼標(biāo)準(zhǔn)：自適應(yīng)時頻分塊（AdaptiveTimeFrequencyTiling，ATFT）方法，特點(diǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域；圖片：AVS音頻立體聲編解碼框圖。八、重點(diǎn)及難點(diǎn)總結(jié)講授：重點(diǎn)：感知音頻編碼，子帶編碼，MPEG-1和MPEG-2AAC音頻編解碼；難點(diǎn)：數(shù)字音頻壓縮編碼的機(jī)理，感知音頻編碼的基本原理，MPEG-1、MPEG-2AAC的音頻編解碼原理，MPEG-1、MPEG-2AAC的音頻編解碼原理。九、課后思考及作業(yè)子帶編碼的思想是什么？進(jìn)行子帶編碼的好處是什么？聲音壓縮的依據(jù)是什么？MPEG-1音頻比特流數(shù)據(jù)幀中的比例因子起什么作用？詢問對本節(jié)課內(nèi)容是否存在疑問。講授引導(dǎo)教師講授實(shí)例輔助講解對比分析圖例輔助分析教師講授對比分析圖例輔助講解教師講授對比分析圖例輔助講解教師講授圖例輔助講解教師講授對比分析教師講授對比分析課程思政圖例輔助分析重難點(diǎn)總結(jié)課后作業(yè)答疑教學(xué)