子带编码(subbandcoding)的基本思想_光明网

子带编码（SBC）的基本思想是使用一组带通滤波器（BPF）将输入音频信号的频段划分为几个连续的频段，每个频段称为一个子带。每个子带中的音频信号使用单独的编码方案进行编码。每个子带的代码在信道上传输时被组合。在接收端解码时，将每个子带的编码分别解码，然后将它们组合起来，还原出原始的音频信号。子带编码的框图如图 3-17 所示。图中的编码器/解码器可以使用ADPCM、APCM、PCM等。

图 3-17 子带编码框图

对每个子带使用单独的编码有两个优点。首先，对每个子带信号进行自适应控制，量化步长的大小可以根据每个子带的能级进行调整。具有较高能级的子带通过大量化步长进行去量化，以降低整体量化噪声。其次，根据每个子带信号的感知重要性，可以为每个子带分配不同数量的比特来表示每个样本值。例如，在低频子带中，为了保护音调和共振峰的结构，需要使用更小的量化步长和更多的量化级，即分配更多的比特来表示样本值。另一方面，语音中的摩擦音和类似噪音的声音，

音频频带的划分可以以树状结构的方式进行。首先，将整个音频信号带宽划分为两个带宽相等的子带：高频子带和低频子带。然后以相同的方式划分两个子带以形成4个子带。可以根据需要重复此过程以生成 2K 个子带，其中 K 是划分的数量。这样就可以产生等带宽的子带和不等带宽的子带。例如，对于带宽为4000Hz的音频信号在语音子带编码方案中，当K=3时，可以划分为8个带宽相等的子带，每个子带的带宽为500Hz。还可以生成5个带宽不等的子带，分别是[0,500), [500,1000), [1000,2000), [2000,3000)@] >和 [3000,4000]。

将音频信号划分为相邻的子带分量后，以两倍子带带宽的采样频率对子带信号进行采样，就可以利用其采样值重构出原始子带信号。例如，将4000Hz带宽划分为4个等带宽子带时在语音子带编码方案中，子带带宽为1000Hz，采样频率可以为2000Hz，其总采样率仍为8000Hz。

由于用于划分频段的滤波器不是一个理想的滤波器，所以经过划分、编码和解码后合成的输出音频信号会产生混叠效应。根据相关数据分析，采用正交镜像滤波器（Quandrature mirror filter，QMF）对频段进行划分，可以在最终合成中消除混叠效应。

图 3-18 显示了使用 QMF 划分频带的子带编码和解码的简化框图。该图显示了使用 QMF 将全带宽音频信号划分为两个等带宽子带。hH (n) 和 hL (n) 分别代表高通和低通滤波器，它们形成一对正交镜像滤波器。这两个过滤器也称为分析过滤器。图 3-18(b) 是 QMF 的简化幅频特性。

(a) QMF 分离通道框图

(b) QMF幅频特性简化图

图3-18 使用QMF的子带编解码简化框图

子带编码器SBC越来越受到重视。在中码率编码系统中，SBC具有宽动态范围、高音质和低成本的特点。使用子带编码技术的编解码器已用于语音存储转发和语音邮件，CCITT 也向世界推荐了使用 2 个子带和 ADPCM 的编码系统作为 G.722 标准使用。