基于航行数据记录仪的音频压缩算法的研究

摘要

船载航行数据记录仪是一种记录船舶航行状态及操作信息的装置，对加强船舶的海上航行安全以及事故分析起到了极为重要的作用。作为航行数据记录仪主要数据的声音数据，具有数据量大的特点，因此，音频压缩系统是航行数据记录仪的基本组成部分之一。基于此原因，本文对航行数据记录仪的核心技术部分之一的音频压缩系统进行了研究和设计。　　论文首先介绍了航行数据记录仪的发展历史、系统结构及关键技术，并详细介绍了音频压缩技术的发展历史和国内外发展概况；接着介绍了航行数据记录仪的系统平台VxWorks的基本原理及集成开发环境Tornado，介绍了VxWorks的系统开发经验；然后，从人类听觉系统和感知模型的角度出发，研究声音压缩的基本原理，引出几种常用的声音编码方法：子带编码、变换编码和哈夫曼编码，结合系统结构特点，拟定系统的音频压缩系统方案，重点研究了MPEG-ⅠLayerⅡ算法标准，详细讨论了整个算法的运算流程，包括子带分析滤波器组的实现、心理声学模型、量化和编码、组帧的实现；最后，针对算法运算量最大的两个模块，进行算法的改进和优化，通过实际运行表明，该音频压缩系统能满足系统的要求。　　本论文以航行数据记录仪的研发为背景，对音频压缩的原理进行了详细的研究，对国内该领域的研究同行具有一定的借鉴意义。

目录

文摘

英文文摘

哈尔滨工程大学学位论文原创性声明

第1章绪论

1.1课题研究背景、目的及意义

1.2船载航行数据记录仪

1.2.1航行数据记录仪的三种基本形式

1.2.2航行数据记录仪的基本结构

1.2.3航行数据记录仪的关键技术

1.3音频压缩技术

1.3.1音频压缩技术概述

1.3.2音频压缩技术发展及研究现状

1.4论文完成的主要内容

第2章VxWorks操作系统及其开发环境

2.1 VxWorks系统概述

2.1.1 VxWorks的应用领域

2.1.2 VxWorks系统的特点

2.2 VxWorks系统的基本原理

2.2.1任务管理

2.2.2任务间通信和同步机制

2.2.3中断机制

2.2.4定时管理机制

2.3 VxWorks系统开发技巧

2.3.1关于任务划分

2.3.2任务异常处理

2.3.3正确运用函数的可重入性

2.3.4中断服务程序的规范

2.4集成开发环境Tornado

2.4.1 Tornado核心工具

2.4.2 Tornado可选组件

2.5本章小结

第3章声音压缩原理及常用音频编码方法

3.1声音的特征

3.1.1响度

3.1.2音调

3.1.3音色

3.1.4频谱特点

3.2人类听觉系统特性及感知模型

3.2.1人耳听觉的频率特性

3.2.2人耳绝对听阈

3.2.3临界带宽

3.2.4掩蔽效应

3.2.5感知熵

3.2.6人耳的高频定位特性

3.2.7人耳听觉特性在音频编码中的应用

3.3心理声学模型

3.4常用的音频编码方法

3.4.1子带编码

3.4.2变换编码

3.4.3哈夫曼编码

3.5本章小结

第4章航行数据记录仪音频压缩方案论证及实现

4.1航行数据记录仪音频压缩方案论证

4.1.1 ADPCM

4.1.2 MPEG-Ⅰ音频压缩算法

4.1.3音频压缩系统方案论证

4.2 MPEG-Ⅰ综述及VxWorks下算法流程

4.3 MPEG-Ⅰ LayerⅡ音频压缩算法的实现

4.3.1分析子带滤波器组

4.3.2心理声学模型Ⅰ算法流程

4.3.3比例因子的计算

4.3.4比特分配

4.3.5子带样点

4.3.6组帧

4.3.7校验和

4.4本章小结

第5章算法改进优化设计及声音评测研究

5.1 MPEG-Ⅰ Layer Ⅱ算法改进优化

5.1.1子带分析滤波器组的改进和优化

5.1.2心理声学模型的简化计算方法

5.2音频系统评测指标

5.2.1客观评测

5.2.2主观评测

5.3本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢

附表A

附表B

附表C

附表D

附表E

附表F

附表G

附表H

附表I