AVS2音频与MP3的对比及其录制与播放的实现

摘要

AVS2(Audio and Vedio Standard2，第二代数字音视频编解码标准)标准是中国自主制订并拥有知识产权的第二代音视频编解码标准。AVS2标准的有损音频部分包含了第二代AVS有损音频编码，可以实现高保真音频编码方法和高保真音频解码方法，AVS2的压缩效率比上一代AVS国家标准提高了一倍。目前AVS2音频的工作重点是面向高清晰度电视应用并实现5.1环绕立体声的高保真编码。AVS2的这些特点使得它具有极大的发展潜力。目前AVS2有损音频虽然有初始版本的参考代码，但市面上还没有可用的AVS2音频编解码开发工具库与实际应用系统，且参考代码只能实现WAV文件与AVS2音频文件的相互转换。
　　本文在定量分析AVS2音频有损压缩编码性能的基础上对AVS2音频编解码参考代码进行了详细分析，设计实现了基于Android的AVS2音频文件录制程序与WINDOWS平台下的AVS2音频文件实时播放程序。论文工作对于推广及实际应用AVS2音频编解码技术具有现实价值。
　　因为公开文献尚不能检索到AVS2有损压缩音频编码的具体性能（如压缩率和失真度），本文首先计算并对比了AVS2和MP3这两种音频编码文件的压缩率，结果表明AVS2音频文件的平均压缩量优于MP35.7倍;而其还原后音频的平均失真度仅逊于MP3约4％。非周期相关函数分析结果显示了类似的结果，即AVS2解码还原后的波形信号相关函数值（反映还原信号与原始信号的相似度）仅比MP3低11％。所以，AVS2音频以较少的还原音频信号质量损失为代价，换来了压缩效率的极大提升。
　　根据上述关于AVS2有损音频性能的定量分析，采用AVS2代替MP3或WAV等格式实现手机通话录音能在保证录音质量损失不大的前提下，极大地节省手机存储。为此本文在分析AVS2音频有损压缩编码算法参考代码的基础上，将它由台式机移植到Android平台，并结合录音功能实现了基于Android的AVS2音频文件录制。
　　本文最后详细描述了基于WINDOWS平台的AVS2音频文件播放器的设计与实现。通过建立内存缓冲区，引入WINDOWS多线程库对单线程的参考解码程序进行多线程改造，解码后的音频信号由参考解码程序输出为WAV文件的方式改造为对播放缓冲区进行实时存储，进而实现了AVS2音频文件的实时播放。目的是为进一步实现通用的第三方AVS2音频解码核心库奠定基础。
　　本文共分为5章。本文第1章概述了AVS2标准的研究背景，简单介绍了国内外主要的一些数字音频编解码标准，说明了研究AVS2音频的意义和本文的内容结构安排。第2章对比了AVS1和AVS2音频编解码的模块信息和框架结构，介绍了AVS2音频文件存储结构。第3章首先介绍了WAV文件格式和MP3算法，对比了AVS2和MP3这两种文件的压缩率。然后对比了AVS2有损音频和MP3解码还原的音频信号与编码前的原始音频信号相比的失真度和相关值。第4章分析了AVS2音频编码算法参考代码，将AVS2音频编码算法移植到Android平台并加入了录音过程，实现了基于Android的AVS2音频文件的录制。第5章研究了AVS2音频解码算法，对算法进行了多线程改造，引入WINDOWS多线程库，建立内存缓冲区，将对WAV文件的存取过程改为对缓冲区的操作，以达到实时播放AVS2音频文件的目的。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 ITU-T

1．2．2 MPEG

1．2．3 AVS

1．3 论文的主要内容和结构安排

第2章 AVS2音频标准

2．1 AVS2音频标准介绍

2．2 AVS2音频与AVS1音频编解码器对比

2．3 AVS2音频文件存储结构

2．4 本章小结

第3章 AVS2音频编码性能分析

3．1 WAV与MP3介绍

3．2 AVS2与MP3压缩率对比

3．3 AVS2与MP3失真度对比

3．4 本章小结

第4章 基于安卓的AVS2音频文件录制

4．1 算法移植技术

4．1．1 JNI

4．1．2 NDK

4．1．3 cygwin软件

4．2 NDK环境搭建

4．3 AVS2音频文件录制的实现

4．3．1 AVS2音频编码源码分析

4．3．2 录音实现

4．3．3 AVS2编码算法移植

4．4 录音编码系统实现

4．5 本章小结

第5章 AVS2音频文件实时播放

5．1．2 AVS2音频解码主要模块

5．1．3 AVS2音频解码器源码分析

5．2 实时播放系统功能设计

5．3 AVS2音频解码源程序修改

5．4 缓冲区设置

5．5 多线程设置

5．6 播放功能实现

5．7 实时播放系统总体实现

5．8 实验结果

5．9 本章小结

致谢

总结与展望

参考文献