数字音频原理及应用 第4版 教案 第三章 数字音频压缩编码-教学设计

《数字音频压缩编码》教学设计授课题目数字音频压缩编码课时安排4个学时教学目的熟悉数字音频压缩编码的机理；了解音频编解码器的性能指标和重建音频质量的评价方法；熟悉数字音频编码的基本方法及分类；掌握感知音频编码的基本原理，理解子带编码的基本思想；重点掌握MPEG-1、MPEG-2AAC的音频编解码原理；了解AVS音频立体声编解码的原理和DRA多声道数字音频编解码的原理；了解新一代环绕多声道音频编码格式。教学重难点重点：感知音频编码，子带编码，MPEG-1和MPEG-2AAC音频编解码；难点：数字音频压缩编码的机理，感知音频编码的基本原理，MPEG-1、MPEG-2AAC的音频编解码原理，MPEG-1、MPEG-2AAC的音频编解码原理。教学方法讲授法，让学生了解和掌握知识点；案例分析及对比法，通过图像/表格案例将抽象的概念具体化，并通过对比将不同概念区分，帮助学生理解知识点；问答及讨论法，采用探讨式和启发式教学，提升学生的想象力和创新力；课程思政：引导学生了解中国在此领域的贡献，加强学生民族自信心和爱国主义情怀。教学手段1．授课内容用ppt展示、板书展示，让学生学习相关内容；2．设有互动提问环节，学生需课前回顾，课后提前预习。教学进程设计教学活动与主要表达教学方法章节导入讲授：信源编码的动机。数字音频编码概述讲授：数字音频编码概述：次声波，音频信号和超声波；数字音频压缩编码的机理：数字音频压缩的必要性和可能性，实例，冗余类型（时域冗余，频域冗余和听觉冗余）；时域冗余，频域冗余和听觉冗余的分类，压缩编码的目的：音频编/解码器的性能指标：重建音频质量及其评价方法（主观评价和客观评价），数码率（比特速率），算法的复杂度（运算复杂度和内存容量要求），编/解码时延，其他性能；数字音频编码技术的分类：波形编码、参数编码、混合编码的概念和分类；数字音频编码标准概述：CCITT（ITU-T）制定的G.7xx系列和ISO/IEC制定的MPEG-x系列标准，音频编码算法和标准表；电话质量的语音压缩标准，调幅广播质量的音频压缩标准，高保真立体声音频压缩标准；图片：时域冗余实例图，数字音频编码技术的分类框图，波形编码、参数编码和混合编码的主观音质评价图，G.723.1标准编码框图，G.722SB-ADPCM编译码器方框图。常用数字音频编码技术讲授：线性预测编码：相关概念，语音生成模型，激励源和声道模型，浊音和清音，线性预测，LPC-10编码器；矢量量化：分类（标量量化和矢量量化），矢量量化的过程，相关概念（失真测度，重构矢量，码书，码字，矢量量化器），矢量量化的两个问题；CELP编码：概念和地位，码激励；感知编码：概念和理论基础，特性，频域掩蔽和时域掩蔽；子带编码(SBC)：概念，整带时域编码，子带编码，等带宽子带编码和变带宽子带编码，子带编码的优点；图片：清音/浊音示意图，语音生成模型图，LPC语音合成图，矢量量化图，矢量量化系统的组成框图，典型的CELP系统，感知音频编码器的基本结构，子带编解码框架图。MPEG-1音频编码标准讲授：MPEG-1音频编码算法：概念和地位，算法特点；MPEG-1音频编码算法分类：第1层（LayerⅠ），第2层（LayerⅡ）和第3层（LayerⅢ）；MPEG-1音频编码的基本原理：LayerI/II编码方案(MUSICAM)，多相滤波器组，心理声学模型I和II，比特分配，成帧，信号掩蔽比（SMR），信号掩蔽比（SMR）；MPEG-1AudioLayerI：码流结构，数据帧格式；MPEG-1AudioLayerII：码流结构，数据帧格式，技术参量（CRC校验，比特分配等，比例因子）；MPEG-1AudioLayerIII：动机，编解码特点；图片：层Ⅰ、层Ⅱ和层Ⅲ的子带样本，LayerI/II的编解码器示意图，MPEG-1LayerI的音频码流的数据帧格式图例，MUSICAM解码器流程图，MPEG-1AudioLayerIII编解码器框图。MPEG-2音频编码标准讲授：概述：概念，分类（MPEG-2Audio和MPEG-2AAC），MPEG-2MUSICAM环绕声，向前兼容和向后兼容；MPEG-2AAC编码算法：概念和特性，档次（主档次，低复杂度档次，可分级的采样率档次）；图片：MPEG-2编解码器示意图。MPEG-4音频编码标准讲授：编码方法：参数编码，码激励线性预测，时间/频率编码，结构化声音编码，文本-语音系统合成；三种类型的音频编码器：参数编码器，CELP编码器和T/F编码器；MPEG-2AAC编码算法：概念和特性，档次（主档次，低复杂度档次，可分级的采样率档次）。中国制定的音频编码标准讲授：AVS音频立体声编码标准：背景；支持的采样频率，主要过程，AVS音频编码步骤；AVS音频的档次：两种档次；AVS音频和MPEGACC技术的比较：编码效率，编码复杂度，解码复杂度，可分级性；DRA多声道数字音频编解码标准：自适应时频分块（AdaptiveTimeFrequencyTiling，ATFT）方法，特点和应用领域；图片：AVS音频立体声编解码框图。八、重点及难点总结讲授：重点：感知音频编码，子带编码，MPEG-1和MPEG-2AAC音频编解码；难点：数字音频压缩编码的机理，感知音频编码的基本原理，MPEG-1、MPEG-2AAC的音频编解码原理，MPEG-1、MPEG-2AAC的音频编解码原理。九、课后思考及作业子带编码的思想是什么？进行子带编码的好处是什么？声音压缩的依据是什么？MPEG-1音频比特流数据帧中的比例因子起什么作用？询问对本节课内容是否存在疑问。讲授引导教师讲授实例辅助讲解对比分析图例辅助分析教师讲授对比分析图例辅助讲解教师讲授对比分析图例辅助讲解教师讲授图例辅助讲解教师讲授对比分析教师讲授对比分析课程思政图例辅助分析重难点总结课后作业答疑教学