常见的6种音频编码有哪些特性?

在音频通信项目中,特别是基于网络的实时音频通信,通过网络对音频进行编码传输,不同的编码方式有着不同的特点和应用场景,决定着音频传输的质量和使用的体验。

在应用过程中,音频信号通过模拟信号转换为数字信号的编码方式,可以更好的在网络载体是传播。根据香农的采样定律,人类通常可以听到高达 ~22,000Hz 的范围,因此 CD 和其他高保真格式的采样率通常目标为 >44,000Hz 的采样率。然而,大多数人类语音的频率范围最多仅为 3,000-4,000Hz,因此仅针对语音优化的音频编解码器的采样率仅为 6,000-8,000Hz。音频编解码器通常分为以下几类:

窄带:对可理解的人类语音的最基本范围进行采样,通常在 ~300Hz 到 ~3400Hz 之间。

宽带:对人类语音的全范围进行采样,从 50Hz 到 ~7000Hz

全频带:对音乐和任何其他可听声音进行采样,从 50Hz 到 ~22,000Hz

目前常用的音频编码,根据产生背景,应用场景不同,有着不同的特点和采样范围,这些编码都有哪些特点呢?

G.711

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G.711 是现有最基本的音频编码之一,也是支持最好的音频编码之一。它广泛应用于电话网络,需要 64Kb/s 带宽,它没有对音频进行压缩。然而,它的实现极其简单,并且对 CPU 的要求极低,因此实现和部署的成本非常低。

G.711 有两种不同的变体:μ 律(在 ASCII 中呈现为 u-law)和 A-law。这两种变体使用的压缩方法略有不同,μ定律支持稍大的动态范围,但在处理低音量信号时听起来比 A 定律略差。μ律在北美和日本最常用,而 A 律在其他地区更常见。

由于目前对互联网带宽已经非常大,G.711的应用也更为广泛。

G.729

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G.729 是一种较旧的编码,旨在提供与 G.711 类似的质量级别,但比特率仅为 G.711 的一小部分。虽然具有与 G.711 相同的采样率和更好的位深度,但其有损压缩,意味着其质量实际上比 G.711 稍差,但其比特率要低得多。在早期主要为了解决有限的互联网带宽来应用。随着网络带宽的加大,G.729的应用也在逐步减少。

G.722

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G.722与 G.729 试图以更高的压缩率提供 G.711 质量的音频不同,G.722 的目标是以与 G.711 相似的比特率提供更高的质量。G.722 主要由针对更高级别音频保真度的旧系统使用,尽管更现代的编解码器可以在较低带宽下提供更高的音频质量,但 G.722 主要关注的是互操作性。目前G.722也是IP语音设备最为推崇的一种编码方式。以高保真的能力进行宣传。特别是带有会议功能的IP话机,都会使用G.722编码。

iLBC

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iLBC(即互联网低比特率编码),设计为 G.729 的更现代替代品,可在类似的 CPU 要求和稍高的比特率下提供显着更高的质量。它还设计有对丢失数据包的内置支持,正如其名称所示,它设计用于在公共互联网上运行,而不是在内部公司网络上运行,后者往往更可靠。然而,虽然它在网络语音应用程序中得到了支持,但在该领域之外的采用却有限。

AAC

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AAC(即高级音频编码)是一种主要为预先录制的音频而设计的编码,作为 MP3 的后继者,广泛应用于各种现代应用程序中。AAC 实际上包括多种不同的工具集和操作模式,其中之一是 AAC-LD,其中 LD 代表低延迟。AAC-LD 针对实时使用进行了优化,这是 AAC 的变体,许多 SIP 和专有视频会议系统都支持它作为现代宽带或全带编码,以提供高质量的音频。但要注意,AAC 是一种高度复杂的格式,并且受到专利的限制,因此大多数提供 AAC-LD 支持的视频会议软件都是通过由 Fraunhoffer 等独立实体许可的实现来实现的。

Opus

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Opus 是一种现代音频编码,设计为“通用”编解码器,可解决从极低带宽到高保真全频带的实时用例,而且它是无专利和开源的。它还包括许多可以在编码期间启用的工具,例如用于防止丢失的本机前向纠错 (FEC)以及在静默期间大幅减少带宽的模式。

Opus 编码必须实现整个工具集才能兼容。可以使用开源 libopus 库对 Opus 进行编码和解码。Opus 用于 WebRTC,并越来越广泛地用于其他现代实时媒体会议解决方案。

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