藍牙協議中的SBC編解碼原理和仿真

1、SBC的原理

　　SBC是subband codec的縮寫，中文叫作次頻帶編碼，也叫子帶編碼。其基本原理是把信號的頻率分爲若干子帶，而後對每一個子帶進行編碼，並根據每一個子帶的重要性及特色分配不一樣的位數（採樣深度）來表示數據。
例如，在音頻編碼中，因爲人耳對不一樣頻率的敏感度不一樣，能夠在對人耳敏感的子帶使用較細的量化（較大的採樣深度），對人耳不敏感的子帶使用較粗糙的量化（較小的採樣深度），從而在不下降主觀聽覺效果的狀況下達到較好的壓縮效果。
又例如，離散餘弦變換(DCT)時一種處理數字信號的方法，普遍應用有語音和圖像壓縮。聲音通過離散餘弦變換(DCT)之後，其係數更多的集中在較低序號的部分。對變換後的高序號部分的編碼就很簡單，能夠用很小的採樣深度對其進行編碼。


上圖是變換前的信號，下圖是DCT變化之後的序號，變換後適合子帶編碼。


2、SBC編碼過程


SBC編碼的輸入是PCM數據，即採樣後的時間序列，輸出是二進制流。
時間序列通過分析過程，轉化爲頻域信號，而後對頻域信號分段編碼。爲每個子頻段指定一個scalfactor及採樣深度，對這個子頻段的數據進行自適應PCM編碼(Adaptive Pulse Code Modulation)。而後把各個子頻段編碼後的數據打包，做爲一幀數據，以二進制流的方式輸出。

1. Analysis Filter
   其目的是爲了把時間序列變換到頻域，使用的方法是多相濾波器組。子頻段的個數能夠是4個或8個，對應不一樣的多相濾波器組。
2. Scale Factors計算
   每個子頻段的幅值的範圍是不一樣的，取每個子頻段幅值的最大值做爲這個子頻段的scale factor。好比子頻段1的幅值分佈在(0, 128)區間，子頻段2的幅值分佈在(0, 32)區間，那麼自定子頻段1的scale factor爲128， 子頻段2的scale factor爲32。
3. Bit Allocation
   每個子頻段有若干幅值須要編碼，每一個幅值須要用若干比特數來表示。同一個子頻段中每一個幅值的比特數相同，不一樣子頻段幅值分配的比特數不一樣。爲每一個子頻段分配幅值比特數的過程叫作bit allocation。
4. APCM
   根據每一個子頻段的scale factor及每一個幅值須要的比特數，對每個子頻段進行編碼的過程。獲得每一個子頻段的量化結果，即Quantized Subband。
5. BItStream packing
   把每一個子頻段編碼後的結果組合起來，加上校驗碼、幀頭信息等的過程。

3、SBC解碼過程


SBC解碼過程是編碼過程的逆過程，其輸入是二進制流，輸出是PCM數據。
首先對二進制流進行解包，獲得一幀一幀的數據。每一幀中都包含子頻段數(4或8)、每一個子頻段的scale factor、每一個子頻段幅值須要的比特數，根據這些信息及每一個子頻段編碼以後的數據，重建(Reconstruction)子頻段的編碼前的數據。而後通過逆向的多相濾波器組，獲得原始的PCM數據。將全部子頻段的PCM數據合併，獲得解碼後的PCM數據。

4、關於SBC編碼的一些性質

1. SBC是有損編碼
   因爲無線傳輸的帶寬有限，SBC在對每一個子頻段進行編碼時，進行了有損處理，以達到數據壓縮的目的。即通過SBC編解碼之後，PCM數據發生了變化。所以藍牙設備的音質不是很好。
2. SBC支持的採樣率
   包括44.1kHz、48kHz、32kHz、16kHz。
3. SBC支持的聲道
   支持單聲道(MONO CHANNEL)、雙聲道(DUAL CHANNEL)、立體聲(stereo)、聯合立體聲(Joint Stereo)。

5、編解碼仿真

 

　　1 下載信息：

• Download (HTTP): https://www.kernel.org/pub/linux/bluetooth/sbc-1.4.tar.xz

• Download MD5 sum: 800fb0908899baa48dc216d8e156cc05

• Download size: 248 KB

• Estimated disk space required: 2.9 MB

• Estimated build time: Less than 0.1 SBU

    2 編譯和運行：

./configure --prefix=/usr --disable-static --disable-tester &&
make

    3 使用方法：

      編碼：

sbcenc test9a.au > test9.sbc

     解碼：

sbcdec -f test9b.au test9.sbc

  親測有效。

 

參考文檔：

1 https://www.cnblogs.com/huahuahu/p/lan-ya-xie-yi-zhong-deSBC-bian-ma.html

2 http://www.linuxfromscratch.org/blfs/view/svn/multimedia/sbc.html