2025年大學(xué)《聲學(xué)》專業(yè)題庫(kù)——聲學(xué)技術(shù)在音頻編碼中的應(yīng)用考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分）1.在音頻編碼中，利用人耳的頻率掩蔽效應(yīng)，主要是為了（）。A.提高聲音的保真度B.壓縮音頻數(shù)據(jù)，去除冗余信息C.增強(qiáng)聲音的立體感D.改善音頻的動(dòng)態(tài)范圍2.以下哪種心理聲學(xué)現(xiàn)象描述了當(dāng)較強(qiáng)聲音存在時(shí)，對(duì)同時(shí)或稍后出現(xiàn)的較弱聲音的聽(tīng)閾提高？A.頻率分辨率的限制B.響度非線性感知C.同時(shí)掩蔽效應(yīng)D.聽(tīng)覺(jué)暫留3.MP3等傳統(tǒng)音頻編碼器廣泛使用的變換是（）。A.離散傅里葉變換（DFT）B.離散余弦變換（DCT）C.小波變換（WaveletTransform）D.線性預(yù)測(cè)變換（LPT）4.心理聲學(xué)模型在音頻編碼器中的主要作用是（）。A.計(jì)算音頻信號(hào)的頻譜B.對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行濾波C.分析音頻信號(hào)，預(yù)測(cè)人耳的掩蔽效應(yīng)，為比特分配提供依據(jù)D.量化音頻信號(hào)的幅度5.以下哪種音頻編碼標(biāo)準(zhǔn)通常被認(rèn)為是基于先進(jìn)子帶編碼（AdvancedSpectralCoding）技術(shù)的？（）A.AACB.VorbisC.MP3D.AMR6.在音頻編碼中，幀長(zhǎng)和重疊的設(shè)計(jì)需要考慮的主要聲學(xué)因素是（）。A.聲音的響度B.人耳的時(shí)間分辨率（聽(tīng)覺(jué)暫留）C.聲音的頻率成分D.聲音的相位信息7.評(píng)價(jià)音頻編碼質(zhì)量的主觀測(cè)試方法MUSHRA指的是（）。A.平均意見(jiàn)得分（MeanOpinionScore）B.峰值信噪比（PeakSignal-to-NoiseRatio）C.基準(zhǔn)信號(hào)質(zhì)量評(píng)估（BenchmarkSignalQualityAssessment）D.短時(shí)客觀intelligibility測(cè)試8.無(wú)損音頻編碼技術(shù)（如FLAC）與有損編碼技術(shù)（如MP3）最根本的區(qū)別在于（）。A.編碼器的復(fù)雜度B.所用psychoacousticmodel的不同C.是否完全保留了原始音頻信號(hào)的所有信息D.目標(biāo)比特率的高低9.現(xiàn)代音頻編碼器中自適應(yīng)比特分配策略的設(shè)計(jì)目標(biāo)是（）。A.將所有音頻成分賦予相同的比特率B.根據(jù)各頻段或時(shí)間段的信號(hào)重要性和掩蔽閾值，動(dòng)態(tài)調(diào)整比特分配C.總比特率固定不變D.盡可能使用最少的比特率10.基于掩蔽效應(yīng)進(jìn)行音頻編碼時(shí)，通常對(duì)以下哪個(gè)頻段的信號(hào)分配更多的比特？（）A.低于20Hz的次聲波B.人耳最敏感的中心頻帶（約2kHz-5kHz）C.超過(guò)20kHz的超聲波D.掩蔽效應(yīng)最小的頻段二、填空題（每空1分，共15分）1.人耳對(duì)不同頻率聲音的響度感知是非線性的，描述這一特性的常用標(biāo)尺是________。2.音頻信號(hào)從時(shí)域轉(zhuǎn)換到頻域常用的數(shù)學(xué)工具包括傅里葉變換和________。3.為了在時(shí)域上實(shí)現(xiàn)頻率域的變換效果，音頻編碼中常采用________和重疊加窗技術(shù)。4.心理聲學(xué)模型的核心任務(wù)之一是估計(jì)________閾值，用于判斷信號(hào)是否會(huì)被背景噪聲或主導(dǎo)聲音所掩蔽。5.掩蔽效應(yīng)不僅包括同時(shí)掩蔽，還包括聲音停止后一段時(shí)間內(nèi)仍然存在的________掩蔽。6.音頻編碼中的比特分配是指在編碼過(guò)程中，根據(jù)心理聲學(xué)分析結(jié)果，決定每個(gè)頻段或時(shí)間幀應(yīng)分配的________。7.目標(biāo)碼率是指音頻編碼器在單位時(shí)間內(nèi)輸出碼流的大小，通常用________表示。8.除了有損壓縮，音頻編碼技術(shù)還包括________壓縮，它可以在不損失任何信息的情況下壓縮音頻。9.立體聲音頻編碼需要考慮雙耳效應(yīng)，常用的技術(shù)有________編碼和雙聲道編碼。10.音頻編碼的主觀評(píng)價(jià)方法需要通過(guò)________對(duì)編碼后的音頻進(jìn)行評(píng)判，并給出等級(jí)。三、簡(jiǎn)答題（每題5分，共20分）1.簡(jiǎn)述人耳的臨界頻帶概念及其在音頻編碼中的意義。2.解釋什么是掩蔽效應(yīng)，并說(shuō)明它為什么是音頻編碼實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)壓縮的理論基礎(chǔ)。3.比較基于子帶編碼（SBC）和基于變換編碼（如AAC）在利用心理聲學(xué)信息方面的主要區(qū)別。4.簡(jiǎn)述音頻編碼中比特分配的基本原則，并說(shuō)明響度感知在其中扮演的角色。四、論述題（10分）結(jié)合你所學(xué)的聲學(xué)知識(shí)，論述心理聲學(xué)模型是如何指導(dǎo)音頻編碼器去除冗余信息的？請(qǐng)說(shuō)明其主要分析步驟和相應(yīng)的編碼處理策略。試卷答案一、選擇題1.B2.C3.B4.C5.A6.B7.A8.C9.B10.B二、填空題1.等響曲線2.離散余弦變換（或MDCT）3.離散傅里葉變換（或MDCT）4.掩蔽5.后續(xù)（或暫時(shí)）6.比特7.kbps（或bit/s）8.無(wú)損9.矢量（或差分）10.聽(tīng)覺(jué)評(píng)價(jià)（或聽(tīng)眾）三、簡(jiǎn)答題1.簡(jiǎn)述人耳的臨界頻帶概念及其在音頻編碼中的意義。解析思路：首先定義臨界頻帶是人耳能夠分辨兩個(gè)相鄰純音頻率差別的最小頻率范圍。然后說(shuō)明其意義：臨界頻帶代表了人耳在頻率分辨率上的限制，即在一個(gè)頻帶內(nèi)，即使存在多個(gè)頻率成分，只要它們的差異小于一個(gè)臨界頻帶寬度，人耳通常無(wú)法區(qū)分。在音頻編碼中，這意味著對(duì)于落在同一臨界頻帶內(nèi)的多個(gè)頻率分量，可以將其合并處理（如合并成一個(gè)子帶），因?yàn)槿硕鸁o(wú)法分辨它們，從而顯著減少需要編碼的數(shù)據(jù)量，實(shí)現(xiàn)壓縮。2.解釋什么是掩蔽效應(yīng)，并說(shuō)明它為什么是音頻編碼實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)壓縮的理論基礎(chǔ)。解析思路：首先解釋掩蔽效應(yīng)：當(dāng)某個(gè)較強(qiáng)聲音存在時(shí)，會(huì)使得同時(shí)或緊隨其后出現(xiàn)的較弱聲音的聽(tīng)閾升高，甚至完全聽(tīng)不見(jiàn)。這包括同時(shí)掩蔽和后續(xù)掩蔽。然后說(shuō)明其作為壓縮理論基礎(chǔ)：掩蔽效應(yīng)表明人耳對(duì)音頻信號(hào)的感知不是線性的，存在“不可聞”的冗余信息。音頻編碼器可以利用這一特性，在心理聲學(xué)模型分析的基礎(chǔ)上，判斷哪些信號(hào)分量被強(qiáng)信號(hào)掩蔽，從而在編碼過(guò)程中降低或去除這些被掩蔽信號(hào)的編碼精度，甚至直接舍棄，而不顯著影響感知到的音頻質(zhì)量，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)壓縮。3.比較基于子帶編碼（SBC）和基于變換編碼（如AAC）在利用心理聲學(xué)信息方面的主要區(qū)別。解析思路：首指出兩者都利用心理聲學(xué)信息。然后比較主要區(qū)別：SBC先將信號(hào)分解為多個(gè)子帶（通常是固定帶寬），然后在每個(gè)子帶內(nèi)獨(dú)立進(jìn)行心理聲學(xué)分析和編碼處理（如比特分配、量化）；而基于變換的編碼（如AAC）通常先對(duì)整個(gè)信號(hào)塊進(jìn)行變換（如MDCT），得到頻譜系數(shù)后再進(jìn)行心理聲學(xué)分析和編碼，其分析通常在變換后的頻域或時(shí)頻域上進(jìn)行，并且其變換本身也可能與聲學(xué)特性有關(guān)（如AAC的MDCT參數(shù)選擇）。可以說(shuō)，SBC的聲學(xué)分析更偏重于各頻帶內(nèi)，而變換編碼則更側(cè)重于時(shí)頻局部的聲學(xué)分析。4.簡(jiǎn)述音頻編碼中比特分配的基本原則，并說(shuō)明響度感知在其中扮演的角色。解析思路：首述基本原則：比特分配的目標(biāo)是根據(jù)心理聲學(xué)模型的分析結(jié)果，將有限的比特資源優(yōu)先分配給那些對(duì)聽(tīng)感貢獻(xiàn)最大、最易被掩蔽的音頻成分，而對(duì)那些不易被察覺(jué)或已被掩蔽的成分分配較少甚至沒(méi)有比特。基本原則包括：根據(jù)信號(hào)功率或重要性分配、根據(jù)掩蔽閾值分配（保護(hù)重要信號(hào)不被掩蔽）。然后說(shuō)明響度感知的角色：響度感知是確定信號(hào)重要性及掩蔽閾值的基礎(chǔ)。心理聲學(xué)模型通過(guò)估算信號(hào)的響度和感知重量，判斷其在當(dāng)前聽(tīng)覺(jué)場(chǎng)景下的相對(duì)重要性以及它對(duì)其他信號(hào)掩蔽能力的大小，這些估算結(jié)果直接指導(dǎo)比特分配策略，確保高響度、重要或易被掩蔽的信號(hào)獲得足夠比特，從而在保證聽(tīng)覺(jué)質(zhì)量的前提下實(shí)現(xiàn)高效壓縮。四、論述題結(jié)合你所學(xué)的聲學(xué)知識(shí)，論述心理聲學(xué)模型是如何指導(dǎo)音頻編碼器去除冗余信息的？請(qǐng)說(shuō)明其主要分析步驟和相應(yīng)的編碼處理策略。解析思路：心理聲學(xué)模型（PSM）的核心功能是模擬人耳的聽(tīng)覺(jué)特性，為音頻編碼器提供如何去除人耳感知冗余信息的決策依據(jù)。其主要工作流程和編碼策略如下：1.信號(hào)分解：音頻編碼器首先將輸入的時(shí)域信號(hào)分解成適合處理的形式，常見(jiàn)的有短時(shí)傅里葉變換（STFT）或其高效實(shí)現(xiàn)MDCT，得到信號(hào)的時(shí)頻表示（頻譜圖）。2.心理聲學(xué)分析（核心步驟）：*頻率分析：計(jì)算每個(gè)頻譜分量的功率或能量。*掩蔽閾值計(jì)算：根據(jù)臨界頻帶理論、等響曲線、掩蔽效應(yīng)模型（同時(shí)掩蔽、后續(xù)掩蔽），結(jié)合當(dāng)前幀及周圍幀的信號(hào)特性，計(jì)算每個(gè)頻譜分量所在位置的瞬時(shí)掩蔽閾值。這閾值代表了在該位置和附近時(shí)間，人耳剛好能察覺(jué)到最小聲音所需的聲壓級(jí)。*重要性判斷：結(jié)合響度感知模型，評(píng)估每個(gè)頻譜分量的感知重要性。通常，響度高、接近或超過(guò)掩蔽閾值的分量被認(rèn)為是重要的，而響度低、遠(yuǎn)低于掩蔽閾值的分量被認(rèn)為是冗余或不可聞的。3.編碼策略決策（基于分析結(jié)果）：*比特分配：根據(jù)重要性分析結(jié)果，為不同的頻段或時(shí)間幀分配不同的比特率。高重要性區(qū)域（易被掩蔽）分配更多比特以保證質(zhì)量，低重要性區(qū)域分配更少比特甚至舍棄（Zero-OrderQuantization,0-orderquantization），去除感知冗余。*量化：對(duì)每個(gè)頻譜系數(shù)進(jìn)行量化。重要系數(shù)使用較高的量化精度（小的量化步長(zhǎng)），以減少失真；不重要系數(shù)使用較低的量化精度（大的量化步長(zhǎng)），甚至直接賦予一個(gè)代表“不可聞”的值（如0或某個(gè)閾值），徹底去除冗余。