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mp3

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发表于 2012-1-21 15:38:53 | 显示全部楼层 |阅读模式
Moving Picture Experts Group Audio Layer III
(MPEG-1 Audio Layer 3,動態影像專家壓縮標準音訊層面3)
簡稱為MP3,是當今較流行的一種數位音訊編碼和失真壓縮格式,它設計用來大幅度地降低音訊資料量,而對於大多數使用者的聽覺感受來說,重放的音質與最初的不壓縮音訊相比沒有明顯的下降。它是在1991年,由位於德國埃爾朗根的研究組織Fraunhofer-Gesellschaft的一組工程師發明和標準化的。




概觀


MP3是一個資料壓縮格式。它捨棄脈衝編碼調制(PCM)音訊資料中,對人類聽覺不重要的資料(類似於JPEG是一個失真影像壓縮),從而達到了壓縮成小得多的檔案大小。


在MP3中使用了許多技術,其中包括心理聲學,以確定音訊的哪一部分可以丟棄。MP3音訊可以按照不同的位元率進行壓縮,提供了權衡資料大小和音質之間的依據。


MP3格式使用了混合的轉換機制將時域訊號轉換成頻域訊號:
◇32波段多相積分濾波器(PQF)
◇36或者12 tap 改良離散餘弦濾波器(MDCT);每個子波段大小可以在0...1和2...31之間獨立選擇
◇混疊衰減後處理


根據MPEG規範的說法,儘管有許多創造和推廣其他格式的重要努力,MPEG-4標準中的AAC(Advanced Audio Coding)將是MP3格式的接棒者。然而,由於MP3的空前的流通,在目前來說,其他格式並未能威脅其地位。MP3不僅有廣泛的使用者端軟體支援,也有很多的硬體支援,比如行動式數位音訊播放器(泛指MP3播放器)、DVD和CD播放器。








MP3的音訊品質


因為MP3是一種失真壓縮格式,它提供了多種不同「位元率」(bit rate)的選項—也就是用來表示每秒音訊所需的編碼資料位數。典型的速度介於128kbps和320kbps(kbit/s)之間。與此對照的是,CD上未經壓縮的音訊位元率是1411.2 kbps(16 位元/採樣點 × 44100 採樣點/秒 × 2 通道)。


使用較低位元率編碼的MP3檔案通常回放品質較低。使用過低的位元率,「壓縮噪聲(compression artifact)」(原始錄音中沒有的聲音)將會在回放時出現。說明壓縮噪聲的一個好例子是:壓縮歡呼的聲音;由於它的隨機性和急劇變化,所以編碼器的錯誤就會更明顯,並且聽起來就象回聲。


除了編碼檔案的位元率之外;MP3檔案的品質,也與編碼器的品質以及編碼訊號的難度有關。使用優質編碼器編碼的普通訊號,一些人認為128kbit/s的MP3以及44.1kHz的CD採樣的音質近似於CD音質,同時得到了大約11:1的壓縮率。在這個比率下正確編碼的MP3隻能夠獲得比調頻廣播更好的音質,這主要是那些類比介質的頻寬限制、信噪比和其他一些限制。然而,聽力測試顯示經過簡單的練習測試聽眾能夠可靠地區分出128kbit/s MP3與原始CD的區別[來源請求]。在許多情況下他們認為MP3音質太低是不可接受的,然而其他一些聽眾或者換個環境(如在嘈雜的車中或者聚會上)他們又認為音質是可接受的。很顯然,MP3編碼的瑕疵在低端音效卡或者揚聲器上比較不明顯,而在連線到電腦的高品質立體聲系統,尤其是使用高保真音響裝置或者高品質的耳機時則比較明顯。


Fraunhofer Gesellschaft(FhG)在他們的官方網站上,公布了下面的MPEG-1 Layer 1/2/3的壓縮率和資料速率用於比較:
Layer 1: 384 kbit/s,壓縮率 4:1
Layer 2: 192 - 256 kbit/s,壓縮率 8:1-6:1
Layer 3: 112 - 128 kbit/s,壓縮率 12:1-10:1


不同層面之間的差別是因為它們使用了不同的心理聲學模型導致的;Layer 1的演算法相當簡單,所以透明編碼就需要更高的位元率。然而,由於不同的編碼器使用不同的模型,很難進行這樣的完全比較。


許多人認為所參照的速率,出於對Layer 2和Layer 3記錄的偏愛,而出現了嚴重扭曲。他們爭辯說實際的速率如下所列:
Layer 1: 384 kbit/s 優秀
Layer 2: 256 - 384 kbit/s 優秀,224 - 256 kbit/s 很好,192 - 224 kbit/s 好
Layer 3: 224 - 320 kbit/s 優秀,192 - 224 kbit/s 很好,128 - 192 kbit/s 好


當比較壓縮機制時,很重要的是要使用同等音質的編碼器。將新編碼器與基於過時技術甚至是帶有缺陷的舊編碼器比較可能會產生對於舊格式不利的結果。由於失真編碼會遺失資訊這樣一個現實,MP3演算法透過建立人類聽覺總體特徵的模型盡量保證丟棄的部分不被人耳識別出來(例如,由於noise masking),不同的編碼器能夠在不同程度上實作這一點。










位元率


位元率對於MP3檔案來說是可變的。總的原則是位元率越高則聲音檔案中包含的原始聲音資訊越多,這樣回放時聲音品質也越高。在MP3編碼的早期,整個檔案使用一個固定的位元率。


MPEG-1 Layer 3允許使用的位元率是32、40、48、56、64、80、96、112、128、160、192、224、256和320 kbit/s,允許的採樣頻率是32、44.1和48kHz。44.1kHz是最為經常使用的速度(與CD的採樣速率相同),128kbit/s是事實上「好品質」的標準,儘管320kbit/s在P2P檔案分享網路上越來越受到歡迎。MPEG-2和[非正式的]MPEG-2.5包括其他一些位元率:6、12、24、32、40、48、56、64、80、96、112、128、144、160kbit/s。


可變碼率(VBR)也是可能的。MP3檔案的中的音訊切分成有自己不同位元率的影格,這樣在檔案編碼的時候就可以動態地改變位元率。儘管在最初的實作中並沒有這項功能。VBR技術現在音訊/視訊編碼領域已經得到了廣泛的應用,這項技術使得在聲音變化大的部分使用較大的位元率而在聲音變化小的部分使用較小的位元率成為可能。這個方法類似於聲音控制的磁帶錄音機不記錄靜止部分節省磁帶消耗。一些編碼器在很大程度上依賴於這項技術。


高達640kbit/s的位元率可以使用LAME編碼器和自由格式來實作,但是由於它並非標準位元率之一,有些低端或早期的MP3播放器不能夠播放這些檔案。





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发表于 2012-1-21 20:47:10 | 显示全部楼层
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