mp3-Audioformat, das beliebteste


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mp3-Audioformat, das beliebteste

mp3 audio format

Mit der rasanten Entwicklung der Dateikomprimierungstechnologie ist MP3 heute zum beliebtesten Musikformat geworden.

mp3 audio format

Hochwertige Musik verbreitet sich mit dem Arrangement von 0 und 1 schnell in alle Teile der Welt und erschüttert die Herzen der Menschen. Was ist MP3? Der vollständige Name von MP3 lautet MPEG Audio Layer 3. Es ist ein effizientes Computer-Audiocodierungsschema, das Audiodateien in kleinere Dateien mit der Erweiterung .MP3 mit einer höheren Komprimierungsrate konvertiert und im Wesentlichen die Klangqualität der Originaldatei beibehält. MP3 ist Teil des ISO/MPEG-Standards. Der ISO/MPEG-Standard beschreibt die Audiokomprimierung unter Verwendung eines hochleistungsfähigen Wahrnehmungscodierungsschemas. Dieser Standard wurde kontinuierlich aktualisiert, um dem Streben nach “hoher Qualität und kleiner Quantität” gerecht zu werden, und hat nun MPEG Layer 1, Layer 2, Layer 3 drei Audiocodierungs- und -decodierungsschemata gebildet. Die Kompressionsrate von MPEG Layer 3 kann von 1:10 bis 1:12 reichen. Eine 1 MB große MP3-Datei kann 1 Minute lang abgespielt werden, während eine 1 Minute lange WAV-Datei in CD-Qualität (44100 Hz, 16 Bit, 2 Kanäle, 60 Sek.) 10 MB Speicherplatz belegt, also sollte die Zeit berechnet werden. Die Wiedergabezeit einer 650 MB MP3-Disc sollte länger sein als 10 Stunden, während die Wiedergabezeit einer CD mit der gleichen Kapazität etwa 70 Minuten beträgt. Die Vorteile von MP3 werden von CD nicht erreicht. 2 Analyse des Prinzips von MP3 2.1 MPEG-Audiostandard MPEG (Moving Picture Experts Group) ist eine Expertengruppe für bewegte Bilder unter ISO, und der von ihr formulierte MPEG-Standard ist in verschiedenen Multimediabereichen weit verbreitet. MPEG-Standards umfassen Video- und Audiostandards, unter denen MPEG-1-, MPEG-2-, MPEG-2-AAC- und MPEG-4-Audiostandards entwickelt wurden. Die MPEG-1- und MPEG-2-Standards verwenden die gleiche Familie von Audio-Codecs: Layer 1, 2 und 3. Eine neue Funktion von MPEG-2 ist die Verwendung von Erweiterungskits mit niedriger Abtastrate, um den Datenverkehr zu reduzieren, und eine weitere Funktion ist die Mehrkanal-Erweiterungskit, das die Anzahl der Hauptkanäle auf fünf erhöht. Fraunhofer IIS und AT&T veröffentlichten 1997 den Standard MPEG-2 AAC (MPEG-2 Advanced Audio Coding), um den Datenverkehr deutlich zu reduzieren. Der von MPEG-2 AAC übernommene MDCT-Algorithmus (Modified Discrete Cosine Transform). Die Abtastfrequenz kann zwischen 8 KHz und 96 KHz liegen, und die Anzahl der Kanäle kann zwischen 1 und 48 liegen. MPEG Audio Layer 1, 2 und 3 verwenden die gleiche Filterbank, Bitstream-Struktur und Header-Informationen, und die Abtastrate beträgt entweder 32 KHz, 44,1 KHz oder 48 KHz. Schicht 1 ist für digitales Kompressionsband DCC (Digital Compact Cassette) ausgelegt, die Datenrate beträgt 384 kbps, und Schicht 2 ist ein Kompromiss zwischen Komplexität und Leistung eingegangen, und die Datenrate wurde auf 256 kbps bis 192 kbps reduziert. Layer 3 wurde von Anfang an für niedrige Datenraten entwickelt, und die Datenrate beträgt 128 Kbps-112 Kbps. Layer 3 fügt MDCT-Transformation hinzu, wodurch seine Frequenzauflösung 18-mal höher ist als die von Layer 2. Layer 3 verwendet auch Informationsmittelung ähnlich wie MPEG Video-Entropie-Codierung zur Reduzierung redundanter Informationen. Die überwiegende Mehrheit von MP3 verwendet den MPEG-1-Standard. 2.2 Der Zweck der Audiokomprimierung Das MP3-Format begann Mitte der 1980er Jahre, und das Fraunhofer-Institut in Erlangen, Deutschland, engagierte sich für eine hochwertige Audiocodierung mit niedriger Datenrate. Schauen wir uns ein Beispiel an: Sie möchten einen etwa 4 Minuten langen Song Ihrer Wahl sampeln, auf einer Disc speichern und im WAV-Format in CD-Qualität mit einer Abtastrate von 44,1 kHz sampeln, was bedeutet, dass Sie 44100 pro Sekunde empfangen . , Stereo, jede Sample-Datengröße beträgt 16 Bit (2 Byte), der von diesem Song belegte Speicherplatz beträgt also: 44100 x 2 Kanäle x 2 Byte x 60 Sekunden x 4 Minuten = 40,4 MB Wenn Sie diesen Song aus dem Internet herunterladen, gehen Sie davon aus, dass die Übertragungsgeschwindigkeit 56 kbps beträgt , die Downloadzeit beträgt: 40,4 x 106 x 8/56 x 103 x 60 = 96 Minuten. Selbst ein 1M-Breitbandnetz benötigt mehr als 5 Minuten. Es ist ersichtlich, dass die Audiokomprimierung besonders wichtig ist, um den Speicherplatz von Audiodaten zu reduzieren. 2.3 MP3-Codierung und -Decodierung Die MP3-Audiokomprimierung umfasst die Codierung und Decodierung in zwei Teilen. Beim Codieren werden die Daten in einer WAV-Datei in einen stark komprimierten Bitstream umgewandelt, und beim Decodieren wird der Bitstream genommen und in eine WAV-Datei rekonstruiert. MP3 verwendet einen Verzerrungsalgorithmus namens Perceptual Audio Coding. Der Frequenzbereich des vom menschlichen Ohr wahrgenommenen Schalls reicht von 20 Hz bis 20 kHz. MP3 schneidet viele redundante und irrelevante Signale heraus.


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MP3-Encoder

MP3-Encoder

Mp3 Encoder

1. Häufig gestellte Fragen zum MP3-Encoder

Mp3 Encoder

: Was ist ein MP3-Encoder?
Ein MP3-Encoder ist eine Software, die den MP3-Codec-Algorithmus (Komprimierung/Dekomprimierung) verwendet, um MP3-Dateien zu erstellen. Die meisten Encoder konvertieren nur
eine WAV-Datei in eine MP3-Datei, obwohl viele andere Formate wie WMA, Real Audio, Ogg usw. konvertieren können.

Es gibt nur wenige eigenständige Encoder, und viele Software verwendet auch nur 4 Hauptcodierungs-Engines, hauptsächlich aufgrund von
Patente der Fraunhofer Gesellschaft und verschiedene Unternehmen, die mit ISO-Quellen helfen. Obwohl kein Unternehmen die Lizenz besitzt, die
Entwickler müssen teure Lizenzgebühren bezahlen, egal welchen proprietären MP3-Encoder sie verwenden. Zu den wichtigsten MP3-Encoding-Engines gehören: LAME (
Nicht-ISO-Quelle), BladeEnc, Fraunhofer und Xing-Encoder von Real Networks.

– Wie funktioniert der MP3-Encoder?
Die Kerntechnologie unter MPEG-Layer 3 ist im MP3-Encoder enthalten. Der Dekodierungsprozess verwendet eine Reihe von Algorithmen und Regeln, um Audio zu komprimieren.
Der Encoder erkennt auch Geräusche, die gleichzeitig auftreten
und sie versuchen, alle auszuschließen, die durch andere Geräusche “maskiert” oder “unhörbar” sein könnten.

– Was ist ein guter MP3-Encoder?
Xing ist der schnellste Encoder in Bezug auf die Geschwindigkeit, aber der schlechteste in der Qualität. Für kleinere Dateigrößen bietet Fraunhofer FastEnc
bietet die beste Qualität. LAME ist ein sehr guter Encoder, und eine Version ist schneller als die vorherige, BladeEnc
es ist die beste Qualität für große Dateien, aber sehr langsam.

2. Dissektion von MP3-Dateien
Neben der Beherrschung der grundlegenden Funktionen des MP3-Encoders müssen normale Benutzer nicht wissen, wie die interne Struktur der MP3-Datei codiert ist, genau wie die Situation, wenn
face JPEG- oder DOC-Dateien. Aus morbider Neugier hier eine Röntgenansicht einer MP3-Datei:

– Boxkopf
Wie oben erwähnt, bestehen MP3-Dateien aus Tausenden von „Frame Frames“, wobei jeder Frame einen Teil (zweiten Teil) wertvoller Audiodaten enthält.
damit der Decoder die Audiodaten rekonstruieren kann. Der erste Teil oben ist der Box-Header. (Frame Header), der aus 32-Bit-Metadaten besteht, die sich auf die beziehen
spätere Daten, siehe Abbildung unten. Der MP3-Header beginnt mit einem 11-Bit-„Sync-Timing“-Block, der es dem Player ermöglicht, den ersten zu suchen und zu sperren
rechtlicher Rahmen verfügbar, der beim MP3-Streaming nützlich ist und ID3 schnell vom Wiedergabequellblock zu einem normalen verschieben oder springen kann.
Stellung . Das bloße Erkennen von synchronisierten Blöcken reicht jedoch theoretisch nicht aus, sodass eine Überprüfung des Headers erforderlich ist.

– Übertragungssperre
MP3 wurde ursprünglich für den Rundfunk entwickelt, und daher wurde es wichtig, dass der MP3-Empfänger an jedem Teil der Sendung mit dem Signal synchronisiert werden kann.
Der Frame-Header wird also am Anfang jeder Frame-Übertragung platziert. Wenn sich ein MP3-Empfänger auf einen Datenstrom „einstellt“, nimmt er den auf
Signal sofort und Sie können es sofort spielen. Interessanterweise ermöglicht es diese Tatsache, MPEG-Dateien in kleine Segmente zu schneiden, von denen jedes unabhängig abgespielt werden kann. Aber leider
nicht möglich in 3-Layer-Dateien (MP3), bei denen Frames oft von anderen Frames abhängen, also können Sie nicht einfach
Bearbeiten .

– Bilder pro Sekunde
So wie die Filmindustrie einen Standard für die Anzahl der Bilder pro Sekunde im Film hat, um eine korrekte Anzeige auf jedem Projektor zu gewährleisten,
Ein ähnlicher Standard wird im MP3-Standard verwendet, unabhängig von der Bitrate der Datei, MPEG-1 Ein Frame in der Datei hat 26 ms, ungefähr 38 fps Frames pro Sekunde. Wenn die Bitrate
ist, ist die Rahmengröße entsprechend größer und umgekehrt. Außerdem ist die Anzahl der in einem MP3-Frame enthaltenen Samples konstant, 1152 Samples pro Frame.

Die Gesamtgröße eines bestimmten Rahmens kann mit der folgenden Formel berechnet werden:

FrameSize = 144 * BitRate / (SampleRate + Padding).

Analyse des MP3-Dateiformats

Analyse des MP3-Dateiformats

MP3 file format analysis

MP3-Kodierung

MP3 file format analysis

Signalbeschreibung:

(1) Eingangssignal mit MP3-Codierung: PCM-Tonsignal (Pulse Code Modulation), einige Audiodateien im .wav-Format sind PCM-Signale.

( 2 ) MP3-codiertes Ausgangssignal: Übertragung im MP3-Format

Dateikapazität im WAV-Format = (Abtastfrequenz X Quantisierungsanzahl der Bits X Kanal) X Zeit / 8 (Byte = 8 Bits). Wenn die 2 Bytes von 14H~15H einen Wert von 1 haben, zeigt dies das PCM-Codierungsformat des Datenbits an, das als Eingang des MP3-Encoders verwendet werden kann.

3. Analyse des SHINE-Programms
SHINE ist ein in C geschriebenes MP-Codierprogramm, das aus insgesamt 11 Quelldateien besteht. Fügen Sie die Quelldatei zur neu erstellten VC-Kaufmodus-Konsolenanwendung hinzu, um sie auszuführen, aber sie muss bei der Ausführung den Befehlszeilenmodus verwenden.

1. Dateidatenstruktur
In types.h wird ein Strukturtyp config_t definiert, mit dem eine globale Variablenkonfiguration initialisiert wird, die in einer objektorientierten Sprache einem „Objekt“ entspricht und während des gesamten Prozesses zur Codierung von Daten und Parametern verwendet wird und verwalten

Definieren Sie einen Strukturtyp wave_t, um Dateiinformationen im PCM-Pulsformat zu speichern, und verwenden Sie wave_t, um die wave-Variable in config_t zu definieren, die die MP3-codierten Quellinformationen als Eingabe für den MP3-Encoder speichert.

Es wird ein Strukturtyp mpeg_t definiert, der zum Speichern von MP3-codierten Informationen verwendet wird, und die mpeg-Variable wird in config_t mit mpeg_t definiert, und die in dieser Variablen gespeicherten Informationen werden als MP3-codierte Parameterinformationen ausgegeben.

typedestruct {

time_tstart_time;

char*infile;

Runde_Welle;

char* Ausgabedatei;

mpeg_tmpeg;

} config_t;

Die obige Struktur wird hauptsächlich verwendet , um die ” Header ” – Informationen zu speichern , und die Byte – Stream – Entitätsinformationen werden nach dem Codieren der Ausgabe in der bs – Struktur gespeichert ( in der Datei bitstream.h definiert ) , und die bs – Struktur ist definiert als

statische Struktur

Analyse des MP3-Dateiformats

Analyse des MP3-Dateiformats

MP3 file format analysis

1. Zusammenfassung von MP3- und MPEG-Dateien

MP3 file format analysis

Eine MP3-Datei besteht aus Frames, und ein Frame ist die kleinste Einheit einer MP3-Datei. Der vollständige Name von MP3 muss MPEG1 Layer-3-Audiodatei sein.

MPEG (MovingPictureExperts Group), MPGE-Audioschicht bezieht sich auf den Tonteil der MPGE-Datei, der je nach Qualität und Komplexität der Codierung in drei Schichten unterteilt ist, nämlich Schicht-1, Schicht2 und Schicht3, entsprechend MP1, MP2 und Dateien im MP3-Format.

2. Struktur von MP3-Dateien
MP3-Dateien sind in 3 Teile unterteilt: TAG_V2(ID3V2) , Rahmen, TAG_V1(ID3V1) .

( 1 ) Rahmenformat

Der Frame-Header hat 4 Bytes und seine Struktur ist wie folgt

typedef FrameHeader

{

unsigned intsync: 11; // Synchronisationsinformationen

vorzeichenlose Invertierung: 2; // Ausführung

unsigned intlayer: 2; // Schicht

unsigned intprotection: 1; // CRC-Prüfung

unsigned bitrate: 4; // Bitrate

vorzeichenlose Zwischenfrequenz: 2; // Beispielrate

unsigned intpadding: 1; // Rahmenlänge anpassen

unsigned intprivate: 1; // reserviertes Wort

unsigned intmode: 2; // Kanalmodus

unsigned int mode extension: 2; // Erweiterter Modus

unsigned intcopyright: 1; // Urheberrechte ©

unsigniertes Original: 1; // Original-Logo

unsigned Hervorhebung: 2; // Hervorhebungsmodus

}

HEADER, *LPHEADER;

Die Wiedergabe jedes Frames dauert 26 ms, unabhängig von der Länge des Frames. Die Länge von MAIN_DATA ist

Length(MAIN_DATA) = ((Version == MPEG1)?144:72) * Bitrate/Frequenz + Padding;

(2) ID3V1-Format

ID3V1 wird am Ende der MP3-Datei gespeichert, insgesamt 128 Bytes, alle Informationen werden sequentiell gespeichert und der unzureichende Teil wird mit ‘\0’ aufgefüllt, was mit UltraEdit geöffnet und angezeigt werden kann.

typedef tagID3V1-Struktur

{

char-header[3];

Zeichentitel[30];

Künstler char[30];

Albumzeichen[30];

char Jahr[4];

char Kommentar[28];

Kohlevorrat;

Zeichenspur;;

charGenus;

}

ID3V1,*pID3V1;

( 3 ) ID3V2-Format

ID3V2 wird im Header der MP3-Datei gespeichert und besteht aus einem Tag-Header und mehreren Tag-Frames.

Der Tag-Header ist 10 Byte groß,

char-header[3];

char sehen;

Charakterüberprüfung;

char-Flag;

Zeichengröße [4];

Jeder Tag-Frame besteht aus einem 10-Byte-Frame-Header und mindestens einem Byte Inhalt mit variabler Länge. Der Frame-Header ist wie folgt definiert:

Zeichenrahmen-ID[4];

Zeichengröße [4];

char-Flags[2];