Abtastrate und Bitrate von MP3 Teil 3
Schall ist eigentlich eine Art Energiewelle, also hat er auch die Eigenschaften von Frequenz und Amplitude, wobei die Frequenz der Zeitachse und die Amplitude der Pegelachse entspricht.
Die Welle ist unendlich glatt, und die Saite kann als aus unzähligen Punkten bestehend betrachtet werden. Da der Speicherplatz relativ begrenzt ist, müssen beim Prozess der digitalen Codierung die Punkte der Zeichenfolge abgetastet werden. Der Abtastprozess besteht darin, den Frequenzwert eines bestimmten Punktes zu extrahieren. Je mehr Punkte in einer Sekunde extrahiert werden, desto umfangreichere Frequenzinformationen können natürlich erhalten werden. Um die Wellenform wiederherzustellen, müssen zwei Abtastpunkte in einer Schwingung vorhanden sein.Die höchste wahrnehmbare Frequenz beträgt 20 kHz, um also die Höranforderungen des menschlichen Ohrs zu erfüllen, mindestens 40.000 Abtastungen pro Sekunde, ausgedrückt bei 40 kHz, und diese 40 kHz ist die Abtastrate. Unsere gemeinsame CD hat eine Abtastrate von 44,1 kHz. Es reicht nicht aus, nur Frequenzinformationen zu haben, wir müssen auch den Energiewert dieser Frequenz erhalten und quantifizieren, um die Stärke des Signals darzustellen. Die Anzahl der Quantisierungsstufen ist eine ganzzahlige Potenz von 2, und die Sample-Größe unseres gemeinsamen CD-Bits beträgt 16 Bit, also 2 hoch 16. Sample-Größe ist schwerer zu verstehen als Bitrate es scheint abstrakt.Ein einfaches Beispiel: Angenommen, eine Welle wird 8-mal abgetastet, und die Energiewerte, die den Abtastpunkten entsprechen, sind A1-A8, aber wir verwenden nur eine 2-Bit-Abtastgröße, daher können wir nur beibehalten die 4-Punkt-Werte in A1-A8 und verwerfen die anderen 4. Wenn wir die 3-Bit-Stichprobengröße verwenden, werden alle 8-Punkt-Informationen protokolliert. Je höher die Werte für Abtastrate und Abtastgröße, desto näher kommt die aufgezeichnete Wellenform dem Originalsignal.
Es ist sehr einfach, die Bitrate eines PCM-Audiostroms zu berechnen, den Wert der Abtastrate × den Wert der Abtastgröße × die Anzahl der bps des Kanals. Eine WAV-Datei mit einer Abtastrate von 44,1 KHz, einer Abtastgröße von 16 Bit und Zweikanal-PCM-Codierung hat eine Datenrate von 44,1 K×16×2 = 1411,2 Kb/s. Wir sagen normalerweise, dass 128K MP3, der entsprechende WAV-Parameter, diese 1411,2 Kb/s sind, dieser Parameter wird auch als Datenbandbreite bezeichnet, es ist ein Begriff mit der Bandbreite in ADSL. Teilen Sie die Coderate durch 8, um die Datenrate für dieses WAV zu erhalten, die 176,4 KByte/s beträgt. Dies bedeutet, dass eine 1-Sekunden-Abtastrate von 44,1 KHz, eine 16-Bit-Abtastgröße und ein zweikanaliges PCM-codiertes Audiosignal gespeichert werden müssen, was 176,4 KB Speicherplatz erfordert, was ungefähr 10,34 MB in 1 Minute entspricht, was nicht akzeptabel ist . Für die meisten Benutzer, insbesondere Freunde, die gerne Musik auf dem Computer hören, gibt es nur zwei Möglichkeiten zum Downsampling oder Komprimieren, um die Festplattennutzung zu reduzieren. Eine Verringerung des Index ist nicht ratsam, daher haben Experten verschiedene Komprimierungsschemata entwickelt.
Der Mindestwert der 16-Bit-Binärzahl ist 000000000000000, der Höchstwert ist 1111111111111111 und die entsprechenden Dezimalzahlen sind 0 und 65535, dh die Differenz zwischen dem Höchst- und dem Mindestwert beträgt 65535, dh die Dynamik Bereich der analogen Größe, die quantisiert Der Unterschied kann 65535 betragen, was 96,32 Dezibel entspricht, die Quantisierungsgenauigkeit bezieht sich also nur auf den Dynamikbereich und hat nichts mit dem Frequenzgang zu tun. Sinnvoll ist auch die Einstellung des Dynamikumfangs auf 96 Dezibel Der schmerzfreie Grenzschalldruck des menschlichen Ohrs liegt bei 90 Dezibel Für gewöhnliche Anwendungen ist der Dynamikumfang von 96 Dezibel ausreichend. Daher werden analoge Wellen innerhalb des Dynamikbereichs von 96 Dezibel nach der Quantisierung nicht quantisiert, es kommt zu Clipping-Verzerrungen.
Die Anzahl der Ziffern im Sound entspricht der Anzahl der Farben auf dem Bildschirm und gibt die Datenmenge pro Sample an. Je größer die Datenmenge ist, desto genauer ist natürlich der Wiedergabeton, um den Ton nicht zu verwirren. der Teekanne mit der Zugpfeife. Ebenso ist es klarer und präziser für das Bild, um Blut und Ketchup nicht zu verwechseln. Allerdings sind 16-Bit-Ton und 24-Bit-Bild, begrenzt durch die Funktion menschlicher Organe, im Grunde die Grenzen gewöhnlicher Menschen, und die höchsten Ziffern können nur von Instrumenten unterschieden werden. Das Telefon hat beispielsweise 7-Bit-Sound, der mit 3 kHz gesampelt wurde, und die CD hat 16-Bit-Sound, der mit 44,1 kHz gesampelt ist, sodass die CD klarer ist als das Telefon.
