Prinzip der mp3- und Dateiformatanalyse.
Prinzip der mp3- und Dateiformatanalyse
1. Einleitung
Mit der rasanten Entwicklung der Dateikomprimierungstechnologie ist MP3 heute zum beliebtesten Musikformat geworden. Hochwertige Musik verbreitet sich schnell auf der ganzen Welt mit der Anordnung von 0 und 1, die die Herzen der Menschen erschüttert. Was ist MP3? Der vollständige Name von MP3 ist MPEG Audio Layer 3, ein effizientes Computer-Audiocodierungsschema, das Audiodateien in kleinere Dateien mit der Erweiterung .MP3 und einem höheren Komprimierungsverhältnis umwandelt, wobei im Wesentlichen die Klangqualität der Originaldatei erhalten bleibt. MP3 ist Teil des ISO/MPEG-Standards, der die Audiokomprimierung unter Verwendung eines hochleistungsfähigen Wahrnehmungscodierungsschemas beschreibt. Dieser Standard wurde kontinuierlich aktualisiert, um dem Streben nach “hoher Qualität und niedriger Qualität” gerecht zu werden, und hat nun MPEG-Layer-1-, Layer-2-, Layer-3-Audiocodierungs- und -decodierungsschemata gebildet. Das Komprimierungsverhältnis von MPEG Layer 3 kann 1:10 bis 1:12 erreichen, 1 MB einer MP3-Datei kann 1 Minute lang abgespielt werden, und 1 Minute einer WAV-Datei in CD-Qualität (44100 Hz, 16 Bit, zwei Kanäle, 60 Sekunden) belegt 10 MB Speicherplatz Berechnet sollte die Spielzeit einer 650M MP3-Disc mehr als 10 Stunden betragen, und die Spielzeit einer CD mit der gleichen Kapazität beträgt etwa 70 Minuten. Der Vorteil von MP3 ist, dass die CD unvergleichlich ist.
2 Analyse des MP3-Prinzips
2.1 Audiostandard
MPEG MPEG (Moving Picture Experts Group) ist eine Gruppe von Experten für dynamische Bilder unter ISO, dem MPEG-Standard, der es in verschiedenen Multimedia-Bereichen weit verbreitet macht. Die MPEG-Standards umfassen Audio- und Videostandards, von denen die Audiostandards als MPEG-1, MPEG-2, MPEG-2 AAC und MPEG-4 festgelegt wurden.
Die MPEG-1- und MPEG-2-Standards verwenden dieselbe Familie von Audio-Codecs: Layer 1, 2, 3. Ein neues Merkmal von MPEG-2 ist die Verwendung einer Erweiterung mit niedriger Abtastrate, um den Datenstrom zu reduzieren, und ein weiteres Merkmal ist Mehrkanal Erweiterung, die die Anzahl der Hauptkanäle auf 5 erhöht. Der Standard MPEG-2 AAC (MPEG-2 Advanced Audio Coding) wurde 1997 von Fraunhofer IIS und AT&T veröffentlicht, um den Datenverkehr erheblich zu reduzieren. Der von MPEG-2 AAC übernommene MDCT-Algorithmus (Modified Discrete Cosine Transform) hat eine Abtastfrequenz zwischen 8 kHz und 96 kHz, die Anzahl der Kanäle kann zwischen 1 und 48 liegen.
Die drei Schichten von MPEG Audio Layer 1, 2 und 3 verwenden die gleiche Filterbank, Bitstream-Struktur und Header-Informationen, und die Abtastfrequenz beträgt 32 kHz, 44,1 kHz oder 48 kHz. Layer 1 ist für DCC (Digital Compact Cassette)-komprimiertes Digitalband ausgelegt, die Datenrate beträgt 384 kbps, Layer 2 ist ein Kompromiss zwischen Komplexität und Leistung, und die Datenrate ist auf 256 kbps-192 kbps reduziert. Layer 3 ist von Anfang an für geringen Datenverkehr ausgelegt, und der Datenverkehr beträgt 128 Kbps-112 Kbps. Layer 3 fügt eine MDCT-Transformation hinzu, um die Frequenzauflösung auf das 18-fache der von Layer 2 zu bringen. Layer 3 verwendet auch durchschnittliche Informationen ähnlich wie MPEG-Video. Entropy Encoding reduziert redundante Informationen. Die überwiegende Mehrheit der MP3s verwendet den MPEG-1-Standard.
2.2 Zweck der Audiokomprimierung
Das MP3-Format begann Mitte der 1980er Jahre, als sich das Fraunhofer-Institut in Erlangen, Deutschland, der Codierung von qualitativ hochwertigem Ton mit niedriger Datenrate widmete. Schauen wir uns ein Beispiel an: Sie möchten einen etwa 4 Minuten langen Song Ihrer Wahl sampeln, auf einer Diskette speichern, im WAV-Format in CD-Qualität mit einer Samplerate von 44,1 kHz sampeln, also einen Wert erhalten von 44100 pro Sekunde, Stereo, alle gesampelten Daten sind 16 Bit (2 Byte), also ist der Platz, den dieser Song einnimmt, wie folgt:
44100 x 2 Kanäle x 2 Bytes x 60 Sekunden x 4 Minuten = 40,4 MB
Wenn Sie dieses Lied aus dem Internet herunterladen, beträgt die Downloadzeit bei einer Übertragungsgeschwindigkeit von 56 kbps:
40,4 x 106 x 8/56 x 103 x 60 = 96 Minuten
Selbst ein 1M-Breitbandnetzwerk benötigt mehr als 5 Minuten, es ist ersichtlich, dass die Audiokomprimierung besonders wichtig ist, um den Speicherplatz für Audiodaten zu reduzieren.
2.3 Codierung und Decodierung
MP3 MP3-Audiokomprimierung besteht aus zwei Teilen: Kodierung und Dekodierung. Die Kodierung wandelt die Daten in einer WAV-Datei in einen stark komprimierten Bitstream um, und die Dekodierung nimmt den Bitstream und rekonstruiert ihn in eine WAV-Datei.
