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Sprechen Sie über einige grundlegende Unterschiede zwischen VBR und CBR in MP3-Dateien, Teil 3

Bei VBR-codierten MP3-Dateien ist die Datengröße jedes Frames willkürlich, da die Bitrate jedes Frames nicht festgelegt ist.

Offensichtlich ist die Größe der pro Sekunde reproduzierten Daten unterschiedlich. Auf diese Weise kann die Dauer des gesamten Audios nicht mit der obigen Formel berechnet werden und es werden andere Datenfelder benötigt, was einer der Nachteile der VBR-Technologie ist: Es ist relativ schwierig und kompliziert, die Dauer des Audios zu berechnen.

Es gibt noch einen weiteren Nachteil der VBR-Technologie. Beim Abspielen einer Audiodatei gibt es zwangsläufig eine Operation, um zu der Position der spezifizierten Zeit zum Abspielen zu springen (dh die sogenannte Suchoperation). Zu diesem Zeitpunkt ist es erforderlich, die Zeitposition des Ziels in die Position der Datei umzuwandeln. Springen Sie dann zu diesem Dateipositionsversatz, um ihn zu lesen und zu dekodieren. Wenn es sich um einen Download-and-Play-Netzwerkwiedergabemodus handelt, müssen Sie während des Suchvorgangs zuerst die Position der Datei berechnen. Springen Sie zu dieser Position und laden Sie einen Absatz herunter, bevor Sie weiterspielen. . Für die CBR-Codierung ist die Konvertierung in Dateipositions-Offset ebenfalls sehr einfach, indem die folgende Formel verwendet wird:

Dateiposition (Byte) = Zielzeitposition ( s ) * Bitrate (kbps) * 1000/8 + id3v2-Feldgröße (falls vorhanden)
Aber für die VBR-Codierung ist es offensichtlich unmöglich, diese Formel zum Konvertieren der Dateiposition zu verwenden. Der Grund ist ebenfalls sehr einfach: Die Bitrate jedes Frames ist nicht festgelegt und die Datenlänge pro Sekunde ist nicht durchschnittlich. Daher werden, genau wie bei der Berechnung der Dauer, andere Datenfelder benötigt.

Die Methode zum Berechnen der Audiodauer und Implementieren des Suchvorgangs mithilfe der VBR-Codierung
Um die beiden oben genannten Probleme zu lösen, fügt die VBR-Codierung einige Datenfelder hinzu. Gegenwärtig gibt es hauptsächlich zwei Arten von VBR-Codierungstechnologien, eine ist die von der Firma Xing vorgeschlagene Xing-Spezifikation und die andere ist die VBRI-Spezifikation des Fraunhofer-Codierers. Dieser Artikel stellt nur dar, wie die Xing-Spezifikation die Berechnung der Audiodauer und die Implementierung der Suchoperation löst.

Der Hauptinhalt der Xing-Spezifikation ist der Xing-Header, was bedeutet, dass der erste Audioframe am Anfang des VBR-codierten mp3 nicht zum Speichern bestimmter Audiodaten, sondern zum Speichern zusätzlicher Audioinformationen verwendet wird. Diese Informationen sind mit den vier Zeichen „Xing“ als Feldanfang gekennzeichnet (einige Dateien verwenden auch die vier Zeichen „Info“ als Anfang des Xing-Headers).

Die Position des Xing-Headers im ersten Audioframe ist nach dem standardmäßigen 4-Byte-MP3-Audioframe-Header. Zwischen dem Tabellenkopf und dem Xing-Header befindet sich ein Leerteil mit reinem Dateninhalt 0. Dieses Leerzeichen gibt die Länge des Abschnitts an. Nachdem der Decoder den Frame-Header des ersten Audioframes geparst hat, überspringt er den leeren Teil der angegebenen Länge und beurteilt dann, ob der nächste Inhalt die vier Zeichen von „Xing“ oder „Info“ sind, um das Audio zu beurteilen, wenn die VBR-Codierung .

Die Länge des Leerteils wird durch die MPEG-Version und die Anzahl der Kanäle bestimmt, wie in der folgenden Tabelle gezeigt (Einheit ist Byte):

Nicht-Mono-MPEG-Version für infektiöse Mononukleose
MPEG 1 18 32 (am häufigsten)
MPEG29 18
Die folgende Abbildung ist ein Beispiel für die Feldstruktur des ersten VBR-codierten mp3-Datenrahmens:

Die Feldstruktur und der Inhalt der im Xing-Header gespeicherten Informationen sind wie folgt:

Standort (ab Markierung ‘Xing’) Längenrichtung Beispiel
0 4 VBR-Header-Tag, 4-Byte-ASCII-Zeichen, Inhalt ist ‘Xing’ oder ‘Info’ ‘Xing’
0 4 Ein Flag, das den spezifischen Inhalt des VBR-Headers angibt, die Kombination ist ein logisches ODER
verpflichtend
. existiert, ausgenommen Tags;
0x0004 – TOC-Index-Speicherbereich auf vorhanden gesetzt;
0x0008 – Qualitätsanzeige-Speicherbereich auf 0x0007 gesetzt (was bedeutet, dass die Gesamtzahl der Frames, die Dateilänge und der TOC-Speicherbereich gültig sind)
8 4 Speichert den Big-Endian-Wert der Gesamtzahl der Frames 7344
8 oder 12 4 Speichert den Big-Endian-Wert der Dateilänge in Bytes 45000
8, 12 oder 16 100 Die TOC-Tabelle, die ein Byte-Array mit einer Länge von 100 ist, ist ein Positionsindex, der für die schnelle Adressierung in der Datei verwendet wird und hauptsächlich verwendet wird, um die Implementierung der Suchoperation aufzulösen.

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Sprechen Sie über einige grundlegende Unterschiede zwischen VBR und CBR in MP3-Dateien, Teil 2

Das Erscheinen der VBR-Codierungstechnologie soll das Problem dieser Platzverschwendung lösen.

Die VBR-Technologie wählt die am besten geeignete Bitrate für jeden Audioframe aus. Bei Audioframes mit einer niedrigeren Tonhöhe ist die Bitrate niedriger und die Datengröße kleiner. Wenn die Tonhöhe höher ist, ist die Bitrate höher. Die Größe ist größer. Auf diese Weise kann Speicherplatz der Audiodaten eingespart und die Größe der mp3-Datei weiter komprimiert werden, ohne dass die Audioqualität verloren geht.

Die obige Abbildung vergleicht kurz die Unterschiede im Dateninhalt zwischen CBR- und VBR-MP3-Dateien. Es ist ersichtlich, dass die Bitrate der VBR-codierten MP3-Datei aufgrund des Unterschieds im Dateninhalt zwischen Frames nicht unbedingt gleich ist. Im Allgemeinen komprimiert und codiert die VBR-Technologie im Bereich von 8 bis 320 kbps, sodass die Bitrate der gesamten Datei höher ist als die der gesamten Datei.Konstante CBR-Codierung, die VBR-Codierung hat daher eine Bitrate mit variabler Bitrate in der gesamten Datei den Namen VBR (Variable Bitrate).

Zusätzlich zu den beiden Codierungen CBR und VBR gibt es auch eine Codierung vom Typ ABR (Average Bit Rate, Average Bit Rate), die im Grunde mit CBR identisch ist, die meisten Audioframes werden jedoch mit der angegebenen Bitrate codiert Der Inhalt ist mit einer höheren Bitrate als angegeben codiert, aber normalerweise ist dieser Inhalt kurz, sodass es im Vergleich zu CBR keinen großen Unterschied in der Dateigröße gibt, sodass dieser Typ nicht üblich ist.

Nachteile der VBR-Technologie gegenüber der CBR-Technologie
Die Verwendung der VBR-Technologie zum Codieren und Komprimieren von MP3-Dateien kann sicherlich die Dateigröße optimieren, bringt aber gleichzeitig auch einige neue Probleme beim Erfassen von Audioinformationen und beim Überwachen des Wiedergabefortschritts mit sich.

Die erste ist die Berechnung der Dauer des Audios. Wenn es sich um eine CBR-Codierung handelt, ist die Datengröße aller Audioframes fest, da die Bitrate konstant ist, sodass die Datengröße, die zum Decodieren für jede Sekunde der Wiedergabe benötigt wird, gleich ist, sodass es sehr einfach ist, die Audiozeitlänge zu berechnen . Verwenden Sie einfach die folgende Formel:

timelength ( s ) = (gesamte Dateilänge (Byte) – gesamte ID3-Feldgröße (falls vorhanden)) * 8 / (Bitrate (kbps) * 1000 )
In der Formel bezieht sich das id3-Feld auf das grundlegende Informationsfeld, das am Anfang oder Ende der MP3-Datei platziert wird und im Allgemeinen verwendet wird, um den Namen der Audiodatei, den Namen des Sängers und den Namen des Albums aufzuzeichnen. Die id3 ist in zwei Versionen unterteilt, v1 und v2, und v1 registriert nur. Die oben genannten drei Arten von Informationen, und die Größe ist festgelegt, werden normalerweise am Ende der Datei platziert; v2 ist flexibler als v1, die Art der aufgezeichneten Informationen ist nicht auf die oben genannten drei beschränkt und die Größe ist nicht festgelegt, sie wird normalerweise am Anfang der Datei platziert. Das id3-Feld ist ein optionales Feld und die mp3-Datei hat es nicht unbedingt. Um also die Audiozeit der mp3 zu berechnen, müssen Sie es zuerst lesen, um zu sehen, ob die id3 existiert.

Sprechen Sie über einige grundlegende Unterschiede zwischen VBR und CBR in MP3-Dateien

Aus Sicht der Bitratencodierung kann eines der gängigsten Audiodateiformate, MP3, in zwei Typen unterteilt werden: Einer ist Constant Bitrate CBR (Constant Bitrate).

Die Bitrate eines Frames ist konstant und eindeutig. ; das andere ist VBR mit variabler Bitrate, das das Gegenteil von CBR ist. Die Bitrate jedes Frames ist nicht festgelegt. Die Bitrate kann gleich sein oder nicht. Aufgrund der Existenz dieser beiden Typen müssen einige Aufgaben, die beim Abspielen von MP3-Dateien ausgeführt werden müssen, wie z. B. das Abrufen von Audioinformationen und das Steuern des Wiedergabefortschritts, separat behandelt werden.

Einführung in einige grundlegende Konzepte.
Um die spezifischen Unterschiede zwischen CBR und VBR klar zu verstehen, müssen Sie ein wichtiges Attribut von Audiodateien verstehen: Die Bitrate, auch bekannt als Bitrate oder Bitrate, bezieht sich auf die Anzahl der pro Sekunde übertragenen Bits. Die Einheit ist bps (Bits pro Sekunde). Je höher die Bitrate, desto höher die Datenübertragungsgeschwindigkeit. Die Bitrate in Audio bezieht sich auf die Menge an binären Daten pro Zeiteinheit nach der Umwandlung eines analogen Tonsignals in ein digitales Tonsignal, was ein indirektes Maß für die Audioqualität ist.

Die Bitrateneinheit von Audiodateien ist im Allgemeinen kbps, 1 kbps = 1000 bps. Die Standard-Bitrate von mp3 beträgt 128 kbps, aber aus dem Internet heruntergeladene mp3-Dateien sind mit 192 kbps gebräuchlicher, und wenn Sie High-Definition-mp3 mit besserer Klangqualität erhalten möchten, erreicht die Bitrate normalerweise 320 kbps. Je höher die Bitrate, desto besser die Klangqualität, aber desto mehr Speicherplatz wird benötigt.

Im Allgemeinen gilt: Je höher die Tonhöhe des Soundclips, desto mehr Speicherplatz benötigt er zum Speichern und desto höher ist die Bitrate. Die herkömmliche MP3-Datei ist mit CBR codiert, das heißt, die Bitrate jedes Frames ist gleich, was ein Problem mit sich bringt: Wenn die Bitrate jedes Frames gleich ist, dann ist die Datengröße jedes Frames gleich. Unabhängig davon, ob die Tonhöhe dieses Frames hoch oder niedrig ist, wird der Speicherplatz des Audioframes mit der höchsten Tonhöhe in allen Audiodaten verwendet, um diesen Frame zu speichern, aber für den Audioframe mit niedriger Tonhöhe wird nicht viel Speicherplatz benötigt. Dadurch geht Speicherplatz verloren und die MP3-Datei wird praktisch größer.

MP3-Bitrate-Codierungsmodus

Im Allgemeinen gibt es drei MP3-Bitraten, nämlich VBR, ABR und CBR.

1.1 Erythrozyten
CBR ist die Abkürzung für Constant Bit Rate, was auf Chinesisch Feste Bitrate bedeutet.

Bei einem CBR-MP3-Song mit einer Bitrate von 128 kbps beschreiben die ersten 128 kb des Songs den Sound der ersten Sekunde und die zweiten 128 kb beschreiben den Sound der zweiten Sekunde … wenn der Song fertig ist, dauert es 640 Sekunden , dann beträgt die Größe des Songs 128 KB × 640 = 80 MB = 10 MB. Die sogenannten 128kbps bedeuten 128kb pro Sekunde.

Wenn Sie vorsichtig sind, werden Sie feststellen, dass das komprimierte Volumen bei dieser Codierungsmethode sehr groß ist, da die Bitrate festgelegt ist. Natürlich hat die Klangqualität einige Vorteile gegenüber den anderen beiden, obwohl dieser Vorteil minimal sein mag.

1,2 VBR
Dynamische Bitrate VBR (Variable Bitrate). Das heißt, es gibt keine feste Bitrate und die Komprimierungssoftware bestimmt spontan, welche Bitrate basierend auf den komprimierten Audiodaten verwendet werden soll.

Ein einfaches Verständnis ist, dass die Bitrate zu dem Zeitpunkt, an dem der Song reich an Details ist, relativ hoch und zu anderen Zeiten relativ niedrig ist, sodass Klangqualität und -größe berücksichtigt werden. Zum Beispiel: am Anfang des Songs singt eine Person alleine, der Sound ist relativ einfach, wir verwenden 64kb, um den Sound innerhalb einer Sekunde zu beschreiben; am höhepunkt des liedes singen alle, der sound ist komplizierter, wir verwenden 256 kb, um eine zweite stimme innerhalb der art zu beschreiben.

1.3. Apr
ABR (Average Bit Rate) Die durchschnittliche Bitrate ist ein Interpolationsparameter von VBR.

Wenn Sie beispielsweise 192 kbps ABR angeben, um eine WAV-Datei zu codieren, verwendet Lame eine feste 192-kbps-Codierung für 85 % der Datei und optimiert dann die restlichen 15 % dynamisch: komplexe Teile werden mit mehr als 192 kbps codiert, einfache Teile werden mit codiert weniger als 192 kbps. Im Vergleich zu CBR 192kbps hat ABR 192kbps eine ähnliche Dateigröße, aber die Tonqualität ist viel besser. Die ABR-Codierung ist 2- bis 3-mal schneller als die VBR-Codierung und hat eine bessere Qualität als CBR im Bereich von 128 bis 256 kbps.

Es kann als Kompromiss zwischen VBR und CBR verwendet werden. Unter normalen Umständen werden Dateien mit dieser Kodierungsmethode selten gefunden.