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Psychoakustisches Modell und seine Anwendung in der MP3-Kodierung

Kurzfassung: Das psychoakustische Modell ist der Kernbestandteil der wahrnehmungsbezogenen Audiocodierung, die sich direkt auf die Qualität und das Kompressionsverhältnis der Audiocodierung auswirkt.

Basierend auf den Grundprinzipien der Psychoakustik, der absoluten Hörschwelle, dem Maskierungseffekt und dem kritischen Frequenzband und anderen verwandten Inhalten, kombiniert mit dem mathematischen Ausdruck der Psychoakustik, analysieren Sie den Algorithmusfluss im Detail gemäß jedem Modul im Standard-MP3 Schließlich wird der entsprechende Algorithmus verwendet, um den Vorecho-Erzeugungsmechanismus und seine Unterdrückungsmethode bei der MP3-Codierung zu beschreiben.

Psychoakustisches Modell und seine Anwendung in der MP3-Kodierung

Psychoakustische Modelle und ihre Anwendungen in der wahrnehmungsbezogenen Audiocodierung

In diesem Artikel wird das psychoakustische AAC-Modell unter den Aspekten Übermaskierung, Vorwärts- und Rückwärts-Zeitdomänenmaskierung, FFT-Fensterkoeffizientenanalyse und Fensterverschiebungskriterium diskutiert. Jeder einzeln maskiert…

Auditive psychoakustische Modelle und ihre Anwendungen in der wahrnehmungsbezogenen Audiocodierung

Zuerst beschreibt das Papier den Maskierungseffekt, diskutiert die Prinzipien und Algorithmen verschiedener wahrnehmungsbezogener Audiocodierungsstandards und konzentriert sich auf den Entwicklungsprozess und die Merkmale des MPEG-Audiocodierungsstandards. Es gibt zwei psychoakustische Modelle: Modell 1 und Modell 2. Stufe 1.

Anwendung des psychoakustischen Modells im digitalen HDTV-Audio

Digitales Audio ist ein sehr wichtiger Bestandteil des hochauflösenden Fernsehens (HDTV). Beim digitalen Audio-Codec reduziert die Einführung des psychoakustischen Modells die Komplexität des Codecs erheblich. Die Grundprinzipien des psychoakustischen Modells und verschiedene psychoakustische Modelle in HDTV. ..

Anwendung des psychoakustischen Modells bei der Erkennung abnormaler Lautsprechergeräusche

China ist das größte Land in der Lautsprecherproduktion, und die jährliche Produktion von Lautsprechern kann Hunderte von Millionen erreichen. Aufgrund einiger unvorhersehbarer Situationen im Lautsprecherdesign und -produktionsprozess kommt es zu Lautsprecherausfällen. Daher ist nach der Produktion des Lautsprechers das erste Produkt…

Anwendung des psychoakustischen Modells beim digitalen Audio-Wasserzeichen

Die digitale Wasserzeichentechnologie von Audio spielt eine zunehmend wichtige Rolle beim Schutz des Urheberrechts von digitalen Audiowerken und stellt ein wirksames Mittel zur Lösung des Problems des Urheberrechts von Audiowerken dar. digital ein gutes Audiosignal.. .

Ein adaptiver Audio-Wasserzeichenalgorithmus, der das MP3-Codierungsprinzip und das psychoakustische Modell kombiniert

Durch die Untersuchung des mp3-Codieralgorithmus, kombiniert mit einem psychoakustischen Modell, wird ein Wasserzeichenalgorithmus für den Urheberrechtsschutz von MP3-Audiodateien vorgeschlagen. Der Einbettungsalgorithmus läuft gleichzeitig mit dem Komprimierungsprozess ab. Reduzieren Sie zuerst die Größe der eingebetteten Wasserzeicheninformationen und verwenden Sie dann die MP3-Codierung, um …

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Audio- und Videoserie: Audio-Grundlagen Teil 2

Einführung in den Klang

Zeitbereichsmaskierung
Maskierung, die zwischen vorübergehend benachbarten Sounds auftritt.

vorübergehende Maskierung

Audiokodierung
Codiervorgang
kodierter Prozess

Audiodateiformat
Audiodateiformat ( Wiki ): Das Format der Datei, die die Audiodaten enthält.

Formatklassifizierung
Verlustfreie Formate: wie WAV, FLAC, APE, ALAC, WavPack (WV)
Verlustbehaftete Formate: wie MP3, AAC, Ogg Vorbis, Opus
Leistungsvergleich
Latenzvergleich
Verzögerung vergleichen

Effizienzvergleich
Effizienzvergleich

AAC-Codierung
AAC (Wiki): Advanced Audio Coding, ein proprietärer Audiocodierungsstandard für verlustbehaftete digitale Audiokomprimierung auf Basis von MPEG-2, der 1997 erschien.

AAC weist eine bessere Klangqualität als MP3 auf und soll das MP3-Format ersetzen.

übliches Format
AAC LC: (niedrige Komplexität) Spezifikation mit niedriger Komplexität
AAC HE V1: (hohe Effizienz) AAC LC + SBR (Spektralbandreplikation)
AAC HE V2: AAC LC + SBR + PS (parametrisches Stereo)
AC-Profil

Datenaustauschformat
ADIF : (Audio Data Interchange Format) Audio Data Interchange Format, kann nur von Grund auf neu dekodiert werden und wird häufig in Festplattendateien verwendet.
ADTS : (Audio Data Transport Stream) Audio-Transportstromformat, jeder Frame hat ein Sync-Wort, das an beliebiger Stelle im Audiostrom zur Datenübertragung dekodiert werden kann.

Audio- und Videoserie: Audio-Grundlagen

Einführung in den Klang

Definition: Schall ist eine durch Vibration erzeugte Schallwelle, ein Wellenphänomen, das sich durch ein Medium (Gas, Feststoff, Flüssigkeit) ausbreitet und von den Hörorganen von Menschen oder Tieren wahrgenommen werden kann.

Wesentlich: Schall ist eine mechanische Welle.

Drei Klangelemente.
Ton: Schallfrequenz (Audio), Jungen > Mädchen > Jungen
Lautstärke: Die Amplitude (Amplitude) der Vibration, auch Tonhöhe genannt
Klangfarbe: Die Wellenform des Klangs, die im Wesentlichen harmonisch ist, auch Bund genannt, hat viel mit dem Material zu tun
Symbol:

Ton und Lautstärke

Türklingel

Psychoakustik
Psychoakustik ist das Studium der menschlichen Wahrnehmung von Geräuschen, d. h. die Wissenschaft der menschlichen physiologischen und psychologischen Reaktionen auf Geräusche (einschließlich Sprache und Musik).

Hör-/Stimmbereich
Hörbereich

Kurs und Reichweite des Sonars

Audio-Quantisierung
Quantifizierungsprozess
Audio-Quantisierung

Basiskonzept
Sample Size – Wie viele Bits verwendet werden, um ein Sample zu speichern. 16 Bit üblich
Abtastrate: 8k, 16k, 32k, 44,1k, 48k Abtastrate
Anzahl der Kanäle: Mono, Dual, Mehrkanal
Berechnung der Bitrate
Bitrate = Abtastrate × Abtastgröße × Anzahl der Kanäle

Was:

Die Abtastrate beträgt 44,1 kHz, die Abtastgröße 16 Bit und die Zweikanal-PCM-codierte WAV-Datei

Bitrate = 44,1k × 16 × 2 = 1411,2kb/s = 176,4KB/s

Audiokomprimierung
Die Audiokomprimierung ist eine Art der Datenkomprimierung, die verwendet wird, um die Anforderungen an die Übertragungsbandbreite von Streaming-Audiomedien und die Speichergröße von Audiodateien zu reduzieren.

Kompressionsverfahren
Verlustfreie Kompression
Alle Informationen der Originaldatei bleiben erhalten und es gibt keinen Unterschied zur Originaldatei bei der Wiedergabe.

Die Datenkomprimierung durch Informationsredundanz ist ein reversibler Prozess.

verlustbehaftete Komprimierung
Nähern Sie einige Informationen in der Originaldatei an, um eine kleinere Datei zu erhalten.

Die Einbeziehung der menschlichen Psychologie und der Erkennung des Gehörsystems in die Kompressionsergebnisse ist ein irreversibler Prozess.

Audiosignale außerhalb des menschlichen Hörbereichs und maskierte Audiosignale.

Maskierungseffekt
Maskierungseffekt: Ein Phänomen, bei dem die Wahrnehmung eines Tons durch das Gehör durch einen anderen verdeckt wird.

Frequenzbereichsmaskierung
Ein Ton wird gleichzeitig von einem anderen Ton übertönt.

Mp3 Normalizer – Maskierungseffekte Teil 2

Sie beziehen sich auf die Frequenz und die relative Lautstärke von Tönen unterschiedlicher Frequenzen, während die zeitliche Maskierung nur auf die Zeit bezogen ist.

Wenn zwei Geräusche zeitlich besonders nahe beieinander liegen, kann es auch für Menschen schwierig sein, sie voneinander zu unterscheiden. Wenn beispielsweise auf einen lauten Ton ein sehr schwacher Ton folgt, ist der letzte Ton schwer zu hören. Aber wenn Sie den zweiten Ton einige Zeit nach dem Ende des ersten Tons spielen, ist der letzte Ton zu hören. Wie lang soll das Intervall sein? Für reine Töne beträgt sie im Allgemeinen 5 ms. Wenn natürlich der umgekehrte Effekt über die Zeit gleich ist, wenn ein tieferer Ton vor einem höheren Ton erscheint und das Intervall zu kurz ist, werden Sie den tieferen Ton nicht hören.

Bitrates eingeben, Stage Left La

Die JPEG-Komprimierung kann die Rate, mit der die Komprimierung verworfen wird, explizit steuern, MP3-Benutzer können dies jedoch nicht. MP3-Benutzer können jedoch angeben, wie viele Bits verwendet werden, um jede Sekunde Musik zu speichern. Der Endeffekt ist derselbe.

Während der Codierung werden die “Müllkomponenten” des Signals mit mathematischen Modellen der menschlichen Psychoakustik sowie der für die Komprimierung verwendeten Bitrate verglichen, um zu entscheiden, welche Daten verworfen werden. Die aktuelle Bitrate, die für die MP3-Komprimierung verwendet wird, beträgt im Allgemeinen 128 kbps. Der Encoder berücksichtigt diese Zahl beim Generieren jedes Datenrahmens. Wenn die Bitrate relativ niedrig ist, wird die Definition von “irrelevanten” und “redundanten” Daten gelockert, was dazu führt, dass eine große Datenmenge als nutzlose Daten angesehen wird. Komprimiertes Audio verliert viele Details, was zu einem Verlust an Klangqualität führt. Umgekehrt, wenn eine Codierung mit höherer Bitrate verwendet wird, sind die Kriterien „Irrelevanz“ und „Redundanz“ genauer definiert, Details bleiben erhalten, aber die Dateigröße ist größer.

Bitte beachten Sie, dass sich die Bitrate einer mp3-Datei auf die Gesamtbitrate aller verschlüsselten Kanäle bezieht. Das heißt, eine 128-kbps-Stereo-MP3-Datei hat die gleiche Größe wie zwei 64-kbps-Mono-MP3-Dateien gleichzeitig. Aber eine 128-kbps-Stereodatei klingt besser als zwei separate 64-kbps-Monodateien. Denn in einer Stereo-MP3-Datei können alle Bits nach Bedarf (ungleichmäßig) auf zwei Kanäle verteilt werden, z. B. verwendet zu einem bestimmten Zeitpunkt ein Kanal 60 % der Bits und der andere die restlichen 40 %, aber die Summe Die Anzahl der Bits wird den vor der Codierung angegebenen Bitratenparameter nicht überschreiten.

Feste Bitrate und variable Bitrate

Wir gehen davon aus, dass die hier besprochene mp3-Codierung eine Codiermethode mit fester Bitrate verwendet, was bedeutet, dass die Ausgabebitrate der codierten Datei zu jedem Zeitpunkt dem von Ihnen angegebenen Wert entspricht. Der Nachteil der Codierung mit fester Bitrate besteht darin, dass die Informationsmenge in den meisten Sounddateien nicht konstant ist. In Audioclips, die mehr Musikinstrumente verwenden oder viele Personen gleichzeitig sprechen, ist die Informationsmenge groß und umgekehrt, es gibt viele Faktoren, die die Informationsmenge in Audiodateien beeinflussen. Die Codierung mit variabler Bitrate wurde entwickelt, um dieser Eigenschaft von Audiodateien Rechnung zu tragen. Kodierung mit variabler Bitrate, die die jeweils für die Kodierung verwendete Bitrate entsprechend den dynamischen Eigenschaften der Audiodaten anpasst.

In den meisten Fällen kann die Codierung mit variabler Bitrate im Wesentlichen die gleiche Klangqualität wie die Codierung mit fester Bitrate bei einer kleineren Dateigröße erreichen. Die Codierung mit variabler Bitrate hat jedoch ihre eigenen Nachteile. Erstens unterstützen einige ältere Player die Dekodierung von MP3-Dateien mit variabler Bitrate einfach nicht und können solche Dateien nicht abspielen. Zweitens, wenn der Decoder eine MP3-Datei mit variabler Bitrate abspielt, kann er die aktuelle Decodier-(Wiedergabe-)Position nicht bestimmen, und die auf dem Player angezeigte “aktuelle Spielzeit” ist ungenau.

Die Informationen im Header jedes Frames sind für eine komprimierte MP3-Datei mit fester Bitrate gleich, nicht jedoch für die MP3-Codierung mit variabler Bitrate. Aber beim Dekodieren erfordert das Kodieren mit variabler Bitrate nicht mehr Rechenleistung als eine Datei mit fester Bitrate, da der mp3-Decoder den vollständigen Frame-Header liest, selbst wenn eine mp3-Datei mit fester Bitrate abgespielt wird.