verlustfreie Audiokomprimierung

Der Komprimierungsalgorithmus einer MP3.

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Der Komprimierungsalgorithmus einer MP3.

Neben den physiologischen Baueigenschaften des menschlichen Ohrs spielt auch die Funktion des Gehirns eine sehr wichtige Rolle.

Mp3 compression algorithm

Die Tonhöhe im Klang wird durch den Grundton bestimmt, während die Klangfarbe durch die Obertöne bestimmt wird, und das menschliche Gehirn wird automatisch den Grundton vervollständigen, selbst wenn der Grundton nicht existiert. Beispielsweise beträgt die Bandbreite eines Telefons nur 300 bis 3200 Hz, aber wenn wir einem Mann mit einem Grundton von 120 Hz beim Telefonieren zuhören, können wir immer noch seinen korrekten Ton hören und werden einen Jungen nicht mit einem Mädchen verwechseln . . .

Wir wissen immer noch nicht, wie das Gehirn mithilfe komplexer Berechnungen diesen nicht vorhandenen Ton rekonstruiert.

PS Fügen Sie ein kleines visuelles Osterei hinzu, können Sie sehen, was an diesem Bild seltsam ist?

(Bitte lesen Sie die Antwort bis zum Ende)

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_ Ihre Vision ~ erstaunlich! Der menschliche Körper hat immer noch zu viele unbekannte magische Eier, die darauf warten ausgegraben zu werden~~

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Der Komprimierungsalgorithmus einer MP3.

Mp3 compression algorithm

Die Geburt des MP3-Kompressionsalgorithmus ist Unsinn der menschlichen Organe im digitalen Zeitalter. Der gesamte Algorithmus ist nicht um die Mathematik herum verbessert, sondern eher dahingehend optimiert, wie man das menschliche Hörorgan täuscht.

Dieser Algorithmus ist also sehr merkwürdig, Baidu hat nach langer Zeit endlich Informationen gefunden und hat ein wenig Verständnis für sein Prinzip, also notieren Sie es bitte.

Grundprinzip
Es gibt einen speziellen Schattierungseffekt auf das menschliche Gehörmodell.
Die Rolle der Cochlea ist die eines Spektrumanalysators, der Schallwellen in Signale unterschiedlicher Frequenzen umwandelt. Die Zottenzellen an jedem bestimmten Ort werden durch eine bestimmte Frequenz stimuliert, aber wenn die Basilarmembran zu Schwankungen führt, werden auch die Zottenzellen um sie herum stimuliert. Das heißt, wenn es eine Frequenz mit hoher Lautstärke und gleichzeitig eine relativ schwache Frequenz in der Nähe gibt, wird der Ton der relativ schwachen Frequenz von dem relativ lauten Ton überdeckt, und unsere menschlichen Ohren haben keine Möglichkeit um den Ton zu unterscheiden Es gibt einen anderen Ton mit einer schwächeren Frequenz.

Für das menschliche Ohr ändern sich die Wahrnehmungseigenschaften von Schall nicht auf einer linearen Frequenzskala (das menschliche Gehör ist nicht so gut), sondern können in einer Reihe von begrenzten Frequenzbändern ausgedrückt werden, die als kritische Frequenzbänder bezeichnet werden. Einfach ausgedrückt ist das gesamte Frequenzband in mehrere Segmente unterteilt, und in jedem Frequenzband ist die Hörwahrnehmung des menschlichen Ohrs gleich, dh die psychoakustischen Eigenschaften sind gleich.
Dann kann nach diesem Prinzip die mp3-Kompressionsarbeit einfach in zwei Teile geteilt werden:

Der erste Schritt: Aufteilung der Original-Audiodaten in mehrere unterkritische Frequenzbänder nach bestimmten Prinzipien;

Schritt 2: Analysieren Sie das Frequenzspektrum gemäß dem psychoakustischen Modell, um die Maskierungseffektkurve zu finden. Dann wird gemäß dieser Kurve jedes Subfrequenzband separat quantisiert, und schließlich liegt die Komprimierung des Audios unterhalb der Maskierungseffektkurve.

Auf diese Weise wird eine MP3-Komprimierung durchgeführt. Und es ist überraschend, dass mp3 in der digitalen Welt wirklich komprimiert wird, aber für die menschliche Wahrnehmung zur Kompression ohne Verzerrung gehört.

verlustfreie Klangqualität

lossless sound quality

Das Prinzip dieser Audiokomprimierungsverfahren besteht darin, die Teile, die für das menschliche Ohr gut hörbar sind, so weit wie möglich beizubehalten.

lossless sound quality

Im Hauptmodus mit konstanter Bitrate (CBR) werden hörbare Daten im Audio entfernt und es ist für das menschliche Ohr einfacher zu hören.Je mehr Informationen für den Teil beibehalten werden, desto weniger Informationen werden für den weniger hörbaren Teil gespeichert . Mit zunehmender Klangkomplexität wird der Grad der Klangqualitätsverschlechterung deutlicher. Wenn zum Beispiel reine menschliche Musikdarbietungen und Darbietungen kombiniert mit Hintergrundmusik gehört werden, ist der Grad der Verschlechterung der komprimierten Musik der menschlichen Stimme weniger offensichtlich als der der Originaldatei.

Was die verlustfreie Klangqualität der heutigen Streaming-Plattform betrifft, so gibt es viele Formate, aber streng genommen gehören diese Formate, einschließlich FLAC und ALAC, eher zur verlustfreien Komprimierung (zerstörungsfreie Datenkomprimierung) als zu Qualität, verlustfreier Klang im engeren Sinne , aber aufgrund seiner Leistung ist es fast das gleiche wie WAVE, aber die Datei ist klein, die Dekodierungsgeschwindigkeit ist schnell und es kann in Streaming-Diensten verwendet werden, also ist es auch ein repräsentatives Format mit verlustfreier Klangqualität, das Einzug gehalten hat Ära ohne CD-Unterstützung, und es ist auch der aktuelle Musik-Streaming-Dienst.

Außerdem ist MQA wie Tidal ein umstritteneres Format, denn obwohl MQA im weitesten Sinne eine verlustfreie Audiokomprimierung ist, konzentriert es sich darauf, qualitativ hochwertige Musikdateien, die über der CD-Qualität liegen, in einer Größe zu erzeugen, die der von Flac-Dateien in CD-Qualität ähnelt. , aber es kann auch in das ursprüngliche hochwertige Audioformat wiederhergestellt werden, aber der umstrittene Punkt ist, ob das höhere Komprimierungsverhältnis den gleichen echten Hörsinn aufrechterhalten kann wie das ursprüngliche hochwertige Audioformat. Gleichzeitig erfordert MQA ein bestimmtes Gerät, um die Hardware-Decodierung durchzuführen. Ja, viele Geräte können MQA nur über Software dekodieren.

▲Die derzeit als Hi-Res Audio bezeichnete Bezeichnung bezieht sich im Allgemeinen auf eine höhere Klangqualität als die einer CD, aber um zertifiziert zu werden, muss das Gerät die Verarbeitungsfähigkeit des 24-Bit-96-kHz-Formats unterstützen.

Da MP3 und AAC jedoch zuvor geplante destruktive Musikkomprimierungsformate waren, besteht ihr Zweck darin, die Klangqualität auf CD-Niveau in kleinere Dateien zu komprimieren, sodass die meisten Codierungsspezifikationen in einer Präsentation präsentiert werden: CD-Niveau 16-Bit 44,1 kHz oder 16-Bit 48 kHz; MQA ist jedoch ein Format mit einer kleinen Dateigröße, das hohe Anforderungen an die Klangqualität erfüllt. Grundsätzlich ist das MQA-Format Musik, die 24-Bit-PCM oder höher entspricht.

verlustfreie Klangqualität

lossless sound quality

Obwohl verlustfreie Klangqualität und hochwertige Streaming-Dienste seit einiger Zeit auf dem Markt erscheinen

lossless sound quality

Apple ist nicht der erste, der echte drahtlose Ohrhörer herstellt, aber es hat mit der Einführung von sogenanntem Hi-Fi durch Apple die Welle des Marktes geritten. komprimierte Tonqualität in Apple Music. Tatsächlich sind nach der verlustfreien Komprimierung, die in der Audioindustrie allgemein bekannt ist, verlustfreie Klangqualität und hohe Klangqualität sofort zu einem heißen Thema für viele Menschen geworden, aber ob die Vorteile von hochwertigen verlustfreien Soundsystemen wirklich offensichtlich sind, wird der Autor widmen etwas Raum von theoretischen Konzepten zu praktischen Ebenen. Der Unterschied ist ein einfacher Überblick, aber die folgenden Argumente konzentrieren sich auf ein einfaches Verständnis, sodass einige der Beschreibungen nicht ganz genau sind.

Was ist verlustfreie Klangqualität? Wie ist die Klangqualität der Musik, die wir normalerweise hören?
Das Foto erwähnt * Einführung in die KKBOX-Klangqualität (einschließlich Format), Erscheinungsjahr, Klangqualität, einschließlich Zahlen, KKBox, Streaming-Medien, Hi-Res Audio und Hi-Fi

▲ Sowohl AAC als auch MP3 sind destruktive Komprimierung, während FLAC und ALAC verlustfreie Komprimierung sind

Bevor wir ins Detail gehen, lassen Sie uns über die sogenannte verlustfreie Klangqualität sprechen; Nach dem Konzept und der Erkenntnis des Autors ist die sogenannte verlustfreie Klangqualität eher ein relatives als ein absolutes Wort. Die Hauptquelle ist das relative Wort, das aufgrund des Erscheinens des MP3-Musikkomprimierungsformats entstanden ist; Nachdem die Musikindustrie digitalisiert wurde, wurden digitale Musikdateien im Allgemeinen über PCM-Codierung aufgezeichnet, und WAVE-Dateien wurden im Allgemeinen auf CDs verwendet. Die Zeit- und Platzsituation, in die MP3 hineingeboren wurde, lag daran, dass die Festplattenkapazität zu dieser Zeit im Allgemeinen klein war.Um eine große Menge an Musikdaten im Speicherplatz zu speichern, müssen Sie die Dateien wahrscheinlich komprimieren.

Der Grund, warum MP3 nicht als verlustfreies Format bezeichnet werden kann, liegt darin, dass es die ursprüngliche WAVE im Wesentlichen so komprimiert, dass die Bitrate begrenzt wird, indem Konzepte wie die Psychologie des Klangs kombiniert werden. Der Bitraten-Komprimierungsmodus komprimiert im Vergleich zur Bitrate der ursprünglichen WAVE-Datei mindestens in einem Bereich von 1: 4 bis 12: 1. Je höher die Bitrate, desto größer die Menge der gespeicherten Informationen. Zum Beispiel übernimmt das AAC-Format auch eine ähnliche Audiopsychologie für die Komprimierung, aber die Effizienz ist besser als bei MP3. Daher verwendet der Großteil der verlustfreien Klangqualität der meisten Streaming-Plattformen derzeit AAC als Mainstream.