was MP3 bedeutet – Page 4

Audioformat: Vergleich und Implementierung von MP3 und WAV

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Audioformat: Vergleich und Implementierung von MP3 und WAV

WAV vs MP3

Ein mp3 hat 320 kbps, 44100 Hz, was bedeutet das?

mp3 vs wav

44100 Hz repräsentiert die Abtastrate des Signals. Das sogenannte Sampling besteht darin, in jeder Zeiteinheit den Wert y der Schallwelle zum aktuellen Zeitpunkt zu erhalten. Sampling ist der Prozess der Diskretisierung kontinuierlicher Daten (Umwandlung eines analogen Signals in ein digitales Signal).
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Das oben erwähnte Abtastverfahren wird als PCM (Pulse Code Modulation) bezeichnet. Gemäß dem Nyquist-Shannon-Abtastgesetz muss die Abtastrate mindestens das Doppelte der höchsten Zielfrequenz betragen. Der Hörbereich des menschlichen Ohrs beträgt etwa 20 Hz bis 20.000 Hz (wenn Sie neugierig sind, wie laut Sie hören können, können Sie hier klicken, um Ihre Ohren zu testen), obwohl Aufnahmesoftware oft eine Option von 48.000 Hz hat, aber wir können mit Sicherheit schließen : 44100 Hz kann fast alle unsere Anforderungen erfüllen, höher ist nur eine Verschwendung von Speicher und CPU. Mehr als 48.000 Samples sind für das menschliche Ohr bedeutungslos, was 24 Bildern pro Sekunde in einem Film entspricht. 44100 Hz ist die Standard-Samplerate für fast alle veröffentlichten Musiktitel. Bei Stimmen und vielen Instrumenten sind hochfrequente Klänge tatsächlich Rauschen, sodass hohe Abtastraten manchmal die Klangqualität verschlechtern können (weshalb wir den Equalizer anpassen müssen).

320 kbps stellt Ihre Bitrate/Bitrate dar, was eine Abkürzung für Kilobit pro Sekunde ist, was die Größe der Daten darstellt, die zur Beschreibung von Ton verwendet werden. Bei CDs (unkomprimierte Audiodatei) beträgt die Bitrate 1411,2 kbps, und die mp3-Tonqualität zum Erreichen von CD-Qualität sollte höher als 128 kbps/44100 Hz sein (128 kbps kann als die häufigste Bitrate bezeichnet werden). Im Allgemeinen bedeutet eine höhere Zahl eine bessere Qualität. Die Qualität hängt von vielen Faktoren ab (z. B. dem Verschlüsselungsalgorithmus). Oft brauchen wir keine zu hohe Bitrate: Unser Gerät kann mp3 und CD ohne Unterschied abspielen (Sound/Soundkarte ist normal).

Ein wav ist 44100 Hz 16-Bit-Stereo oder 22050 Hz 8-Bit-Mono, was bedeutet das? Stereo/Mono bezieht sich auf Dual/Mono. Bei monophonen Sounddateien sind die Sample-Daten eine 8-Bit Short Integer (short int 00H-FFH); Bei Zweikanal-Stereo-Sounddateien sind alle Sample-Daten eine 16-Bit-Ganzzahl (int) und die oberen acht Bits (linker Kanal) und die unteren acht Bits (rechter Kanal) repräsentieren jeweils die beiden Kanäle.

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MP3-Format und die Unterschiede zwischen VBR und CBR, WAS IST BESSER?

CBR & VBR

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).

CBR vs VBR

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 Audio-Frame ist nach dem standardmäßigen 4-Byte-MP3-Audio-Frame-Header. Zwischen dem Frame-Header und dem Xing-Header befindet sich ein leerer Teil, in dem der Dateninhalt vollständig 0 ist. Dieses Leerzeichen Die Länge von Der Abschnitt ist angegeben. 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 .

Mp3, Unterschiede zwischen CBR und VBR

CBR vs VBR

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).

CBR & VBR

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. Das id3 ist in zwei Versionen, v1 und v2, unterteilt und enthält nur v1. 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.

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.

Grundlegende Unterschiede zwischen VBR und CBR in MP3-Dateien

CBR vs VBR

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

CBR & VBR

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.

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.