Sample rate en bitrate van MP3 Part 3

Geluid is eigenlijk een soort energiegolf, dus het heeft ook de kenmerken van frequentie en amplitude, waarbij de frequentie overeenkomt met de tijdas en de amplitude overeenkomt met de niveau-as.

De golf is oneindig glad en de snaar kan worden beschouwd als samengesteld uit ontelbare punten. Omdat de opslagruimte relatief beperkt is, moeten tijdens het digitale coderen de punten van de string worden bemonsterd. Het bemonsteringsproces bestaat uit het extraheren van de frequentiewaarde van een bepaald punt. Het is duidelijk dat hoe meer punten er in één seconde worden geëxtraheerd, hoe rijker de frequentie-informatie die kan worden verkregen. Om de golfvorm te herstellen, moeten er twee bemonsteringspunten in één trilling zijn.De hoogste frequentie die kan worden gevoeld is 20kHz, dus om te voldoen aan de auditieve vereisten van het menselijk oor, minimaal 40k monsters per seconde, uitgedrukt in 40kHz, en deze 40kHz is de samplefrequentie. Onze gewone cd heeft een samplefrequentie van 44,1 kHz. Het is niet voldoende om alleen frequentie-informatie te hebben, we moeten ook de energiewaarde van deze frequentie verkrijgen en kwantificeren om de sterkte van het signaal weer te geven. Het aantal kwantisatieniveaus is een geheel getal van 2, en de steekproefomvang van onze gewone CD-bit is 16 bits, dat wil zeggen 2 tot de macht 16. De steekproefomvang is moeilijker te begrijpen dan de bitsnelheid. het lijkt abstract.Voor een eenvoudig voorbeeld: stel dat een golf 8 keer wordt bemonsterd, en de energiewaarden die overeenkomen met de bemonsteringspunten zijn A1-A8, maar we gebruiken alleen 2-bits bemonsteringsgrootte, als resultaat kunnen we alleen de 4-puntswaarden in A1-A8 en gooi de andere 4 weg. Als we de 3bit-samplegrootte gebruiken, wordt alle 8-puntsinformatie vastgelegd. Hoe hoger de bemonsteringsfrequentie en de bemonsteringsgrootte, hoe dichter de opgenomen golfvorm bij het oorspronkelijke signaal ligt.

Het is heel eenvoudig om de bitsnelheid van een PCM-audiostream te berekenen, de waarde van de samplefrequentie × de waarde van de samplegrootte × het aantal bps van het kanaal. Een WAV-bestand met een bemonsteringssnelheid van 44,1 KHz, een bemonsteringsgrootte van 16 bits en tweekanaals PCM-codering heeft een gegevenssnelheid van 44,1 K×16×2 = 1411,2 Kb/s. We zeggen meestal dat 128K MP3, de bijbehorende WAV-parameter, deze 1411.2Kb/s is, deze parameter wordt ook wel databandbreedte genoemd, het is een concept met de bandbreedte in ADSL. Deel de codesnelheid door 8 om de gegevenssnelheid voor deze WAV te krijgen, die 176,4 KByte/s is. Dit betekent het opslaan van een samplefrequentie van 1 seconde van 44,1 KHz, een 16-bits samplegrootte en een tweekanaals PCM-gecodeerd audiosignaal, waarvoor 176,4 KB ruimte nodig is, wat ongeveer 10,34 M in 1 minuut is, wat onaanvaardbaar is . Voor de meeste gebruikers, vooral vrienden die graag naar muziek luisteren op de computer, zijn er slechts twee manieren om het schijfgebruik te verminderen of te comprimeren. Het verlagen van de index is niet aan te raden, daarom hebben experts verschillende compressieschema’s ontwikkeld.

De minimale waarde van het 16-bits binaire getal is 000000000000000000, de maximale waarde is 11111111111111111 en de bijbehorende decimale getallen zijn 0 en 65535, dat wil zeggen, het verschil tussen de maximale en minimale waarden is 65535, dat wil zeggen, de dynamische bereik van de analoge hoeveelheid die kwantiseert Het verschil kan 65535 zijn, wat 96,32 decibel is, dus de kwantisatienauwkeurigheid is alleen gerelateerd aan het dynamisch bereik en heeft niets te maken met frequentierespons. Het is ook logisch om het dynamisch bereik in te stellen op 96 decibel. De pijnloze grensgeluidsdruk van het menselijk oor is 90 decibel. Het dynamisch bereik van 96 decibel is voldoende voor gewone toepassingen. Daarom zullen analoge golven binnen het dynamische bereik van 96 decibel na kwantisatie niet worden gekwantiseerd en zal er clipping-vervorming optreden.

Het aantal cijfers in het geluid is gelijk aan het aantal kleuren op het scherm, wat de hoeveelheid data per sample aangeeft. Natuurlijk, hoe groter de hoeveelheid gegevens, hoe nauwkeuriger het afspeelgeluid, om het geluid niet te verwarren. van de theepot met het treinfluitje. Op dezelfde manier is het duidelijker en nauwkeuriger voor het beeld, om bloed en ketchup niet te verwarren. Echter, beperkt door de functie van menselijke organen, zijn 16-bits geluid en 24-bits beeld in feite de limieten van gewone mensen, en de hoogste cijfers kunnen alleen worden onderscheiden door instrumenten. De telefoon heeft bijvoorbeeld 7-bits geluid gesampled op 3 kHz en de cd heeft 16-bits geluid gesampled op 44,1 kHz, dus de cd is helderder dan de telefoon.

Sample rate en bitrate van MP3 Part 2

De samplefrequentie is vergelijkbaar met het aantal frames van bewegende beelden.

De bemonsteringsfrequentie van films is bijvoorbeeld 24 Hz, de bemonsteringsfrequentie van het PAL-formaat is 25 Hz en de bemonsteringsfrequentie van het NTSC-formaat is 30 Hz. Wanneer we stilstaande beelden afspelen die zijn gesampled met dezelfde snelheid als de bemonsteringsfrequentie, we zien een doorlopend beeld. Op dezelfde manier is er een continu geluid hoorbaar wanneer een CD die is opgenomen met een bemonsteringsfrequentie van 44,1 kHz met dezelfde snelheid wordt afgespeeld. Het is duidelijk dat hoe hoger de samplefrequentie, hoe coherenter het geluid zal worden gehoord en het beeld zal worden gezien. [Natuurlijk is de bemonsteringssnelheid die menselijke auditieve en visuele organen kunnen onderscheiden beperkt, wat in wezen hoger is dan geluid dat wordt gesampled op 44,1 kHz, en de meeste mensen hebben het verschil niet opgemerkt. ]

Het aantal cijfers in het geluid is gelijk aan het aantal kleuren op het scherm, wat de hoeveelheid data per sample aangeeft. Natuurlijk, hoe groter de hoeveelheid gegevens, hoe nauwkeuriger het afspeelgeluid, om het geluid niet te verwarren. van de theepot met het treinfluitje. Op dezelfde manier is het duidelijker en nauwkeuriger voor het beeld, om bloed en ketchup niet te verwarren. [Maar beperkt door de functie van menselijke organen, zijn 16-bits geluid en 24-bits beeld in feite de limieten van gewone mensen, en de hogere cijfers kunnen alleen door instrumenten worden onderscheiden. De telefoon heeft bijvoorbeeld 7-bits geluid gesampled op 3 kHz en de cd heeft 16-bits geluid gesampled op 44,1 kHz, dus de cd is helderder dan de telefoon. ]

Wanneer u de bovenstaande twee concepten begrijpt, is bitrate gemakkelijk te begrijpen. Neem de telefoon als voorbeeld, 3000 samples per seconde, elk sample is 7 bits, dan is de bitrate van de telefoon 21000. En de CD is 44100 samples per seconde, twee kanalen, elk sample is 13 bit PCM-gecodeerd, dus de CD-bit snelheid is 44100*2*13=1146600, wat betekent dat het datavolume van de CD per seconde ongeveer 144KB is, en de capaciteit van een CD is 74 minuten gelijk aan 4440 seconden, wat 639360KB=640MB is.