Mp3 Volume verhogen deel 3

In de twee vorige delen over Mp3 Volume Enhancer, hebben we gezien hoe en waarom het nodig is om het volume van audio- en videobestanden te normaliseren (iets dat alleen Mp4Gain kan doen) en voor hen zijn we begonnen ons te verdiepen in hoe de compressie.

Algoritmen voor audiocompressie

codering

Audiocompressietechnologie verwijst naar de toepassing van geschikte digitale signaalverwerkingstechnologie op de originele digitale audiosignaalstroom (PCM-codering), zonder de hoeveelheid nuttige informatie te verliezen, of onder de voorwaarde dat het geïntroduceerde verlies onbeduidend is, de code ervan verminderen (comprimeren) snelheid, en ook wel compressiecodering genoemd. Het moet een overeenkomstige inverse transformatie hebben, decompressie of decodering genoemd. Audiosignalen kunnen veel ruis en enige vervorming veroorzaken nadat ze door een codecsysteem zijn gegaan.

1. Redundante audiosignaalinformatie
Digitale audiosignalen zouden, als ze rechtstreeks zonder compressie worden verzonden, een grote hoeveelheid bandbreedte verbruiken. Als de samplefrequentie van een tweekanaals digitale audioset bijvoorbeeld 44,1 KHz is en elke samplewaarde wordt gekwantiseerd tot 16 bits, is de codesnelheid:

2*44.1kHz*16bit = 1.411Mbit/s

Zo’n grote bandbreedte zal veel problemen opleveren voor signaaloverdracht en -verwerking, dus de audiogegevens moeten worden verwerkt met audiocompressietechnologie om audiogegevens effectief te verzenden.

Digitale audiocompressiecodering comprimeert het audiogegevenssignaal zo veel mogelijk op voorwaarde dat het signaal niet hoorbaar wordt vervormd. Digitale audiocompressiecodering wordt geïmplementeerd door overbodige componenten in geluidssignalen te verwijderen. Zogenaamde redundante componenten verwijzen naar signalen in de audio die niet door het menselijk oor kunnen worden waargenomen en helpen niet bij het bepalen van het timbre, de toonhoogte en andere informatie van het geluid.

Redundante signalen omvatten audiosignalen buiten het bereik van het menselijk gehoor en gemaskeerde audiosignalen. Het frequentiebereik van het geluidssignaal dat door het menselijk oor kan worden waargenomen, is bijvoorbeeld 20 Hz tot 20 KHz, en andere frequenties dan deze frequentie kunnen niet door het menselijk oor worden gedetecteerd en kunnen als redundante signalen worden beschouwd. Bovendien, volgens de fysiologische en psycho-akoestische verschijnselen van het menselijk oor, wanneer een sterk signaal en een zwak signaal tegelijkertijd bestaan, wordt het zwakke signaal gemaskeerd door het sterke signaal en kan het niet worden gehoord, dus het zwakke signaal kan worden beschouwd als een redundant signaal. Niet verzenden. Dit is het maskerende effect van het menselijk gehoor, dat zich voornamelijk manifesteert in het spectrale maskerende effect en het tijdsdomein maskerende effect, die als volgt worden weergegeven:

1.1 Spectraal maskerend effect
Nadat de geluidsenergie van een frequentie lager is dan een bepaalde drempel, zal het menselijk oor het niet horen, en deze drempel wordt de minimale hoorbare drempel genoemd. Wanneer er een ander geluid is met een hogere energie, zal de drempelwaarde dicht bij de frequentie van het geluid aanzienlijk toenemen.

Mp3 Volume verhogen deel 2

We hebben in het vorige hoofdstuk gesproken over de noodzaak om een ​​mp3-volumeverhoger te realiseren, hoewel de volumeverhoger niet beperkt is tot mp3’s in Mp4Gain. U kunt zelfs een volumeverhoger bereiken in alle belangrijke audio- en videoformaten.

Om het beter te begrijpen, hadden we het over en analyseerden we hoe de compressie van een audiobestand werkt.

Kwantificering van codering. Kwantiseringscodering maakt gebruik van een iteratief lusmodel met drie lagen voor bittoewijzing en kwantisering. Deze drie lagen omvatten: framelus, buitenste lus en binnenste lus. De framelus stelt alle iteratieve variabelen opnieuw in, berekent het maximale aantal bits dat aan elk gegevenssegment kan worden geleverd en roept vervolgens het externe iteratieve model aan; het buitenste iteratieve model gebruikt eerst het binnenste iteratieve model, dat de invoervector kwantiseert door te verhogen. De grootte van de kwantiseringsstap maakt het mogelijk dat de gekwantiseerde uitvoer binnen een bepaalde bitlimiet wordt gecodeerd. Huffman-codering heeft een limiet op de maximale kwantiseringswaarde, dus het is noodzakelijk om te beoordelen of alle kwantiseringswaarden de limiet overschrijden. Als het de limiet overschrijdt, moet de binnenste iteratielus de grootte van de kwantiseringsstap vergroten en opnieuw kwantiseren. Bepaal vervolgens het aantal Huffman-coderingsbits zodanig dat het aantal bezette bits kleiner is dan het maximale aantal bits dat elke coderingssectie, berekend door de framecyclus, kan leveren; anders moet de grootte van de kwantiseringsstap worden vergroot voor herkwantisering. Wanneer de kwantisering aan de vereisten voldoet, slaat u de uiteindelijke schaalfactorwaarde op, verlaat u de buitenste lus en berekent u het aantal bits dat wordt gebruikt om elke gegevenssectie in de framelus op te slaan.

Mp3 Volume verhogen

Eerst moeten we begrijpen hoe een mp3 werkt, hoe het de originele wav comprimeert tot een tiende van zijn grootte, om te begrijpen waarom we altijd alle volumes van de verschillende mp3’s moeten normaliseren.

Mp3 Volume verhogen

Een wav slaat veel informatie op, waaronder informatie die mensen niet kunnen horen, ook overbodige informatie en neemt uiteindelijk veel ruimte in beslag op de harde schijf of op flashdrives.

Dit heeft vanaf het begin geleid tot de noodzaak om te bereiken dat de verschillende mp3’s een constant of vergelijkbaar volume hebben bij het vergelijken van sommige mp3’s met andere.

Dit momenteel met Mp4Gain kan worden toegepast op de meest gebruikte audio- en videoformaten.

Laten we een beetje begrijpen hoe de compressie van een mp3 werkt:

MP3-codering bestaat hoofdzakelijk uit 3 functionele hoofdmodules, waaronder hybride filterbank (subbandfilter en MDCT), psycho-akoestisch model, kwantiseringscodering (bitmapping en bitfactoring, en Huffman-codering).
1. Hybride filterbank. Dit deel omvat twee delen van de subbandfilterbank en MDCT. Subbandfilterbankcodering voltooit het in kaart brengen van het gesamplede signaal van tijdsdomein naar frequentiedomein en ontleedt het gespecificeerde audiosignaal in 32 subbanden via de banddoorlaatfilterbank voor uitvoer. Alle 32 subbanden die door de subbandfilterbank worden uitgevoerd, hebben dezelfde bandbreedte, terwijl de kritische bandbreedte afgeleid van het psycho-akoestische model dat niet is. Daarom is het, om elke schaalfactorband voor codering aan te passen aan de kritische band, nodig om subbandsignalen om te zetten in MDCT. Zodra de uitvoer van de subbandfilterbank naar de MDCT-filterbank is gestuurd, wordt elke bank onderverdeeld in 18 frequentielijnen, wat resulteert in een totaal van 576 frequentielijnen. Vervolgens wordt het aantal bits dat is toegewezen aan de 576 spectraallijnen bepaald met behulp van de signaal-tot-maskerverhouding van de berekende subbandsignalen in het psycho-akoestische model.

2. Psychoakoestische modellen. Het psycho-akoestische model maakt gebruik van het maskerende effect van het menselijke gehoorsysteem om een ​​groot aantal irrelevante signalen te verwijderen, om het effect van het comprimeren van de audiogegevens te bereiken. Om de maskeerdrempel nauwkeurig te berekenen, moet het signaal een betere resolutie hebben in het frequentiedomein, dus wordt het signaal Fourier-getransformeerd voordat het psycho-akoestische model wordt gebruikt. MPEG-I biedt twee psycho-akoestische modellen. Het eerste model is eenvoudig te berekenen en biedt voldoende nauwkeurigheid bij het coderen met hoge bitsnelheden. Het tweede model is complexer en wordt over het algemeen gebruikt bij het coderen met lagere bitsnelheden. Psychoakoestisch model II wordt over het algemeen gebruikt in MP3-codering. Het doel van het psycho-akoestische model is om de maskeerdrempelwaarde van elke subband te vinden en deze te gebruiken om het kwantiseringsproces te regelen. Het implementatieproces van het psycho-akoestische model bestaat over het algemeen uit het eerst gebruiken van FFT om de spectrale kenmerken van het signaal te verkrijgen en de tonale componenten (sommige worden muzikale componenten genoemd) en de niet-tonale componenten (of ruiscomponenten) op elk frequentiepunt te vinden volgens de spectrale kenmerken; De curve bepaalt de maskeringsdomeinwaarde van elke tooncomponent en niet-pitchcomponent op andere frequentiepunten; tenslotte wordt het algemene maskeringsdomein van elk frequentiepunt verkregen en omgezet in de coderende subband. Voor ruis die wordt gegenereerd na kwantisering van de spectrale waarde die wordt uitgezonden door de subbandfilterbank, als de ruis onder de maskeringsdrempel kan worden geregeld, kan het uiteindelijke gedecodeerde resultaat van gecomprimeerde gegevens niet te onderscheiden zijn van het oorspronkelijke signaal. Het maskeervermogen van een bepaald signaal hangt af van de frequentie en luidheid ervan, dus het eindresultaat van het psycho-akoestische model is de signaal-tot-maskerverhouding (signaal-tot-maskerverhouding), de verhouding tussen de intensiteit van het signaal en de maskering. begrenzing.