MPEG简介 + 如何计算CBR和VBR的MP3的播放时间 v1.5

1. 正文之前 4 2. MPEG的相关知识 5 3. MP3中常见的术语 8 4. MPEG的帧Frame 10 4.3.1. 常见MPEG帧的音频数据大小是418字节 14 5. MP3的播放时间的计算公式及XING和VBRI头介绍 16 6. 计算CBR和VBR的MP3文件的播放时间的步骤 24 7. MP3相关的一些知识点的解释 27 7.1. MP3的文件的内容组织结构 27 7.2. MP3帧的时长是26ms的来历 28 7.3. 怎么算出来MP3的压缩比大概是1:11的 28 7.4. 问：每一个帧都包含帧头，会不会很浪费空间？ 29 8. 后记 30 9. 文章引用 31 ### MPEG简介与MP3播放时间计算详解 #### 一、MPEG相关知识 **MPEG**，即Motion Picture Experts Group的缩写，是一系列由国际标准化组织（ISO）和国际电工委员会（IEC）共同制定的视频编码标准。它不仅包括视频编码标准，还涵盖了音频编码、系统和版权管理等方面的标准。 1. **MPEG-1和MPEG-2**： - **MPEG-1**（ISO/IEC11172-3）主要用于CD-ROM存储介质上的交互式多媒体应用。 - **MPEG-2**（ISO/IEC13813-3）则是在MPEG-1的基础上进行了扩展，主要应用于DVD、卫星电视等领域。 2. **MPEG-3**：实际上并不存在，这个名字被跳过了，因为原本打算用于数字音频广播的技术后来被命名为Dolby AC-3，并非MPEG的一部分。 3. **MPEG-2.5**：这并不是一个正式的MPEG标准，而是指在MPEG-1和MPEG-2之间的一种非官方扩展，主要用于支持更低的比特率音频传输。 #### 二、MP3中的常见术语 **MP3**是一种音频压缩技术，其全称是MPEG-1 Audio Layer III或MPEG-2 Audio Layer III，是MPEG-1和MPEG-2标准的一部分。MP3通过消除人耳无法感知的声音信息来实现高效率的压缩。 1. **LSF（Lower Sampling Frequency）**：指的是较低的采样频率，通常用于MPEG-2标准中的音频层，用以支持更低的比特率。 2. **帧（Frame）**：MP3音频数据的基本单位，每个帧包含了特定时长的音频信息。 3. **帧头（Frame Header）**：每个帧的起始部分，包含了关于该帧的重要元数据，如比特率、采样率等。 4. **CBR（Constant Bit Rate）**与**VBR（Variable Bit Rate）**：CBR表示恒定比特率，而VBR则是可变比特率，后者可以根据音频内容的复杂度自动调整比特率。 5. **比特率（Bitrate）**：单位时间内传输的数据量，对于音频文件来说，通常用来衡量压缩质量。 6. **边信息（Side Information）**：MP3帧内除了音频数据外还包含的一些辅助信息。 7. **MP3的TAG**：用来存储歌曲标题、艺术家等元数据的信息块。 #### 三、MPEG帧的大小与结构 - **MPEG帧头**：位于每个帧的开头，包含比特率、采样率等关键信息。 - **MPEG音频数据**：每个帧的实际音频数据部分，通常情况下一个典型的MPEG帧的音频数据大小约为418字节。 - **MPEG帧的大小**：一个完整的MPEG帧（包括帧头和音频数据）的总大小。 #### 四、MP3的播放时间计算 - **CBR的播放时间计算**： - 方法一：利用文件总大小除以比特率乘以每秒的比特数，再除以帧长得到播放时间。 - 方法二：通过计算文件中所有帧的时长累加得到总播放时间。 - **VBR的播放时间计算**： - 平均比特率法：通过估算文件的平均比特率来计算播放时间。 - 总帧数法：统计文件中的总帧数，结合帧长来计算播放时间。 - **XING和VBRI头介绍**： - **XING头**：一种特殊的帧头，用于提供有关VBR文件的元数据，包括平均比特率、最大比特率、总帧数等。 - **VBRI头**：类似于XING头，也是为VBR文件设计的元数据头，提供了额外的信息来辅助播放器计算播放时间。 #### 五、计算步骤 1. **定位到MPEG的帧头的位置**：从文件头部开始寻找第一个符合MPEG帧头格式的字节序列。 2. **解析MPEG帧头，获取必要信息**：例如比特率、采样率等。 3. **判断是VBR还是CBR**，并根据公式计算播放时间。 4. **定位出Xing头或VBRI头的位置**，对于VBR文件来说，这是非常重要的一步。 #### 六、MP3相关的一些知识点的解释 1. **MP3文件的内容组织结构**：MP3文件通常由一系列帧组成，每个帧包含了音频数据以及必要的元数据。 2. **MP3帧的时长是26ms的来历**：这是因为MP3采用了32kHz的采样率，且每个帧包含1152个样本点，因此计算得出大约为26ms。 3. **MP3的压缩比大约为1:11**：这一压缩比是指原始音频数据与压缩后的MP3数据相比，通常可以达到大约10倍左右的压缩效果。 4. **问：每一个帧都包含帧头，会不会很浪费空间？** - 原因之一：尽管每个帧头会占用一定的空间，但考虑到它提供的元数据对于解码非常重要，因此这种设计是合理的。 - 原因之二：相对于整个文件的大小而言，每个帧头所占的空间比例较小，对总体压缩效率的影响有限。 通过以上知识点的详细阐述，我们可以更深入地理解MPEG与MP3的相关技术细节，这对于从事音频处理、音视频编解码领域的专业人士尤其有用。