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文件压缩技术的日新月异使得MP3成为时下最烫手的音乐格式,优质的音乐随着0与1的排列迅速散布到世界各地,撼动人心。何谓MP3?MP3的全称是MPEG Audio Layer 3,它是一种高效的计算机音频编码方案,它以较大的压缩比将音频文件转换成较小的扩展名为.MP3的文件,基本保持原文件的音质。MP3是ISO/MPEG标准的一部分,ISO/MPEG标准描述了使用高性能感知编码方案的音频压缩,此标准一直在不断更新以满足“质高量小”的追求,现已形成MPEG Layer 1、Layer 2、Layer 3三个音频编码解码方案。MPEG Layer 3压缩率可达1:10至1:12,1M的MP3文件可播放1分钟,而1分钟CD音质的WAV文件(44100Hz,16bit,双声道,60秒)要占用10M空间,这样算来,一张650M的MP3光盘播放时间应在10小时以上,而同样容量的一张CD盘播放时间在70分钟左右。MP3的优势是CD难以比拟的。
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1.引言
文件压缩技术的日新月异使得 MP3 成为时下最烫手的音乐格式,优质的音乐随着 0 与 1 的排列迅速散布到世界各地,
撼动人心。何谓 MP3?MP3 的全称是 MPEG Audio Layer 3,它是一种高效的计算机音频编码方案,它以较大的压缩比将音频
文件转换成较小的扩展名为.MP3 的文件,基本保持原文件的音质。MP3 是 ISO/MPEG 标准的一部分,ISO/MPEG 标准描述了
使用高性能感知编码方案的音频压缩,此标准一直在不断更新以满足“质高量小”的追求,现已形成 MPEG Layer 1、Layer
2、Layer 3 三个音频编码解码方案。MPEG Layer 3 压缩率可达 1:10 至 1:12,1M 的 MP3 文件可播放 1 分钟,而 1 分钟 CD 音
质的 WAV 文件(44100Hz,16bit,双声道,60 秒)要占用 10M 空间,这样算来,一张 650M 的 MP3 光盘播放时间应在 10
小时以上,而同样容量的一张 CD 盘播放时间在 70 分钟左右。MP3 的优势是 CD 难以比拟的。
2 MP3 原理浅析
2.1 MPEG Audio 标准
MPEG(Moving Picture Experts Group)是 ISO 下的一个动态图象专家组,它制定的 MPEG 标准广泛应用于各种多媒
体中。MPEG 标准包括视频和音频标准,其中音频标准已制定出 MPEG-1、MPEG-2、MPEG-2 AAC 和 MPEG-4。
MPEG-1 和 MPEG-2 标准使用同一个音频编码解码族—Layer1、2、3。MPEG-2 一个新特点是采用低采样率扩展降低
数据流量,另一特点是多通道扩展,将主声道增加为 5 个。MPEG-2 AAC(MPEG-2 Advanced Audio Coding)标准是
Fraunhofer IIS 同 AT&T 公司于 1997 年推出的,旨在显著减少数据流量,MPEG-2 AAC 采用的 MDCT(Modified Discrete
Cosine Transform)算法,采样率可在 8KHz 到 96KHz 之间,声道数可在 1-48 之间。
MPEG Audio Layer 1、2、3 三个层使用相同的滤波器组、位流结构和头信息,采样频率为 32KHz、44.1KHz 或
48KHz。Layer 1 是为数字压缩磁带 DCC(Digital Compact Cassette)设计的,数据流量为 384kbps,Layer 2 在复杂性和性
能间作了权衡,数据流量下降到 256kbps-192kbps。Layer 3 一开始就为低数据流量而设计,数据流量在 128kbps-
112kbps,Layer 3 增加了 MDCT 变换,使其频率分辨能力是 Layer 2 的 18 倍,Layer 3 还使用了与 MPEG Video 类似的平均
信息量编码(Entropy Coding),减少了冗余信息。MP3 绝大部分使用的是 MPEG-1 标准。
2.2 音频压缩的目的
MP3 格式始于 80 年代中期,德国 Erlangen 的 Fraunhofer 研究所致力于高质量、低数据率的声音编码。让我们来看一
个例子:你想对你喜欢的一首长约 4 分钟的歌曲采样,将其存储在磁盘上,以 CD 音质的 WAV 格式抽样,抽样率为 44.1kHz,
即每秒钟接收 44100 个值,立体声,每次抽样数据为 16 位(2 字节),则这首歌占的空间为:
44100x2 声道 x2 字节 x60 秒 x4 分钟=40.4MB
如果从 Internet 上下载这首歌,假设传输率为 56kbps,则下载时间为:
40.4x106x8/56x103x60=96 分钟
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javonchen
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