2.2 MP3編碼器---編碼器是一種計(jì)算機(jī)算法,它使用心理聲學(xué)模型（即基于感知的模型）將原始的數(shù)字音頻文件壓縮成為MP3文件,如圖4所示。
---壓縮算法使用心理聲學(xué)模型以縮小原始聲音文件的大小,同時(shí)也使用了均衡量化器和編碼器。通過使用快速傅立葉變換（FFT）,時(shí)域的原始聲音信號(hào)被轉(zhuǎn)換至頻域,以提供各個(gè)頻率元素的振幅。
---人類的耳朵所能聽到的聲音信號(hào)的振幅只有確定的一些值,而且頻率在15Hz到20000Hz之間,了解了這一事實(shí),音頻信號(hào)的大小就很容易被縮小了。
---例如,同時(shí)具有很大聲響（即信號(hào)中有許多的頻率元素）和微弱聲音（即信號(hào)只有少量的頻率元素）的音頻信號(hào)進(jìn)行壓縮時(shí),壓縮算法去除了微弱聲音的信號(hào),因?yàn)檫@種聲音不可能讓每一個(gè)人都聽到。這一技術(shù)被稱為聲音掩蔽。如果出現(xiàn)強(qiáng)信號(hào),那么,其后的弱信號(hào)是不可知的。MPEG算法移除了較弱的信號(hào),如圖5所示,信號(hào)1與信號(hào)2都將被掩蔽,信號(hào)3將被MPEG算法采用。這種作法是十分有利的,因?yàn)楸灰瞥男畔⒉辉傩枰加糜脖P空間和互聯(lián)網(wǎng)帶寬。---壓縮算法可以縮小原始信號(hào)的帶寬,因?yàn)樵诖蠖鄶?shù)情況下,處于人類聽覺范圍邊界頻率（如15Hz和20kHz）的信號(hào)是不會(huì)被聽到的,其中的信息會(huì)被漏掉。雖然這里例舉的是一些最簡(jiǎn)單的例子,但是正是使用了這些例子中所蘊(yùn)涵的基本概念,才將數(shù)字音頻信號(hào)壓縮成為MP3文件格式。
---MP3文件的一個(gè)重要特點(diǎn)是在它被編碼后還可以被“流動(dòng)化”。MP3文件流其實(shí)是將MP3文件中的比特段經(jīng)由互聯(lián)網(wǎng)傳送至電腦的過程。MP3文件流的產(chǎn)生使互聯(lián)網(wǎng)上可以擁有CD音質(zhì)的廣播站。
---WAV、AIFF和AU等這些舊格式的音頻文件容量都較大。如果想通過網(wǎng)絡(luò)播放這些格式的文件,首先需要等待整個(gè)聲音文件通過互聯(lián)網(wǎng)下載完成之后,才能開始收聽。但是,使用音頻文件流不需要等到整個(gè)聲音文件完全下載完畢,就可以開始播放聲音了。當(dāng)然,只有擁有了高度壓縮的聲音文件以及快速的調(diào)制解調(diào)器,音頻流體化才可能實(shí)現(xiàn)。---過去,大多數(shù)在線廣播的音質(zhì)與調(diào)幅無線電廣播的音質(zhì)相仿,有較嚴(yán)重的失真。因?yàn)橹挥锌s小原信號(hào)的帶寬,才能將信號(hào)傳送至標(biāo)準(zhǔn)的56kbps調(diào)制解調(diào)器進(jìn)行處理。而現(xiàn)在,通過使用電纜調(diào)制解調(diào)器技術(shù),同樣的廣播站可以使用MP3工藝經(jīng)由互聯(lián)網(wǎng)廣播出高質(zhì)量的聲音信號(hào)。
2.3 MP3解碼器
---MP3軟件解碼器是一種計(jì)算機(jī)算法,它將MP3格式的文件轉(zhuǎn)換成為可以通過聲卡或其他音頻設(shè)備播放的WAV文件。
---如圖6所示,解碼器接收比特流,并對(duì)其進(jìn)行與編碼器相反的處理。首先,比特流被解碼,而后被簡(jiǎn)化,最后,使用傅立葉逆變換（IFFT）將頻域中的信號(hào)重新轉(zhuǎn)換至?xí)r域,這樣,聲音信號(hào)才可以通過聲卡或其他音頻設(shè)備播放出來。
---目前,有很多大型軟件商致力于軟件解碼器的開發(fā)和不斷優(yōu)化,其升級(jí)速度較快,音頻質(zhì)量較高,解碼技術(shù)也已經(jīng)比較成熟。不過,因?yàn)檐浖獯a要打開電腦,電腦中聲卡質(zhì)量的好壞和其他噪音（如交流聲、風(fēng)扇聲和電磁干擾等）的大小,對(duì)MP3的回放影響相當(dāng)大,因此,還可使用硬件IC解碼技術(shù),也就是我們常用的MP3播放器的解碼技術(shù)（包括部分光盤設(shè)備的解碼技術(shù)）。由于MP3播放器（使用閃存的產(chǎn)品）中沒有機(jī)械部件,所以在MP3播放器中不會(huì)出現(xiàn)電腦中才會(huì)有的其他噪音。硬件IC技術(shù)經(jīng)過了幾年的長(zhǎng)足發(fā)展,如今也已經(jīng)相當(dāng)成熟。目前市場(chǎng)上MP3播放器中常用的芯片有Sigmatel、Actions、Sunplus、MosArt、Atmel、Telechip、ST、PHILIPS和CRYSTAL等,其中Actions為中國(guó)公司的產(chǎn)品,而市場(chǎng)上最常見的芯片一般是ST和Telechip。
---無論是軟件解碼器還是硬件解碼器,其復(fù)雜程度都與需解碼的文件格式類型直接相關(guān)。與編碼器相類似,MPEG中層次越高,解碼的復(fù)雜度也越高。因此,第一層的解碼器要比第三層的解碼器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。為了達(dá)到MP3解碼器的標(biāo)準(zhǔn),解碼器必需具有后向兼容性,即如果一個(gè)解碼器聲明它應(yīng)用于MPEG-1的第三層,那么,它也一定可以適用于MPEG-1的第一層和第二層。
---原數(shù)據(jù)被編碼后,解碼器可以將其解釋成各種不同質(zhì)量的聲音。聲音質(zhì)量的范圍是從電話音質(zhì)到CD音質(zhì),如表2所示。
---表2顯示出聲音質(zhì)量和比特率與帶寬具有十分緊密的聯(lián)系。大多數(shù)情況下,帶寬是通信系統(tǒng)中的限制因素,這就是電話系統(tǒng)中聲音質(zhì)量較差的原因,因?yàn)殡娫捪到y(tǒng)可容納的帶寬十分有限。
2.4 MP3發(fā)展現(xiàn)狀
---隨著MP3技術(shù)的出現(xiàn),對(duì)音頻文件的存儲(chǔ)及恢復(fù)得到了驚人的發(fā)展。最初,通過互聯(lián)網(wǎng)下載一首60Mb的歌曲需要近4小時(shí)10分鐘,而在利用了MP3技術(shù)和它12：1的壓縮率之后,現(xiàn)在下載同樣的一首歌曲可能只需要20分鐘。如果再使用電纜調(diào)制解調(diào)器的話,可以節(jié)省的時(shí)間就更多了,只需要1.5分鐘就可以下載這首歌曲。網(wǎng)絡(luò)快速下載的能力,使人們?cè)絹碓綗嶂矣谠诨ヂ?lián)網(wǎng)上下載和交易MP3文件。而MP3強(qiáng)大的壓縮算法使整個(gè)CD音樂庫(kù)可以被存儲(chǔ)在幾張而不是幾百?gòu)圕D中。
---除了MP3技術(shù),目前還有一些其他的音頻編碼技術(shù)。MP3pro是MP3技術(shù)改良而來的,在與MP3格式同樣的音質(zhì)時(shí),文件的大小卻只需原來的一半,且與MP3技術(shù)之間相互兼容。也就是說在MP3上要用128kbps來達(dá)到的音質(zhì),在MP3pro上僅用64kbps就能夠?qū)崿F(xiàn),但是由于技術(shù)版權(quán)等問題,這一項(xiàng)比較有潛力的技術(shù)被淹沒了。又如Real Networks公司推出的RealAudio,它最大的特點(diǎn)就是可以實(shí)時(shí)傳輸音頻信息,尤其是在網(wǎng)速較慢的情況下,仍然可以較為流暢地傳送數(shù)據(jù),因此RealAudio主要適用于網(wǎng)絡(luò)上的在線播放。但是,這種聲音格式的音質(zhì)由于受到自身編碼的影響,只能夠達(dá)到廣播收音的質(zhì)量,所以在隨身聽的市場(chǎng)上也沒有得到廣泛的推廣。
---MP3技術(shù)很好的克服了其他編碼技術(shù)在發(fā)展中所遇到的阻力,成為目前音頻編碼技術(shù)中當(dāng)之無愧的的霸主。
3 結(jié)束語(yǔ)
---經(jīng)過短暫的十幾年發(fā)展,MP3技術(shù)已經(jīng)從默默無聞變成了一項(xiàng)應(yīng)用最廣泛、知名度最高的音頻標(biāo)準(zhǔn)。但未來是什么樣子,沒有人能夠預(yù)知。由于技術(shù)的不斷發(fā)展,更新的技術(shù)還會(huì)出現(xiàn),MP3技術(shù)的前景也許并非我們想像中那么光明。然而,可以肯定的是MP3技術(shù)目前使用廣泛,不可能突然之間徹底消失,其格式可能還會(huì)經(jīng)歷一些變化,比如滿足MPEG-1第四層協(xié)議或者其他壓縮率更高算法的格式,我們也許有機(jī)會(huì)親眼見到下一代更為強(qiáng)大的MP3標(biāo)準(zhǔn)的出現(xiàn)。
參考文獻(xiàn)
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