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MP3工作原理[图解]

MP3全称是MPEG Audio Layer 3,MPEG压缩格式是由运动图像专家组(Motion Picture Experts Group)制定的关于影像和声音的一组标准,其中MP3就是为了压缩声音信号而设计的是一种新的音频信号压缩格式标准。

CD唱片采样率频率为44.1MHz, 16Bits, 数据量为1.4Mbps,而相应的MP3数据量仅为112kbps或128kbps,是原始数据量的1/12。

也就是说传统的一张CD现在可以存放10倍甚至更多容量的音乐,但是在人耳听起来, 感受到的音乐效果却没有什么不同。

MP3随身听的工作原理,其实很简单,反正就是有一块不知什么型号的控制芯片,控制解码芯片和LCD液晶屏,由解码芯片把内置闪存或是外插闪存卡之中的MP3文件解码,然后经数模转换,最后从耳机输送到我们的耳朵中。

也就是说一共没几块芯片。

你如果拆一个MP3随身听看看,你会发现里面比较大的半导体芯片只有4、5片。

现在新一代的MP3随身听在技术上是非常先进的,最具代表性的是NOMAD II,基于美国CirrusLogic最新的EP7209 MCU(微程序控制器)芯片组,它的作用实际上就像电脑里的CPU,经过软件解码,可以支持多种网络音乐格式,包括MP3,以及日后的WMA格式。

而国内使用这种芯片制造的MP3随身听也即将问世。

起初,MP3文件只能由电脑来播放,而随着互联网的发展,文件小、音质可与CD媲美的MP3音乐越来越适合人们在Internet上传递,而广为流行。

再加上全世界范围内的MP3下载网站泛滥,使人们传统的听音乐习惯发生了改变。

MP3的逐渐流行,随时随地欣赏MP3音乐的需求越来越高,这就创造了MP3播放器的市场。

越来越多的各种类型的MP3随身听不断问世,MP3随身听已经成为续MD 之后新兴的随身娱乐设备的亮点。

目前,在全球市场上的MP3随身听有几十种之多,在中国销售的也有十种以上。

CVC的1系列和2系列,三星的YEPP系列,世韩的MPMAN系列都是其中的佼佼者。

现在日本SONY公司也插一脚,采用SONY 自行开发的MEMORY STICK存储介质的MP3随身听也面世了。

所以说到目前为止,MP3随身听在国内的宣传绝对比已经推出好几年的MD声势浩大的多,有很多认对MP3随身听越来越感兴趣,那么同样是随身携带的听音乐的玩艺,你到底会选什么呢?WALKMAN、DISCMAN、MD还是MP3 PLAYER。

最近从英特网上知道:新科宣布成功开发出全球第一台能播放MP3的超级VCD影碟机,已全面上市,自1999年3月15日起为其超级VCD影碟机用户做技术升级(只花50元),使之能播放MP3音乐碟,并首发新科音像正版MP3音乐碟。

那么什么是MP3,其基本原理是什么?有何优点?其用途怎样?下面就这些问题作比较详细的介绍。

一、MP3及其基本原理MP3就是采用国际标准MPEG中的第三层音频压缩模式,对声音信号进行压缩的一种格式,中文也称“电脑网络音乐”。

MPEG中的第三层音频压缩模式比第一层和第二层编码要复杂得多,但音质最高,可与CD音质相比。

为了更深入地理解,先把MPEG-1音频标准的特点作一些介绍。

1 MPEG-1音频标准的特点MPEG-1音频压缩标准是第一个高保真音频数据压缩标准。

除了AC-3之外,其他的音频压缩算法只适用于语言(如码激励线性预测CELP)或只有中等的压缩质量(如自适应差分脉冲编码调制ADPCM)。

MPEG-1音频压缩标准虽然是MPEG-1标准的一部分,但它完全可独立应用。

为保证其普遍适用性,MPEG-1音频压缩标准提供了以下压缩模式:(1)音频信号采样频率可以是32kHz,44 1kHz或48kHz;(2)压缩后的比特流可按下列4种模式之一支持单声道或双声道;·提供给音频通道的单声道模式(monophonic mode). ·提供给两个独立的单音频通道的双-单声道模式(dual-monophonic mode).·提供给立体声通道的立体声模式(stereomode),通道之间有比特共享。

·联合立体声模式(joint-stereomode),利用立体声之间的关联或通道之间的相位差的无关性,或者对两者同时利用。

(3)压缩后的比特流具有预定的几种比特率之一。

此外,MPEG-1音频标准也支持用户使用预定的比特率之外的比特率。

(4)MPEG-1音频标准提供三个独立的压缩层次,使用户可在复杂性和压缩质量之间权衡选择。

·层1 (Layer 1)最为简单,使用的比特率384kb/s,主要用于数字小卡座DCC(Digital Compact Cassette)。

·层2 (Layer 2)的复杂度属于中等,使用的比特率192kb/s左右。

其应用包括:数字广播(Digital Audio Broadcasting)的音频编码,CD-ROM上的音频信号以及交互式CD-I(CD-zinteractive)。

·层3 (Layer 3)最为复杂,但音质最佳,使用的比特率为64kb/s,尤其适用于综合业务数据网(ISDN)上的音频传输。

(5)编码后的比特流支持循环冗余校验CRC(Cyclic Redundancy Check)。

(6)MPEG-1音频标准还支持在比特流中载带附加信息。

2 MPE G-1音频标准的基本原理MPEG-1音频标准是一个普遍适用的音频压缩标准,它对音频源没有任何要求。

它利用人耳听觉系统的感知特性,压缩率的取得来自去掉人耳听不到的信息细节,即图1和图2曲线以下的部分。

虽然压缩是有失真的,但对人耳来说这些失真是听不到的。

也即对人耳而言,MPEG-1音频压缩是不失真的。

因此,MPEG-1音频标准的应用非常广泛。

3 MPEG-1声音的一些性能指标利用MPEG-1音频标准一般能达到的压缩率(以仍能达到CD音质为准)如表1所示。

MPEG层3在各种音质下的性能如表2所示。

MPEG-1编码解码器的各层延迟时间如表3所示。

从上述MPEG-1音频标准可看出:高压缩比是MP3的一个主要特性,其基本理论就是去除节目源中人耳听觉阈以外的所有信号,并将大信号掩盖下的小信号也加以除去,因为人耳具有掩盖效应,这种变化基本上觉察不出来,这样实际记录的信息量就比压缩前小得多,其压缩比可在10∶1~96∶1( 这次新科采用的是CD音质的12∶1)。

这样,一张只能容纳十几首歌曲的光盘,就可记录150首以上的MP3格式歌曲。

MP3的这一特性,大大节约了节目成本,肯定会受用户欢迎。

二、MP3的优点↑ MP3的突出优点是:压缩比高,音质较好,制作简单,交流方便。

压缩比高上面已述。

音质是人们关心的一个焦点。

虽然MP3对原始信号进行了高压缩比处理,但因为去除的大多是一些无关紧要的信号,因此单纯从听感上说,MP3压缩几乎对音质没有影响。

事实上,制作精良的MP3音乐碟,在专门的数字随身听(比如MPMan)中播放,完全可以达到普通CD唱机播放CD唱片的音质水平。

但最吸引人的还是MP3制作和交流上的方便。

只要有一台电脑,就可将CD 节目录入电脑硬盘,然后压制成MP3格式。

也可直接从Internet网上下载MP3音乐,网上有取之不尽的MP3音乐。

还可把你自己制作的MP3音乐上网交流。

良好的音质和丰富的节目源将使MP3成为最佳的大众音乐媒体。

当然,MP3的高压缩比是以牺牲细微的音质换来的,无疑会对音质产生一定的影响,对一般人和爱好者不会在意,但MP3是否能为Hi -Fi发烧友喜爱?!只有他们自己来回答。

三、MP3的用途由于MPEG-1是一个通用的标准,所以其应用非常广泛,如:·数字无线电广播的发射和接收·数字电视伴音,包括音乐、Internet电话·数字声音信号的制作与处理·数字声音信号的存储凡涉及数字声音的地方都可利用MPEG-1音频标准。

利用MPEG-1层3的音乐CD光盘在国外早已上市,可存储160多首歌曲,仍能保持CD音质。

有关MP3的用途,上面谈其优点时已经谈到一些。

除了可在电脑上享受MP3外,对没有电脑和对电脑一窍不通的人来说,也可以享受MP3的乐趣,现在有两种途径:一是采用MP3随身听,比如目前市场上正火爆热卖中的数码随身听有Diamond(帝盟)公司的PMP300和Sansung(三星)公司的MPMan。

前者内置32MB快闪存储器(FLASHROM),仅手掌般大小(8 89cm×1.59cm),便于携带,支持长达1小时的数码音频播放和可变压缩速率,附有MP3音乐样碟,还可插更多的快闪存储卡存储更多的歌曲。

MPMan可播放各种音质的MP3声音文件,如用来播放音乐,32MB内存的MPMan可存放40分钟CD音质音乐。

如用来学习外语,可存放300分钟磁带音质语音资料。

体积只与3英寸磁盘相仿,厚度只有15mm。

重量轻,连同电池只有140克。

耗电省,充电电池充电2小时,可使用9小时,真正做到了便于随身听。

但这比较贵,我国一般人还买不起。

二是新科能播放MP3的超级VCD 影碟机,一般新科超级VCD影碟机用户可花很少一点钱就可升级播放MP3碟片。

不久将上市的新科SVD900、910、920(MP)系列便携式超级VCD影碟机不仅可“随身听”,还可“随身看”。

现在还不知道其他的超级VCD影碟机是否也能升级播放MP3碟片,作为一个契机,我想厂家应该考虑。

MP3工作原理MP3播放器是利用数字信号处理器DSP(Digital Sign Processer)来完成处理传输和解码MP3文件的任务的。

DSP掌管随身听的数据传输,设备接口控制,文件解码回放等活动。

DSP 能够在非常短的时间里完成多种处理任务,而且此过程所消耗的能量极少(这也是它适合于便携式播放器的一个显著特点)。

一个完整MP3播放机要分几个部分:中央处理器、解码器、存储设备、主机通讯端口、音频DAC和功放、显示界面和控制键。

其中中央处理器和解码器是整个系统的核心。

这里的中央处理器我们通常称为MCU(单片微处理器),简称单片机。

它运行MP3的整个控制程序,也称为fireware(或者固件程序)。

控制MP3的各个部件的工作:从存储设备读取数据送到解码器解码;与主机连接时完成与主机的数据交换;接收控制按键的操作,显示系统运行状态等任务。

解码器是芯片中的一个硬件模块,或者说是硬件解码(有的MP3播放机是软件解码,由高速中央处理器完成)。

它可以直接完成各种格式MP3数据流的解码操作,并输出PCM或I2S格式的数字音频信号。

存储设备是MP3播放机的重要部分,通常的MP3随身听都是采用半导体存储器(FLASH MEMORY)或者硬盘(HDD)作为储存设备的。

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