MPEG-1 Audio Layer I

MPEG-1 Audio Layer I (forkortet MP1 ) er et af tre tabsgivende lydkomprimeringsformater (niveau 1) defineret i MPEG-1- standarden [5] . Mens MPEG-1 Audio Layer I understøttes af de fleste moderne medieafspillere , anses formatet for at være forældet. I stedet bruges hovedsageligt MP2- og MP3 -formaterne .

Filer, der kun indeholder MP1-lydoplysninger, bruger filtypenavnet .mp1 eller nogle gange .m1a.

MP1-komprimeringsteknologien bruger et relativt simpelt båndkodningsskema med 32 underbånd.

Layer I (Layer 1) anbefales til professionel brug i optagelses-/genoptagelsessystemer af høj studiekvalitet med tilstrækkelig hukommelseskapacitet. Det er kendetegnet ved lav kompleksitet og en lav grad af lyddatareduktion.

MPEG-1 lag I blev også brugt i Digital Compact Cassette som en del af PASC ( Precision Adaptive Sub-band Coding  ) audio codec .  På grund af behovet for at overføre en konstant strøm af individuelle datablokke (frames) til bånd, brugte PASC en ekstra bit i MPEG-headeren til at bestemme starten på en frame. Bithastigheden er altid 384 kbps [6] .

Grundlæggende parametre

• MPEG-1 Layer I er standardiseret af ISO/IEC 11172-3, først udgivet i 1993.
  • Antal kanaler: 1 eller 2.
  • Sample rater: 32, 44,1 og 48 kHz.
  • Bitrate: 32, 64, 96, 128, 160, 192, 224, 256, 288, 320, 352, 384, 416 og 448 kbps [7]
• Formatudvidelsen blev introduceret i MPEG-2 Audio Layer I og defineret i ISO/IEC 13818-3 (MPEG-2 Part 3) [8] , den første udgave blev udgivet i 1995 [4]
  • yderligere samplingshastigheder: 16, 22,05 og 24 kHz
  • ekstra bithastigheder: 48, 56, 80, 112, 144 og 176 kbps.

MPEG-1 Layer I-lydkodning og afkodning

Kodningsmetode

Det digitale input-lydsignal er opdelt i frames (frames), som hver er kodet og afkodet uafhængigt af andre frames. Rammestørrelsen for Layer I er 384 prøver.

Audiosignalbåndet er opdelt i 32 underbånd ved hjælp af digitale båndpasfiltre. Alle underbånd har samme bredde, hvilket afhænger af indgangssignalets samplinghastighed. Efter opdeling reduceres samplingshastigheden med en faktor på 32, så antallet af samples pr. ramme i hvert underbånd er 12.

Derefter kvantificeres dataene. Skalafaktorer er foreløbigt bestemt, som afhænger af signalets maksimale værdi. I dette tilfælde bestemmes skaleringsfaktoren for hvert underbånd i rammen, det vil sige for 12 samples af underbåndssignalet. Før kvantisering divideres signalværdierne med de passende skalafaktorer.

Derefter udføres datakvantisering i kvantiserings- og kodningsblokken. Komprimeringen af ​​lydinformation på Layer I-niveau er baseret på en metode kaldet adaptiv bitallokering. Denne metode består i at udføre kvantisering med et forskelligt antal kvantiseringsbit for forskellige frekvensunderbånd. I dette tilfælde anvendes ensartet kvantisering. Det samlede antal bit, der er allokeret til alle underbånd i en given ramme, afhænger af samplingshastigheden af ​​inputsignalet og af den givne output-bithastighed, det vil sige af den nødvendige grad af komprimering af audioinformationen. Fordelingen af ​​bits over underbånd udføres af den psykoakustiske modelblok .

For at udføre bitfordeling i den psykoakustiske modelblok analyseres spektret af det originale lydsignal (ikke dekomponeret i underbånd). For at gøre dette udføres en hurtig Fourier-transformation af sektioner af dette signal i 512 samples, hvorefter effektspektret af lydsignalet og størrelsen af ​​lydtrykket i hvert frekvensunderbånd beregnes.

Derefter analyseres lydsignalets tonale (sinusformede) og ikke-tonale komponenter, lokale og globale maskeringstærskler bestemmes, og signal/maskeforhold for alle underbånd beregnes, baseret på hvilke bits allokeres til underbåndene.

I de underbånd, hvor lydforvrængningen forårsaget af kvantisering er mindre mærkbar for lytteren eller er maskeret af et større signalniveau i andre underbånd, gøres kvantiseringen grovere, det vil sige, at der tildeles færre bits til disse underbånd. For fuldt maskerede underbånd tildeles ingen bit overhovedet. Takket være dette er det muligt at reducere mængden af ​​transmitteret information markant og samtidig opretholde en tilstrækkelig høj lydkvalitet.

Afkodning

Dataene indeholdt i rammen afkodes i overensstemmelse med deres rækkefølge og kodetabeller indeholdt i dekoderens arbejdsprogram. Den afkodede bitfordeling og skalafaktordata bruges til at afkode og dekvantisere lyddataene. Efter dekvantisering multipliceres samplerne af underbåndssignalerne med de tilsvarende skaleringsfaktorer.

Efter afkodning og dekvantisering kombineres signaleksemplerne for alle underbånd til et digitalt outputsignal.

Litteratur

• Smirnov A.V. Grundlæggende om digitalt tv: Lærebog - M .: Hotline-Telecom, 2001. - 224 s.: ill.

Links

Digital lydkomprimering: psykoakustiske grundlag og algoritmer. Yuri Kovalgin

Se også

• MPEG-1
  • MPEG-1 Audio Layer II
  • MPEG-1 Layer III (MP3)
• MPEG-2
  • AAC (MPEG-2 del 7)  - opdateret i 1999 og inkluderet i MPEG-4 del 3
• MPEG-4
  • AAC (MPEG-4 del 3)

Noter

1. ↑ Audio/mpeg-medietypen - RFC 3003 (downlink) . IETF (november 2000). Hentet 15. marts 2011. Arkiveret fra originalen 23. marts 2012. (ubestemt) 
2. ↑ MIME Type Registration of RTP Payload Formats - RFC 3555 (link ikke tilgængeligt) . IETF (juli 2003). Hentet 15. marts 2011. Arkiveret fra originalen 23. marts 2012. (ubestemt) 
3. ↑ ISO/IEC 11172-3:1993 - Informationsteknologi -- Kodning af levende billeder og tilhørende lyd til digitale lagringsmedier med op til omkring 1,5 Mbit/s -- Del 3: Lyd (downlink) . ISO (1993). Hentet 15. marts 2011. Arkiveret fra originalen 23. marts 2012. (ubestemt) 
4. ↑ 1 2 ISO/IEC 13818-3:1995 - Informationsteknologi - Generisk kodning af levende billeder og tilhørende lydinformation - Del 3: Lyd (downlink) . ISO (1995). Hentet 15. marts 2011. Arkiveret fra originalen 23. marts 2012. (ubestemt) 
5. ↑ ISO/IEC 11172-3 "Kodning af levende billeder og tilhørende lyd til digitale lagringsmedier med op til ca. 1,5 mbit/s. Del 3 Lyd»
6. ↑ Digital Compact Cassette. Ofte stillede spørgsmål
7. ↑ MPEG Audio Frame Header Arkiveret 8. februar 2015.
8. ↑ ISO/IEC 13818-3 (anden udgave 1998-04-15) . Hentet 15. marts 2011. Arkiveret fra originalen 8. august 2011. (ubestemt)