从爱迪生发明留声机开始|音频格式——mp3到底丢失了什么( 三 )
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时间掩蔽temporalmasking
但这还不够 。
当我们听到一个噪音戛然而止的之后 , 实际上会有一个100-200ms的逐渐减弱的掩蔽效果 。 在噪音完全停止后的这段时间里 , 比他更小的声音会被掩蔽 , 我们是完全听不见的 , 就像我们的耳朵需要200ms的时间回复知觉一样 。
不光如此 , 噪音还会掩蔽在它之前的声音 , 虽然只有50ms , 但对于感官来说已经是相当长的一段时间了 , 这意味着我们的大脑需要50ms的缓冲才能报告到意识里 。
而这个前后过程 , 就叫作时间掩蔽 。
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MP3压缩算法的核心 , 就是利用一个精心迭代了许多年的人体听觉心理学模型 , 把音乐里的每一个瞬间对应在MP3文件格式里的每一帧(FRAME) , 检查这个帧内 , 上述两种掩蔽作用所发生的频率和时间段 , 把那些被掩盖的 , 我们听不到的音频信息统统丢掉 。
这个过程并不单纯是精确地 , 机械式地判断 , 它的底色其实是感官上的把控 。
在MP3算法测试初期 , 测试人员需要在海量的歌曲中找出MP3压缩算法的问题 。 它们要在各种歌曲的MP3和无损版本之间对比 , 而且每听一首歌他们都要评级 , 一共有四个等级 , 分别是:听不出区别、有一点区别、有点难听和非常难听 。 特别是最后两个选项 , 可以说是非常主观的判断了 。
这意味着MP3算法的发明和改进 , 实际上把人的主观评判作为考量的目标之一 。 我们不能说这种算法是完全主观的 , 它也不是绝对客观的 , 所以它的效果也不可能在所有歌曲中都是平均的 。
Vega和音频编码标准之战
说到这 , 就不得不提MP3发明过程中的一个小故事 。 在MP3压缩算法测试的最后阶段曾遇到过一个大难题 , 当时Brandenburg和他的同事们觉得自己的算法已经非常牛逼了 , 几乎在所有的双盲测试中都很难听出区别 。
有天他无意中看到杂志上说大家喜欢用SuzanneVega的歌曲Tom'sDiner来测试自己的音箱 , 而他正好在弗劳恩霍夫实验室(Fraunhofer)看到了这张CD,于是他就把这首歌上传到了电脑上 。
这首歌非常简单 , 是一个纯人声 , 没有伴奏的歌曲 。 但当他通过MP3的压缩算法处理这首歌之后 , 却得到这样一个效果 。
在MP3较低的比特率下 , Vega的声音变得沙哑 , 不自然 。 于是在之后的一年时间里 , 研发团队又对MP3算法做了几千次的微小调整 , Brandenburg说自己至少听了三千遍这首歌 , 可能比地球上任何人听得次数都多 。
最后他们成功压缩了这首Tom'sDiner , 也通过这首歌 , 真正完善了MP3的压缩算法 。
许多年之后 , Brandenburg真的遇到了Vega , 而且还现场听她唱了那首Tom'sDiner 。 尽管已经听了无数遍 , 但他说 , 这首歌依然很好听 。
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Brandenburg终于在1989年发表了他的论文 。 下一步就是将这项技术推向世界 。 也就是在90年代初 , 业界突然出现好几种新兴技术 , 它们正在寻找一种新的音频编码标准来使用 , 这其中包括我们熟悉的“CD-ROM”和“DVD” 。
于是他和他的团队向动态影像专家组(MPEG)提交了参赛作品 , 他们要和另外13个团队竞争新的音频编码标准 。 而最大的竞争对手来自一个名为MUSICAM的组织 , 这个组织的背后是飞利浦 , 当时飞利浦手握CD光盘的专利 , 可以说是如日中天 。
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