MP3音频增强和复原技术

MP3音频增强和复原技术 1. 产品适用面广

    MP3播放机、MD播放机、CD播放机、身历声耳机、微型组合音响、携带型身历声、车载身历声、TV、卫星无线设备 (XM、天狼星) 、网路电台、电话机等等。

2. 适用的技术

    全数位压缩（损失压缩) 音频和CD (PCM)、MPEG层音频(MP1、MP2、MP3)、MP3PRO、MPEG4音频、AAC、ATRAC (MD)、AC-3、DTS、天狼星、XM、IBOC、CD (PCM)、电话机等。

3. 增强

用数位压缩技术恢复和增强谐波损失。
恢复谐波的相位校准。
恢复经数位压缩後缩小的立体图像，恢复全立体性能。
展现音乐中精致、优美而有趣的细微情节。
恢复数位压缩处理後受损的声音的温暖感。
用过取样技术扩展高频段。

4. 解决方案

    很简单的数位软体（1/10-1/100的可比性）


BBE MP的工作原理

数位压缩

Wave Form: 波形
Level: 电平
Compression: 压缩
Original: 原声
Frequency: 频率
Frequency Spectrum: 频谱

    数位压缩主要是在频域内进行的。左上图所示的波形为示波器上显示的声波，在“A”点取样，其声谱以右上图所示的“原声”曲线表示。从本质上来说，这是个取样的过程。采集到的声谱看起来很复杂。校平这根复杂的曲线可以消除大部分（90%以上）声音、而不至於在很大程度上影响音质（如右上图示有“压缩”字样的光滑曲线所示，这正是数字压缩的核心所在），所以一般情况下还是可以接受的。

    系统以大约40 KHz的频率、在时域范围内继续取样，生成如下所示的频谱系列。

Time: 时间
Original audio spectrum: 原声声谱

    数位压缩在频域和时域内进行，以频域为主。频域压缩和时域压缩後产生的频谱如下图简化所示（注：为便於理解，我们将该图大大简化了。许多资讯因此被删除并永久丢失了，这也正是此类压缩被称为“损失”压缩的原因所在）。还有，MP3的取样率往往低於CD的取样率，导致某一频率（取样频率的一半）以上的音频资讯全部丢失（请注意下图所示高於某一频率的音频资讯的突然丢失）。这一特定频率因情况而异，取决於频谱范围。

Time: 时间
Digitally compressed audio spectrum: 经数位压缩处理的音频频谱

    由这种资料档案还原而来的声音音质不错，还是钢琴的声音，喇叭的声音也没变，但声音的细腻感、细微差别和音乐感却没了，声音也了无生趣。BBE可以发现和增强压缩後的谐波、纠正时间校准，进而恢复和增强音频。但是，全部丢失了的谐波只能重新生成了。

 

MP处理

    MP处理 (最小化多项非线性饱和) 可以有效地从“原声”生成如下图所示、标有“用MP处理生成的谐波”字样的谐波。将偶次谐波和奇次谐波融入原声时，偶次谐波产生的声音听起来比较和谐、温暖感较强、也很舒服；而适量的奇次谐波则使声音更为明快、更为强烈。这样处理的声音温暖感较强、较舒服，也比较出色（这种方式类似於真空管放大器，这种放大器也会生成偶次谐波和奇次谐波，因而真空管放大器的声音听起来比更为高级的固态放大器更温暖、更舒服）。

 

Fundamental: 基音
Generated harmonics by MP process: MP处理产生的谐波
Frequency: 频率
MP process: MP处理

    这种MP处理技术包括整个音频带宽，均匀地覆盖低频到高频的频段，但不能增强任何一个特定的频段、也不会改变该频段的颜色。下图所示为融入重新生成的谐波的频谱图。以较高速度取样的MP处理甚至能重新生成音频信号，因而补充了全部丢失了的高频音频。

Time: 时间
Frequency: 频率
BBE MP processed audio spectrum: 用 BBE MP处理的音频频谱


BBE MP处理过程

    以频率为基础按比例前移线性相位的BBE处理先於MP处理进行。MP处理能基於整个音频频段均匀地生成高次谐波。经 BBE处理的音频时间校准会逐渐减小（频率越高就越早），使生成的高次谐波的时间相位前移。BBE处理技术让电脑更容易分析声音，所需的谐波也比较少（与基音相比，时间相位前移了的谐波更便於电脑分析声音，这是心理声学的常识）。

Time advance: 时间相位前移
Time delay: 时延
Time: 时间
Frequency: 频率
BBE MP processed audio spectrum: 用BBE MP处理的音频频谱

    BBE处理能逐渐增强频率较高的声音。在MP处理生成的谐波中，高频成分比低频成分多。BBE处理增益能降低这种差异。

    BBE MP处理技术能将经数位压缩後受损的声音转化为温暖感较强、更丰富、更细腻、更清晰、更强烈的声音。

 

用MP处理技术扩展频率范围

MP3

    MP3档包含以可以接受的音质复制声音所需的最少资讯，但只保留1/20的原声资讯，剩馀的资讯则永久丢弃了（其实，您可以在同一张光碟上存储20倍的音乐）。压缩档大小的另外一种策略是缩小频率范围。很显然，MP3音乐的高频资讯比CD少，这一点很值得关注。经数位压缩处理的任何音频信号（包括WMA）都有这个问题。

 

 

Level: 电平
MP3 data: MP3数据
Sudden Cut-off at relatively low frequencies (cut-off frequency varies): 频率相对较低时的突然截止（截止频率不是固定不变的）
Frequency: 频率
MP3 frequency response: MP3频率回应

    BBE MP处理技术能恢复频段内的谐波；而且，如下图所示，借助48 KHz和96 KHz频点的过取样技术，它还能将高频带宽扩展到24 KHz或48 KHz。

Level: 电平
Generated harmonics by MP process: MP处理技术产生的谐波
High frequency expanded by MP process: MP处理技术扩展後的高频段
Frequency: 频率
MP3 frequency expansion by MP process: 用MP处理技术扩展MP3频率


    下图所示为戴安娜·克拉尔演唱的“我记得你”的部分频谱图，从中可以看出BBE MP处理技术的效果。上图表示频率在16 KHz以下的测试音频，在32 KHz的频点向下取样原始CD可以清除高频成分。如下图所示，可以用BBE MP处理技术再生频率受限制的测试音频16KHz以上的谐波（每个节拍刚开始时的效果都是很明显的）。下图中央部位为6 KHz-8 KHz频段产生的谐波，这类谐波的频率高於16KHz，数目也较多。

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戴安娜·克拉尔演唱的“我记得你” CD，32 KHz频点向下取样，48 KHz频点重新取样，声音资源档案

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    戴安娜·克拉尔演唱的“我记得你”，32 KHz向下取样，48 KHz频点用BBE MP处理技术处理，声音资源档案

 

 

    本页图片比上述图片更为详细。因为显示和/或列印质量欠佳，图片不是看得很清楚，即使这样，连下图比较暗的地方也能很精细地恢复整首歌曲的谐波。

 

 

 

 

    戴安娜·克拉尔演唱的“我记得你” CD，32 KHz向下取样，48 KHz频点重新取样，声音资源档案

    戴安娜·克拉尔演唱的“我记得你”，32 KHz向下取样，48 KHz频点BBE MP技术处理，声音资源档案
与上述图片对应的以下三幅图片表示相同时间点的频率分析。

    第一幅图片表示频率上限为22 KHz的原声CD的频率回应，第二幅图片表示音频频率均为16KHz以下、频率受到限制的测试材料。

    戴安娜·克拉尔演唱的“我记得你” 原声CD，48 KHz频点重新取样，声音资源档案

    戴安娜·克拉尔演唱的“我记得你” CD，32 KHz向下取样，48 KHz频点重新取样，声音资源档案
从下面第三幅图可以看出BE MP处理的结果：MP处理技术再生了频率在16 KHz以上的所有信号，从而将高频段扩展至24 KHz（这一频率甚至高於原声CD 22 KHz的频率上限）。从图中还可以看出，原声CD的频率回应也被精确复制了。

    戴安娜·克拉尔演唱的“我记得你”，32 KHz向下取样，声音资源档案，48 KHz频点BBE MP技术处理

    就效果而言，这种技术和MP3 PRO解码技术类似。两者的区别在於：MP3 PRO解码器只对其已编码的音频有效，而MP处理技术对MP3和MP3 PRO音频都有效。此外，MP处理技术也适用於各类数位音频格式，如WMA和AAC。

 

常规CD

    在一般的音频场合，常规CD的音质是很不错的。但是，新型超级CD或DVD的音质远远超过了CD，因为超级CD或DVD的取样速率比CD高（带宽比CD宽）、音频信号位元位元数也比CD多。

 

 

 

Level: 电平
Regular CD: 常规CD
Upper frequency limit of CD: CD的频率上限
Generated harmonics by MP process: 用MP处理技术生成的谐波
Extended upper frequency limit by over-sampling (96 KHz): 用96 KHz频点过取样技术扩展频率上限

    BBE MP将CD的高频回应扩展至超级CD或DVD的水平，这可以用过取样技术实现。如上图所示，96 KHz频点过取样技术将CD的频率上限由22 KHz扩展到48 KHz，处理後的声音流畅多了、也更细腻了。

    下一页的波形图为Emmylou Harris演唱的“我还想著别人”。上图所示为44 KHz频点对CD重新取样所得的声音资源档案，它是原声CD的精确复制；下图则为BBE MP处理技术在48KHz频点稍微过取样所得的结果。从图中可以看出，大波形图上面有很多高频成分（小振动），这些高频成分就是BBE MP处理产生的谐波。

    Emmylou Harris演唱的“我还在想著别人”，44 KHz频点对CD重新取样，声音资源档案

    Emmylou Harris演唱的“我还想著别人”，48 KHz频点用BBE MP处理技术处理，声音资源档案


电话机

    电话机的窄带宽（特别是相对较低的4 KHz频率限制，它会降低声音的清晰度）使各人在电话的声音互不相同。

Level: 电平
Generated harmonics by MP process: 用MP处理技术生成的谐波
High frequency expanded by MP process (16 KHz over-sampling): MP处理(16 KHz频点过取样)技术扩展後的高频段 Frequency: 频率

    MP处理通过过取样技术扩展4 KHz的频率上限。如上图所示：在16 KHz频点（不是通常的8 KHz频点）对信号重新取样後，频率上限由4 KHz扩展到8 KHz。将MP处理技术和BBE T2（电话技术）结合起来使用能将通常的300Hz ％ 4 KHz带宽扩展到300Hz ％ 8 KHz，信号的清晰度和可理解性也大大提高了。

 

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