معيار الصوت Mpeg-1 في الوسائط المتعددة

يقوم معيار الصوت (MPEG-1) بتوحيد ثلاثة أنظمة تشفير للموجات الرقمية، حيث أن معيار الصوت (MPEG-1)  لا يوحد المشفر، ولكنه يوحد نوع المعلومات التي يجب على المشفر إنتاجها والكتابة إلى تيار بتات مطابق لـ (MPEG-1) بالإضافة إلى الطريقة التي يجب على مفكك الشفرة بها تحليل هذه المعلومات، وفك ضغطها وإعادة تركيبها بالترتيب لاستعادة الصوت المشفر، ويمكن تخزين دفق بت الصوت المشفر مع دفق بتات الفيديو المشفر وتدفقات البيانات الأخرى في ما يسمى بأنظمة (MPEG-1).

ما هي التطبيقات النموذجية لنظام الصوت MPEG-1

• تسجيل المستهلك (DCC).

• التخزين المستند إلى القرص (CD-i ، CD-Video).

• أقراص (DVD).

• التحرير القائم على القرص، أتمتة محطة البث الصوتي.

• تلفزيون الكابل والأقمار الصناعية مثل  (DVB و USSB و DirecTV و EchoStar).

• البث الصوتي الرقمي مثل (ADR, DAB, US-Digital Radio, Worldspace Radio).

• راديو الإنترنت.

• الوسائط المتعددة القائمة على الكمبيوتر.

• أنظمة المعلومات الإلكترونية المستقلة.

ما الذي يميز ترميز الصوت MPEG-1

يهدف معيار الصوت (MPEG-1) إلى موجات صوتية عامة، أي أنه لا يقتصر على سبيل المثال إشارات الكلام، ولكنها ترمز لجميع أنواع الإشارات الصوتية، حيث ينفذ تشفير الصوت الإدراكي بدلاً من الترميز بدون فقدان، حيث انه في الترميز بدون فقدان، يتم تقليل التكرار في شكل الموجة لضغط إشارة الصوت، ولا تختلف الموجة الصوتية التي تم فك تشفيرها عن الموجة الصوتية الأصلية.

على العكس من ذلك، لا يحاول برنامج ترميز الصوت الإدراكي الاحتفاظ بإشارة الإدخال بالضبط بعد التشفير وفك التشفير، بل هدفه هو التأكد من أن إشارة الإخراج تبدو مماثلة للمستمع البشري، ويهدف إلى القضاء على تلك الأجزاء من الإشارة الصوتية التي لا تمت بصلة لأذن الإنسان، أي التي لا تسمع بشكل تقريبي، يقوم مشفر الصوت (MPEG-1) بتحويل الإشارة الصوتية إلى مجال التردد، ويزيل مكونات التردد التي تخفيها مكونات تردد أقوى (أي لا يمكن سماعها)، وتحزم هذه الإشارة التي تم تحليلها في تيار بت صوتي متوافق مع (MPEG-1).

ما هي الطبقات المختلفة في MPEG-1

تم تحديد الطبقات المختلفة لأنها تتمتع جميعًا بمزاياها، بشكل أساسي، يزداد تعقيد المشفر ومفكك التشفير وتأخير المشفر، ووحدة فك التشفير وكفاءة التشفير عند الانتقال من الطبقة الأولى عبر الطبقة الثانية إلى الطبقة الثالثة، تتميز الطبقة الأولى بأقل قدر من التعقيد وهي مناسبة بشكل خاص للتطبيقات حيث يلعب تعقيد المشفر أيضًا دورًا مهمًا، تتطلب الطبقة الثانية جهاز تشفير أكثر تعقيدًا ووحدة فك ترميز أكثر تعقيدًا ويتم توجيهها نحو تطبيقات “واحد إلى العديد”، أي أن برنامج تشفير واحد يخدم العديد من أجهزة فك التشفير.

بالمقارنة مع الطبقة الأولى، فإن الطبقة الثانية قادرة على إزالة المزيد من تكرار الإشارة وتطبيق عتبة الصوت بشكل أكثر كفاءة، وتعتبر الطبقة الثالثة مرة أخرى أكثر تعقيدًا وموجهة نحو التطبيقات ذات معدل البتات المنخفض بسبب التكرار الإضافي والاستخراج غير الهام من تحليل التردد المحسن.

كيف يعمل معيار الصوت MPEG-1

يُطلق على التأثير الصوتي الأساسي الذي يستخدمه المشفر الصوتي (MPEG-1) الإدراكي “الإخفاء السمعي”، حيث لا تكون أجزاء من الإشارة مسموعة بسبب وظيفة النظام السمعي البشري، على سبيل المثال، إذا كان هناك صوت يتكون أساسًا من تردد واحد، فلن يتم سماع جميع الأصوات الأخرى التي تتكون من تردد قريب ولكنها أكثر هدوءًا، عادةً ما يطلق على أجزاء الإشارة المخفية اسم “غير ذي صلة”، على عكس أجزاء الإشارة التي يتم إزالتها بواسطة عملية تشفير بدون فقدان، والتي يطلق عليها “زائدة عن الحاجة”.

من أجل إزالة هذه المشكلة، يحتوي المشفر على نموذج صوتي يحلل هذا النموذج الصوتي إشارات الإدخال خلال فترات زمنية متتالية ويحدد لكل كتلة المكونات الطيفية للإشارة الصوتية المدخلة عن طريق تطبيق تحويل التردد، ثم يقوم بنمذجة خصائص الإخفاء للنظام السمعي البشري، ويقدر مستوى الضوضاء الملحوظ فقط لكل نطاق تردد، والذي يطلق عليه أحيانًا عتبة الإخفاء، كما انه في مرحلة التكميم والتشفير، يحاول المشفر تخصيص العدد المتاح من بتات البيانات بطريقة تفي بمتطلبات معدل البت والإخفاء مع مراعاة العتبات المحسوبة للإخفاء، والمعلومات المتعلقة بكيفية توزيع البتات على الطيف.

ما هي معدلات البت التي يدعمها معيار الصوت MPEG-1

لكي يكون معيار الصوت (MPEG-1)  قابلاً للتطبيق على عدد كبير من سيناريوهات التطبيقات المختلفة، يدعم (MPEG-1) نطاقًا واسعًا من معدلات البتات من  (kbit/s) 32  إلى (kbit/ s) 320، حيث يمتد امتداد “تردد أخذ العينات المنخفض” (LSF) ل(MPEG-2)  الى هذا النطاق إلى  (kbit/s)8، بالإضافة إلى ذلك، يتم تضمين تبديل معدلات البتات على مستوى الإطار بشكل صريح في المعيار مما يسمح للتطبيقات بتكييف معدل البتات الخاص بها مع الظروف البيئية.

• (LSF): هو اختصار لـ (Low Sampling Frequency).

هل معدل البت المتغير مسموح به في معيار الصوت MPEG-1

بالنسبة إلى الطبقة الثالثة، الإجابة هي ببساطة “نعم”، متوسط معدل البت هو المعدل الوارد في رأس إطار الطبقة الثالثة، ولكن نظرًا لأنه يمكن توزيع البتات على عدة إطارات، فإن هذا يعني بشكل فعال معدل بتات متغير، بالنسبة للطبقتين الأولى والثانية وفقًا للمعيار، ليس من الضروري أن تدعم مفككات التشفير معدل البت المتغير (VBR)، ومع ذلك، من الناحية العملية تدعم غالبية مفككات التشفير معدل البت المتغير، ويتماشى تمامًا مع المعيار لتحديد تطبيق معين  حيث يجب أن تدعم مفككات التشفير (VBR).