MP3音频增强和复原技术.docx
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MP3音频增强和复原技术
MP3音频增强和复原技术
MP3（和全“损失”数位压缩）音频增强和复原技术
从数位压缩中恢复优质真空管声音
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BBEMP（最小化多项非线性饱和）技术通过数位压缩恢复和增强谐波损失，进而提高经数位压缩处理的音频（如MP3）音效。
BBEMP从原始资料中再生声音，因而有效地恢复声音的温暖感、细腻感和细微差别。
通过过取样技术，BBEMP将MP3/WMA档的高频段扩展到CD级频段，将CD的频段扩展到超级CD或DVD频段。
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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）
BBEMP的工作原理
数位压缩
WaveForm:
波形
Level:
电平
Compression:
压缩
Original:
原声
Frequency:
频率
FrequencySpectrum:
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40KHz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
Originalaudiospectrum:
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
Digitallycompressedaudiospectrum:
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
GeneratedharmonicsbyMPprocess:
MP处理产生的谐波
Frequency:
频率
MPprocess:
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
BBEMPprocessedaudiospectrum:
用BBEMP处理的音频频谱
BBEMP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）。
Timeadvance:
时间相位前移
Timedelay:
时延
Time:
时间
Frequency:
频率
BBEMPprocessedaudiospectrum:
用BBEMP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。
BBEMP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
MP3data:
MP3数据
SuddenCut-offatrelativelylowfrequencies（cut-offfrequencyvaries）:
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
MP3frequencyresponse:
MP3频率回应
BBEMP处理技术能恢复频段内的谐波；而且，如下图所示，借助48KHz和96KHz频点的过取样技术，它还能将高频带宽扩展到24KHz或48KHz。
Level:
电平
GeneratedharmonicsbyMPprocess:
MP处理技术产生的谐波
HighfrequencyexpandedbyMPprocess:
MP处理技术扩展後的高频段
Frequency:
频率
MP3frequencyexpansionbyMPprocess:
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BBEMP处理技术的效果。
上图表示频率在16KHz以下的测试音频，在32KHz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BBEMP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6KHz-8KHz频段产生的谐波，这类谐波的频率高於16KHz，数目也较多。
L-ch
R-ch
戴安娜·克拉尔演唱的“我记得你”CD，32KHz频点向下取样，48KHz频点重新取样，声音资源档案
L-ch
R-ch
戴安娜·克拉尔演唱的“我记得你”，32KHz向下取样，48KHz频点用BBEMP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，32KHz向下取样，48KHz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”，32KHz向下取样，48KHz频点BBEMP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22KHz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，48KHz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，32KHz向下取样，48KHz频点重新取样，声音资源档案
从下面第三幅图可以看出BEMP处理的结果：
MP处理技术再生了频率在16KHz以上的所有信号，从而将高频段扩展至24KHz（这一频率甚至高於原声CD22KHz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”，32KHz向下取样，声音资源档案，48KHz频点BBEMP技术处理
就效果而言，这种技术和MP3PRO解码技术类似。
两者的区别在於：
MP3PRO解码器只对其已编码的音频有效，而MP处理技术对MP3和MP3PRO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
RegularCD:
常规CD
UpperfrequencylimitofCD:
CD的频率上限
GeneratedharmonicsbyMPprocess:
用MP处理技术生成的谐波
Extendedupperfrequencylimitbyover-sampling（96KHz）:
用96KHz频点过取样技术扩展频率上限
BBEMP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，96KHz频点过取样技术将CD的频率上限由22KHz扩展到48KHz，处理後的声音流畅多了、也更细腻了。
下一页的波形图为EmmylouHarris演唱的“我还想著别人”。
上图所示为44KHz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BBEMP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BBEMP处理产生的谐波。
EmmylouHarris演唱的“我还在想著别人”，44KHz频点对CD重新取样，声音资源档案
EmmylouHarris演唱的“我还想著别人”，48KHz频点用BBEMP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4KHz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
GeneratedharmonicsbyMPprocess:
用MP处理技术生成的谐波
HighfrequencyexpandedbyMPprocess（16KHzover-sampling）:
MP处理（16KHz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4KHz的频率上限。
如上图所示：
在16KHz频点（不是通常的8KHz频点）对信号重新取样後，频率上限由4KHz扩展到8KHz。
将MP处理技术和BBET2（电话技术）结合起来使用能将通常的300Hz％4KHz带宽扩展到300Hz％8KHz，信号的清晰度和可理解性也大大提高了。
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