MP3、WMA、MP3Pro音频性能测试报告

 电脑报评测实验室 
2001年 43期

　　90年代，MP3作为一种有损压缩编码，以其体积小的特点向老的音频技术发起冲击。时至今日，MP3已经走向普及，直到微软推出WMA格式的编码技术，宣称能比MP3有更高的压缩率的情况下，还能取得更好的音质效果。随着支持WMA播放的功能在很多软件上的实现，现在它企图逐步取代MP3的地位。作为MP3增强版的MP3Pro的推出，是否能阻止WMA的步伐？经过我们今天的测试，大家应该可以自己得出结论。
　　#1　　基础知识
　　#2　　MP3
　　　　MP3全称是Moving Picture Experts Group， Audio Layer Ⅲ，是一种有损压缩的编码，用其制作接近CD品质的音频文件，其体积一般只有WAV文件的十分之一。MP3算法可以明显地压缩WAV文件，是因为采用了心理声学的编码技术，MP3只保留人类耳朵感觉最灵敏的部分，割舍了人的耳朵不能觉察到显著差异的高音频部分，将文件尺寸大大减小。
　　#2　　WMA
　　　　WMA全称是Windows Media Audio。据称WMA只需要64Kbps的传送速率，就可以接近CD音质，而MP3要达到CD音质，至少要128Kbps，所以WMA可以使压缩的数字音乐文件缩小一半。除了更强的压缩能力外，WMA的另一个优点就是内容提供商可以通过DRM（Digital Rights Management）方案加入防拷贝保护，能够有力地防止盗版。在微软的大力推广下，目前许多播放器都提供了支持WMA格式的功能，WMA似乎有取代MP3成为新的音频标准之势。这次测试我们以64Kbps和192Kbps传送速率编码后，再对其音质作比较评价。
　　#2　　MP3Pro
　　　　2001年6月14日，汤姆森多媒体公司（Thomson Multimedia SA）和佛朗赫弗协会（Fraunhofer Institute）联合发布了新的MP3Pro音频标准。
　　　　MP3Pro是MP3编码格式的升级版本，是一种传统MP3数据和SBR指令的混合编码。
　　　　制作MP3Pro文件时，编码器将音频分为两部分。一部分是将音频数据中低频段部分分离出来，通过传统的MP3技术而编码得出的正常的MP3音频流，这样MP3编码器可以专注于低频段信号从而获得更好的压缩质量，而且原来的MP3播放器也可播放MP3Pro文件（质量会有损失）。另一部分则是将分离出来的高频段信号进行编码并嵌入到MP3流中，传统的MP3播放器会将其忽略掉，而新的MP3Pro播放器则可从中还原出高频信号，并将两者进行组合，得到更高音质的声音。通过这样的技术，使得MP3Pro能在64Kbps的传输速率下便可提供与128Kbps的MP3相同的质量。
　　#2　　评测环境
　　　　CPU：赛扬 660MHz
　　　　声卡：Creative SB Live!
　　　　音箱：PC Works 4.1
　　　　光驱：Sony 50×
　　#1　　文件大小测试
　　　　由于MP3Pro目前只有Demo版的编码器，只能支持64Kbps传送频率44.1KHz采样频率性能的转换，所以我们都是设置成同样的性能进行转换。转换过程中我们是用Windows Media Player 7.1把音轨直接转换成WMA格式文件；用LAME 3.89 Alpha等工具把音轨以44.1KHz的采样频率转换成WAV文件，然后把WAV文件转换成MP3格式的音频文件。
　　　　我们选用的是迈克尔·杰克逊的《JAM》，CD音轨全曲长度为5分46秒。用Windows Media Encoder 7.1以44.1KHz采样频率转换为WAV文件，转换后的文件大小是58.3MB。
　　　　从表（^43080301a^）中我们可以看出，保持相同传输速率进行的格式转换，MP3、WMA和MP3Pro的生成文件的体积大小非常接近，除了MP3格式，其余都能在64Kbps的传输速率下保持44.1KHz的采样频率。所以，如果对音质没有太高的要求，对文件体积大小比较苛求的话，三种文件格式的选择性是一样的。
　　#1　　音频性能测试
　　#2　　准备
　　　　要在计算机内处理音频，也要通过数/模转换，这个过程同样由采样和量化构成，人耳所能听到的声音，最高频率为20KHz，因此音频的最大带宽是20KHz，故而采样频率需要介于40KHz～50KHz之间，而且对每个样本需要更多的量化比特数。音频数字化的标准是每个样本16位-96dB的信噪比，采用线性脉冲编码调制PCM，每一量化步长都具有相等的长度，在音乐CD的制作中，正是采用这一格式，也就是44.1KHz的采样频率，速率88K/s，16位量化，即标准CD格式。
　　　　微软公司开发的一种声音文件格式──WAV格式，它符合PIFFResource Interchange File Format文件规范，用于保存Windows平台的音频信息资源，被Windows平台及其应用程序所支持。而且支持多种音频位数、采样频率和声道。把CD音轨转换为WAV文件可以达到无损压缩，能真正反映原CD音效。所以在这次测试中，我们基本上以44.1KHz采样频率的WAV文件作为比较音质的标准格式，然后用CoolEdit 2000对各种音频进行频谱比较分析。
　　#1　　采样
　　#2　　WAV的采样
　　　　用Windows Media Encoder 7.1以44.1KHz采样频率转成WAV文件。
　　#2　　传统MP3文件采样
　　　　将上述的WAV文件，用公认最好的MP3编码器LAME 3.89 Alpha，分别以44.1KHz采样频率在64Kbs的传送速率下，得到采样频率为22.05KHz的MP3文件，体积大小为2.64MB，和以44.1KHz采样频率在192Kbs的传送速率下，得到采样频率为44.1KHz的MP3文件，体积大小为7.96MB。
　　#2　　WMA格式文件采样
　　　　用Windows Media Player 7.1直接把上述音轨转化成WMA格式文件。分别以44.1KHz采样频率在64Kbs的传送速率下，得到2.68MB大小的WMA文件，和以44.1KHz采样频率在192Kbs的传送速率下，得到7.99MB大小的WMA文件。
　　#2　　MP3Pro文件采样
　　　　由于官方提供的MP3Pro目前只有DEMO版的编码器，且只能支持64Kbps传送频率44.1KHz采样频率的转换。我们就把上述的WAV文件以64Kbps的传送速率和44.1KHz的采样频率通过MP3Pro转换成采样频率为44.1KHz的MP3Pro文件2.64MB。
　　#1　　对比
　　　　Nero5.5.5.0版本能正确识别MP3Pro编码格式，所以我们用Nero5.5.5.0把我们采样的音频文件分别转换成WAV文件。由于WAV格式是一种无压缩格式，所以转换成WAV音频格式对原格式文件不会有很大的影响。再用CoolEdit 2000分析出这些音频格式文件的频谱图，进而比较分析（^43080301b^）：
　　　　这是用Windows Media Encoder 7.1以44.1KHz采样频率转换为的WAV文件频谱分析图，从图中我们可以看出，原始的WAV文件在20KHz以上仍然表现得比较丰富。（^43080301c^）
　　　　传统的MP3格式，为了保证在低传送速率的环境下达到比较高的压缩率，而且要保持音质不会发生太大的变化，音频转换软件会降低音频的采样频率。我们以64Kbps传送速率来对上述WAV文件进行压缩，得到采样频率为22.05KHz的MP3格式文件。从上图我们也可以看到，MP3格式的音频文件的最高音频比WAV文件的最高音频降低了一半多，9000Hz以上的被全部刷减掉，高频部分的信息全部丢失。
　　　　用普通MP3播放器播放这个传统MP3音效格式文件时，听上去声音比较闷，高频的细节基本上听不到。（^43080301d^）
　　　　当我们看到MP3Pro的频谱图的时候，非常的惊讶。MP3Pro使用SBR技术，即使在64Kbps的传送速率下一样能保持44.1KHz这样高的采样率来压缩音频文件。从图中可以看到，MP3Pro的最高频已经超过16KHz。虽然它的部分高频还是因为压缩被丢失，但和传统的MP3格式相比在音质上提高了很多。
　　　　用普通的MP3播放器播放这个MP3Pro音效格式文件时，音质和播放传统MP3音效格式文件相差无几，但我们用MP3Pro专门的播放器进行播放的时侯，无论是低频还是高频都相当的出色。
　　　　下图（^43080301e^）就是以64Kbps传送速率压缩成的WMA格式文件的频谱图，我们可以看出信息是在接近12KHz左右的时侯开始衰减，14KHz以上完全丢失。WMA音频格式在高频部分的表现比MP3强。但和MP3Pro相比，已经显得力不从心。
　　　　而且播放WMA格式时，能明显地感受到高频部分，而且效果比较好，但在低频的控制上还不是很好，还是达不到CD音轨或者WAV格式那种震撼的效果。
　　　　为了方便在网上传播数据和在一些移动介质上储存音乐，就得把一些音乐文件尽量压缩，上面的测试基本上按照目前普遍的压缩环境进行的。在以64Kbps传送速率进行压缩，三种压缩方式都能得到一个压缩率比较高的音频文件。从它们各自的频谱图中我们可以很清楚地看出，MP3Pro和WMA在各方面都已领先传统MP3格式。虽然MP3Pro和WMA的高频有适当的消减，但MP3Pro的表现远远胜于WMA。
　　　　我们再以比较高的传送速率压缩音频格式，对传统MP3音频格式和WMA音频格式进行测试。（^43080301f^）
　　　　这是以192Kbps传送频率转换成MP3格式文件后的频谱分析图（^43080301g^），从图中可以看出以192Kbps传送频率转换的MP3高频能达到16KHz以上，比较接近人耳所能听到的最高频率20KHz。丢失的信息非常的少。
　　　　这是以192Kbps传送频率转换成WMA格式文件后的频谱分析图，它的最高频达到15KHz左右，和以64Kbps传送频率转换成WMA格式文件相比变化不是很大。
　　　　使我们感到惊奇的是，在192Kbps传送速率下MP3格式在音频的表现能力上强于WMA格式。MP3格式在192Kbps传送频率下能较大幅度提高音质，WMA格式在这方面的表现则不如MP3音频格式。
　　#1　　总  评
　　　　经过这次测试，三者在同等条件下压缩转换格式，得到的结果是压缩率基本相似。三者都非常适合在网上快速传播和在移动介质上存储。其中，MP3Pro在64Kbps的传送速率中便可提供与192Kbps的传统MP3相同的质量。WMA虽然在和传统MP3的较量中领先，但对于所谓MP3增强版的MP3Pro却处于下风。看来微软想用WMA在数字音频领域里分得一杯羹，还得迎接一个新的挑战。
　　
　　 
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