随身听和随身看

十五、数码AV哥俩好：MP3随身听和MP4随身看

当前视听器材市场上MP3随身听播放机可谓琳琅满目，而一种所谓MP4的随身看播放机亦已姗姗走来。为什么体积那么小的一个数码产品可存储成千上万首歌曲，甚至还可随身看影像呢？现在我们就来揭开这个谜。

（一）MP3大行其道

耳坠的秘密——超级随身听

图1-29中女士的一个体积为24mm×24mm×24mm的正方体、重量仅有18克的耳坠，看起来似乎没有什么特别之处，但由于在其內部有一个128M的闪速存储器（闪存），可以存储上百首歌曲，凭借一颗130mA的锂电池，即可播放长达15小时。并且它还有一个可显示三行文字的OLED显示屏。因此，这是一个典型的超级随身听——MP3播放机。当时是世界上最小的MP3播放机。

图1-29　耳坠式超级随身听

现今，MP3大行其道，有各种形状和各种尺寸的MP3播放机，几乎到处都有它们的身影。那些安装有大容量硬盘驱动器的MP3播放机，可以存储的MP3音乐曲目几乎可以和美国国会图书馆的库藏相媲美。多样性是MP3具有强大生命力的象征，但这也导致品种繁杂，几乎没有两种完全相同的MP3播放机。不过，万变不离其宗，它们播放的音乐都是MP3格式。

1.MP3播放器简介

MP3音乐可以从网上下載，在多媒体PC机上聆听。但要实现随身听，就要借助便携式MP3播放器了。

MP3播放器是利用数字信号处理器DSP（Digital Signal Processer）来完成处理传输和解码MP3文件的任务的。DSP掌管随身听的数据传输、设备接口控制、文件解码回放等活动。DSP能够在非常短的时间里完成多种处理任务，而且此过程所消耗的能量极少（这也是它适合于便携式播放器的一个显著特点）。

工作过程和组成原理：首先将MP3歌曲文件从内存中取出并读取存储器上的信号→解码芯片对信号进行解码→通过数模转换器将解出来的数字信号转换成模拟信号→再把转换后的模拟音频放大→低通滤波后到耳机输出口，输出后就是我们所听到的音乐了。

2.MP3播放器分类

MP3依其存储介质的不同，主要可将其分为三类，即闪存MP3、硬盘MP3和光盘MP3。光盘MP3播放器体积大、输入MP3文件困难、耗电量大、价格昂贵、更换歌曲麻烦，所以普及率很低。这里只介绍前两类各自的优缺点。

闪存MP3优缺点：

优点：① 体积小，无任何机械部分。因为采用了闪存芯片做存储介质，机器直接从闪存读取数据而使得机器无需任何机械构造，有抗震能力。② 耗电少。因为上述的原因和芯片生产工艺的飞速发展，闪存MP3随身听的耗电越来越节省。现在使用7号电池的机器能达到连续播放15小时左右。③ 音质好，文件兼容性越来越强。现在的MP3随身听已经可以兼容全码率的MP3，包括CBR和VBR。WMA，ASF的兼容性也达到了空前的水平。④ 强大的录音功能。现在很多的MP3（包括闪存和硬盘）都有“声控录音（VAD）”功能，即可在有声时自动开始录音，无声时自动暂停录音，这样可以尽可能地节省磁盘空间。⑤ 支持线录。MP3以前有一个缺点就是必须依赖电脑才能下载音乐。有了线录后，这个问题就迎刃而解了。而且好的机器的线录效果几乎不亚于在PC上用专业的MP3压缩软件制作出来的效果。

缺点：① 容量小，价格较高。尽管闪存已经经历了几次大的降价，有质量保证的闪存MP3的售价还是偏高。② 换歌麻烦。虽然现在的MP3都支持线录了，但毕竟自己找CD来录制的机会很少。绝大多数时候用户还是得与PC联机来换歌。有的MP3直接有内置的USB接口用起来还方便一点，没有直接USB口的可就麻烦了。现在的新型MP3 已经实现了USB2.0，理论上传输速度要比USB1.1快几十倍，但还是需开电脑才能换歌。

硬盘MP3的优缺点：

优点：① 真正的海量。硬盘MP3容量小的10G，一般的20G，大的40G，就算是60G也不是什么奇闻了。② 更大的输出功率。玩过音响的人都知道充足的功率储备与输出能力是与最终的音质表现有着非常密切的关系的。③ 真正的USB2.0。就硬盘MP3动辄10G，20G的容量来说，如果用USB1.1，那传输文件时的速度恐怕难以忍受。现在市场上的主流硬盘MP3的传输方式都采用了USB2.0，理论上传输速度是USB1.1的40倍。④ 支持外接微音器。用好的外接微音器可以取得较原内置的微音器更佳的录音效果。

缺点：① 价格高居不下。目前硬盘MP3定位就是高端产品。② 体积相对大，重量也是“王者”。与现在越做越轻、越小的闪存MP3的几十克重量比起来实在可以说是个庞然大物了。③ 内置电池，耗电量相对较大。因为硬盘在工作的时候需要较强的电力供应。④ 硬盘对震动比较敏感，更换及维修的成本也较高。

产品举例：HD5硬盘音乐播放器。

由于MP3的问世，使得视听爱好者可随时随地大饱耳福，但眼福呢？

就在MP3播放器广泛普及的同时，它的一个可使AV爱好者同时大饱耳福眼福的产品又悄悄问世了。这就是MP3的同门兄弟——MP4播放器（如图1-30）。

图1-30　索尼HD5

3.MP3格式

什么是MP3？可能有人会想象MP大概是MUSIC PROCESSER（音乐处理器）的缩写。后面的3代表第三代产品。实际上并非如此。MP3的全称是Moving Picture Experts Group Audio Layer III。即MPEG Audio Layer 3。简单地说，MP3就是一种音频压缩技术，由于这种压缩方式的全称叫MPEG Audio Layer3，所以人们通常把它简称为MP3。MPEG压缩格式是由运动图像专家组（Motion Picture Experts Group）制定的关于影像和声音的一组标准。MPEG（Moving Picture Experts Group）音频压缩的原理很简单，首先是利用编码技术，将源文件（多为Wave格式）重新进行编码压缩，其次是利用数据缩减，将人类听觉中的不敏感部分删除，从而达到缩小文件尺寸的目的。和所有压缩格式一样，MPEG也会造成声音的失真，所以根据需要的不同，人们又定义了不同的压缩比率，这就是MPEG压缩格式的由来。

MPEG压缩格式分为3层（如图1-31），分别是MPEG Audio Layer-1、Layer-2和Layer-3。这其中我们最熟悉的是Layer-3，也就是常说的MP3。Wave是一种没有经过压缩的音乐档案格式，不失真，但是文件的尺寸非常大，基本上存储1分钟的音乐要占用10MB的空间，所以作为随身听的源文件是不合适的。和其他两种格式相比，MP3的压缩比率更大，可以达到。这也就决定了MP3格式的文件尺寸适合存储空间小的随身听使用。

MPEG中的第三层音频压缩模式比第一层和第二层编码要复杂得多，但音质要比第一层和第二层高，甚至可与CD音质相比。CD唱片采样频率为44.1MHz，16Bits，数据量为1.4Mb/s，而相应的MP3数据量仅为112kb/s或128kb/s，是原始数据量的1/12。也就是说传统的一张CD可以存放10倍甚至更多容量的音乐，如果一张光盘能存储约12～20首的CD格式音乐，若存成MP3格式，则可储存将近100首，这就是它的魅力。并且在人耳听起来，感受到的音乐效果却没有什么不同。MP3出现的最初目的是为了减少文件大小，便于资料在网络上传输，同时保持和原来相近的播放品质。

图1-31　MPEG压缩格式

归纳来说，MP3是利用MPEG Audio Layer 3的技术，将音乐以10：1甚至12：1的压缩率，压缩成容量较小的文件（file），并且还非常好地保持了原来的音质。换句话说，能够在音质损失很小的情况下把文件压缩到更小的程度。正是因为MP3体积小、音质高的特点使得MP3格式几乎成为网上音乐的代名词。所以，MP3也称为（电脑网络音乐）。每分钟音乐的MP3格式只有1MB左右大小，这样每首歌的大小只有3～4兆字节。使用MP3 播放器对MP3文件进行实时的解压缩（解码），这样，高品质的MP3音乐就播放出来了。

MP3音频格式的出现完全改变了传统音乐发行的“游戏规则”，也改变了人们获取音乐的途径。MP3作为一种数字音频格式采用了更高比率的数字压缩技术可使同样的CD存放100～120首流行歌曲。通过MP3的高度压缩，适合在互联网上发布和传输，所以这种音频格式在短短几年内得到了飞速发展。

（二）MP4姗姗走来

正当MP3播放器大行其道，成为当代大众，尤其是青年人的流行AV消费品时，随着数码爱好者消费需求的日益提高，人们已经不满足于单纯领略美妙随身的数字音乐了。于是，随身数字视频便成为他们关注的焦点，MP4也正是在这种需求下应运而生。2005年，业界推出首款MP4播放器，打响了MP4登陆的第一枪，继而众多国际厂商高调跟进。一种有助于人们提高生活品质的新产品——时尚MP4正悄悄地向我们走来。在MP3日益成为一种主流的音乐格式之后，忽然间冒出个MP4。虽然它已问世一年多，但由于其价格高昂，对很多人说来，MP4仍然可望而不可即，令人不得其详。MP4究竟是什么？它与MP3之间有什么关系？它的出现究竟对MP3有什么影响？MP4的工作原理是什么？其内部结构怎样？未来发展怎样？……凡此种种，可能正是大家尤其是AV爱好者想了解的。那好，现在就让我们掀起它的盖头来，看看这个多才多艺的美丽精灵的芳容。

1.MP4—— 掀起你的盖头来

何谓MP4？顾名思义，MP4播放器是一个能够播放MPEG-4文件的设备，它可以叫做PMP（Portable Multimedia Player），掌上型多媒体播放器，也可以叫做PVP（Personal Video Player），即个人视频播放器。它就是数码随身影院（Digital Portable AV Player）。它和MP3一样，不但可以随身听，而且还可以随身看。不但可以看图片而且还可以看视频。PC操作系统龙头——微软，与创新公司合作，推出所谓的PMC（Portable Media Center），本质上与PMP一致。

现在对MP4播放器的功能还没有统一的具体界定，虽然不少厂商都将它定义为多媒体影音播放器，但它除了能看电影的基本功能外，还可以利用MPEG-4压缩方式存储影音数据，播放视频影像，此外还具有音频播放、视频录制、录音笔、视频输出、移动硬盘、数码相机伴侣等近十种功能。而且由于容量大，消费者可以录制或拷贝进十几甚至几十部的电视、音乐节目或是电影，在外出的时候拿出来看。部分产品甚至还可以上网。

产品举例——掌宝DVX-POD 7010（如图1-32）。

图1-32　掌宝DVX-POD 7010

2.MP4播放器的AV编码

现在看来，MP4播放器就是一个能够播放MPEG-4文件的设备。那MPEG-4又是什么呢？

严格来讲，MPEG-4包括视频、音频编码两部分，MP4播放器普遍可以支持MPEG-4视频播放，但目前能够支持MPEG-4音乐编码的播放器则为数甚少，绝大多数产品只能支持MP3或其他规格的音频格式。但这并不能说由于不支持MPEG-4音频解码播放器就不能称之为MP4播放器，相反我们认为播放器实现视频解码的重要性远大于实现音频解码的重要性，因为只有这样才能在本质上拉开与音乐播放器之间的差异。就个人娱乐而言，实现视频播放的意义远大实现MPEG-4音频播放。

现在，先谈谈MPEG-4视频编码。

（1）MP4视频编码

MP4播放器采用MPEG-4编码。严格来讲，MPEG-4包括视频、音频编码两部分。所谓MPEG-4，实际上是一种崭新的低码率、高压缩比的视频编码标准，传输速率为4.8~64kb/s，使用时占用的存储空间比较小。MPEG-4正式编号是ISO/IEC 国际标准14496，它是一种新型的多媒体标准，它是一个基于对象的视频编码压缩标准，它所定义的码率控制的目标就是获得在给定码率下的最优质量，它为互联网上传输高质量的多媒体视频提供了很好的技术平台。

（2）MP4音频编码

从技术层面讲，现在MP4音频编码压缩使用的是MPEG-2 AAC技术，也就是简称为A2B或AAC的技术。它的特点是音质更加完美而压缩比更大（15：1～20：1）。MPEG-2 AAC在采样频率为8～96KHz时可提供1～48个声道可选范围的高质量音频编码。AAC就是Advanced Audio Coding（先进音频编码）的缩写，它适用于从比特率为8kb/s单声道的电话语音音质到160kb/s多声道超高质量音频信号范围内的编码，并且允许对多媒体进行编码/解码。它增加了诸如对立体声的完美再现、多媒体控制、降噪等MP3没有的特性，使得在音频压缩后仍能完美的再现CD的音质。

MP4本应利用改进后的MPEG-2 AAC技术对音频进行压缩处理，但当前大多数的MP4播放器仍只支持MP3音频。

3.MP4播放器的组成结构

（1）解码处理芯片

MP4播放器需要一个相当强大的解码处理芯片来完成对视频文件的解码过程。

MP4既然是专职的多媒体娱乐工具，面对众多的影音格式，硬件的编码（Encode）与译码（Decode）能力才是PMP设计重点所在。现阶段PMP内部核心架构，许多都是采用CPU搭配DSP（Digital Signal Processor）的方式，其中DSP是负责Decode/Encode的工作；CPU则是针对档案管理、存取，以及使用接口、周边组件的掌控等进行处理。不过，DSP加CPU只能算是PMP的主要单元，另外尚需整合硬盘、记忆卡及LCD显示器等组件，并且还要有外部USB接口。

有鉴于此，为符合上述要求，PMP的设计还需内建视频编/译码芯片，作为模拟与数字两种信号间转换之用。另外，用来连接视频译码器与DSP的总线，以及LCD显示器的驱动电路，或者是IDE接口与硬盘控制芯片间的沟通，这些设计要点也都不可或缺。

（2）显示器

目前MP4播放器大都采用液晶显示器。

另外，现在又有部分MP4产品采用OLED显示器，亦即有机发光显示器，这种显示器比传统LCD的色彩更柔和、鲜艳，在MP4上属于新崛起的种类，被誉为“梦幻显示器”。OLED显示技术与传统的LCD显示方式不同，无需背光灯，采用非常薄的有机材料涂层和玻璃基板，当有电流通过时，这些有机材料就会发光。而且OLED显示屏幕由于无需背光或极化板，因此可以做得更轻更薄，可视角度更大，并且能够显著节省电能。

不过，虽然将来技术更优秀的OLED会取代LCD，但有机发光显示技术目前还存在使用寿命短、屏幕大型化难等缺陷。

（3）存储设备

就硬件层面而言，除嵌入式处理器、MPEG-4 Codec外，硬盘技术的成长也促成PMP得以实现。目前不论是2.5寸还是1.8寸的小型硬盘，普遍都能提供20～40GB的容量，解决了容纳大量影音资料的存储问题。微软的产品曾经介绍，在40GB容量的前提下，PMC能播放175小时的影片，或600小时的歌曲。

当然，MP4像MP3一样，亦可用闪存卡存储影音文件，由于MP4视频文件比MP3音频文件体积要大得多，虽然闪存卡在防震上有优势，但容量有限。

（4）不可或缺的元素——嵌入式操作系统

目前发表的PMP搭载的操作系统以Windows CE .NET、Linux为主。

至此，我们对MP4的功能、用途、硬件结构、内含软件有了基本的了解。目前MP4的售价还较高，而且没有一个明确的产品规范对其进行约束，但MP4可看可听，其优越性是十分明显的。因此，MP4也将像MP3那样逐渐成为AV主流产品。

（本节由陈伟鑫高级工程师编写）