MP3 音質評估原理

當在產品概念發展及規劃階段，針對MP3功能尋找一種音質評估方法 是有其必要性，然後用相同的評估方法對各種設計方法下所產生之MP3解 碼器做最初步的音質測試及驗證，將可依據量測數據迅速的評定各種設計 之MP3解碼器音質的等級而後再進行不斷的設計修正及驗証。

通常音質評估方法可分為主觀音質評估方法及客觀音質評估方法，一 般而言主觀音質評估方法須透過真人進行人耳聽覺感官測試，因此所得到 的測試結果純粹屬測試者對音樂品質主觀的感覺，所以測試的數據會因受 測對象的不同或經反覆測試後有數據結果上較大的差異，而且主觀音質評 估也比較耗費測試的時間；客觀音質評估方法大致上是依靠儀器量測或經 由數值分析之方式而取得數據，客觀的音質評估方法在評比數據上的變異 相對比較小，而且測試的時間也比較短，但其評估的結果是否與人耳感覺 相 近 ， 則 有 待 未 來 持 續 的 研 究 ， 如 聽 覺 品 質 的 感 官 音 質 評 估 方 法 (PEAQ-Perceptual Evaluation of Audio Quality)就是近年來被討論的一項客觀評 估方法[11]之一，雖然客觀音質評估方法到目前為止，無法以科學的數據衡 量其音質絕對的優劣，但是仍能以較快速的方式提供一客觀的音質衡量數 據做為設計修正方向之參考依據。

本文將採用ISO/ICE 11172-4[10]所提出之MP3客觀音質評估方法，做為 對MP3解碼器音質等級之評估方法。ISO/ICE 11172-4 Part 4：Compliant Test 規 格 中 提 出 兩 個 MP3 解 碼 器 音 質 評 估 之 指 標 ， 指 標 一 為 RMS (Root-Mean-Square)，指標二為MAX(Maximum)；依據規格書中所建議之計 算方法加以整理後，分別列出RMS及MAX之計算公式，其詳細定義請參考 公式(1)及公式(2)。

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ISO/ICE 11172-4：Compliant Test Annex A，以 24 位元為例計算 RMS 值，本文使用 16 位元 PCM 輸出作為 RMS 的計算單位，因此將公式(1)和公

ISO/ICE 11172-4 所建議的測試方法是先選定當對照之用的MP3 解碼 器和當受測對象之用的MP3 解碼器，選定一個對照之用的MP3 解碼器做為 所有受測對象之MP3 解碼器的對照組，而受測解碼器就是接受評估測試的 MP3 解碼器，它可為軟體解碼器或硬體解碼器。將受測MP3 解碼器所輸出 之PCM值(T_k)與對照MP3 解碼器所輸出之PCM值(R_k)依公式(1)計算後可求 得RMS值，利用公式(2) 計算後可求得MAX值；RMS為受測MP3 解碼器與 對照MP3 解碼器兩者間之均方根值，而MAX則為二者訊號差絕對值最大之 值。

ISO/ICE 11172-4 規格中將 MP3 解碼器依照 RMS 及 MAX 所得到的數

值，分成三個不同的 MP3 音質等級，以表示受測 MP3 解碼器符合 ISO/ICE 11172-3 MPEG-1 解碼規格要求之程度，詳細資料請參考圖表 12，圖表中之 第二行及第三行是依據公式(1)及公式(2)尚未經正規化之 RMS 及 MAX 值，

第四行及第五行為依據公式(3)及公式(4)經正規化後所得到 RMS’及 MAX’

之值。

Compliant Level RMS MAX RMS’ MAX’

Full Compliance <2⁻¹⁵ 12 ≤2⁻¹⁴ <0.577 4

Limited Accuracy <2⁻¹¹ 12 No Required <9.237 No Required

Not Compliance >2⁻¹¹ 12 No Required >9.237 No Required

取材自： International Standard ISO/IEC 11172-4, Part 4[10]

圖表 12 ISO/ICE 11172-4 MP3 解碼器三等級定義表

ISO/ICE 11172-4 Compliant Test 將 MP3 解碼器符合 ISO/ICE 11172-3 規 格 的 程 度 大 致 區 分 為 三 個 等 級 ， 第 一 等 級 為 完 全 符 合 規 格 (Full Compliance)，第二等級為有限度的正確符合規格(Limited Accuracy)，第三 等級為不符合規格(Not Compliance)，本文將以此三個等級做為 MP3 解碼器 是否符合 ISO/ICE 11172-3 規格要求做為音質等級分類的標準。