December 2020 – Page 23

Dateien mit digitalisiertem Audio

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Dateien mit digitalisiertem Audio

Digital audio

Audiodateien, in denen die ursprüngliche kontinuierliche (“analoge”) Wellenform als Folge von kurzen diskreten Werten der Amplituden des Tonsignals aufgezeichnet wird, gemessen (“ausgewählt”) in gleichen Zeitintervallen und mit einem Intervall sehr klein zwischen ihnen.

DIGITAL AUDIO

Das Ersetzen eines kontinuierlichen Signals durch eine Folge seiner Werte wird als Abtastung bezeichnet, und diese Form der Aufzeichnung ist ein Impulscode. Die Hardware-Implementierung der digitalen Audioverarbeitung besteht darin, dass ein Analog-Digital-Wandler (ADC) ein analoges Signal in einen Satz digitaler Messungen umwandelt und während der Wiedergabe ein Digital-Analog-Wandler (DAC) den umgekehrten Prozess ausführt: ein digitales Signal in ein analoges umwandeln. Es gibt zwei Arten von Dateien mit digitalisiertem Audio: Header und kein Header.

Dateien mit Musiknotation (Songdatei, Musikdatei): Audiodateien, die eine Folge von Befehlen enthalten, die angeben, welche Note und von welchem Instrument und wie lange sie zu einem bestimmten Zeitpunkt abgespielt werden sollen. Das Format kann die gleichzeitige Ausführung mehrerer Musikinstrumente vorsehen, in diesem Fall spricht es von der entsprechenden Anzahl von Stimmen.
Bearbeiten Sie grundlegende Standards für Mehrkanal-Audio

Dolby Stereo ist ein Standard für die digitale Filmtonaufnahme- / Wiedergabetechnologie für Kinos, mit dem vier Kanäle in zwei Filmtonspuren codiert werden können: links, in der Mitte, rechts und hinten. Das vom Film gelesene Signal wird vom Decoder in vier Kanäle umgewandelt, wodurch ein Surround-Sound-Effekt erzielt wird. Ohne Decoder wird der Ton als normales Zweikanal-Stereo abgespielt. Der Standard wurde 1976 von Dolby Laboratories vorgeschlagen.

DDS (Dolby Surround Sound) ist ein Standard für die digitale Aufnahme / Wiedergabe von Filmtonspuren im Frequenzbereich 100-7000 Hz für Heimkinosysteme. Der Standard ermöglicht die Codierung von drei Kanälen in zwei Soundtracks eines Films: links, rechts und hinten. Das vom Film gelesene Signal wird in drei Kanäle decodiert. Ohne Decoder wird der Ton als normales Zweikanal-Stereo abgespielt. Der Standard wurde 1982 von Dolby Laboratories vorgeschlagen.
DPL (Dolby Surround Pro Logic) ist eine Weiterentwicklung des DDS-Standards für Heimkinosysteme mit drei bis vier Tonkanälen: links, Mitte, rechts und Surround. Der Standard wurde 1987 von Dolby Laboratories vorgeschlagen.
Dolby Digital ist ein Standard zum Codieren / Decodieren von 6-Kanal-Audioaufnahmen (5 + 1) im Bereich von 20 Hz bis 20 kHz: 5 Surround-Kanäle und ein Niederfrequenzkanal (Subwoofer). Der Standard wurde 1992 von Dolby Laboratories vorgeschlagen. Der Frequenzbereich der fünf Kanäle beträgt 3 Hz bis 20 kHz, der Subwoofer 3 Hz bis 120 kHz.
Dolby Digital AC3 ist eine Ergänzung zum Dolby Digital-Standard mit einem Schema, das eine Komprimierungsdichte für Audioaufnahmen von 12: 1 oder mehr bei einer Bitrate von 64 bis 640 Kbit / s bei hoher Wiedergabequalität bietet.
Dolby Surround AC3 ist eine vereinfachte Version des Dolby Digital-Heimkino-Standards mit reduzierten Bitraten.
DTS (Digital Theatre System) ist ein Standard für Sechs-Kanal-Tonaufnahmen (5 + 1) auf Musik-DVDs in der Nähe von Dolby Digital mit einem niedrigeren Komprimierungsverhältnis (4: 1) und einer schnelleren Datenrate. hoch (Bitrate – 882 Kbps). Aus diesem Grund zeichnet es sich neben der Verwendung eines perfekten Komprimierungsalgorithmus durch eine qualitativ hochwertige Tonaufnahme und -wiedergabe aus. Die Aufnahme verwendet eine Abtastrate von 48 kHz und ist damit der DVD-Audio-Standard mit der höchsten Qualität, der jemals aufgenommen wurde.
Dolby Pro Logic II ist eine Weiterentwicklung des Dolby Surround Pro Logic-Standards, der normalen Stereoklang in sechs Kanäle unterteilt: 5 + 1.
Dolby Pro Logic Iix ist eine Weiterentwicklung des Dolby Surround Pro Logic-Standards, der die Zerlegung von Stereoklang in 7 (6 + 1) oder 8 Kanäle (7 + 1) ermöglicht. Mögliche Dekodierungsmodi: Film: Spiegeln des mittleren oder hinteren Kanals; Spiel (Spielen): Das Signal wird auch an die “neuen Kanäle” gesendet. Musik).
Dolby Digital EX ist eine Heimkino-Variante des Dolby Pro Logic Iix-Standards.
Dolby Digital Surround EX ist eine erweiterte Version von bis zu 7 Kanälen (6 + 1) des Dolby Digital Surround-Standards, bei der es einen zusätzlichen hinteren Kanal (hinten) gibt, der den mittleren Kanal verdoppelt, wenn der Ton im 5 + 1-Format aufgenommen wird. Wenn der Ton im 6 + 1-Format aufgenommen wird, wird der zusätzliche Kanal zu einem vollständigen Surround-Kanal.
DTS-ES ist ein Analogon zum von DTS entwickelten Dolby Digital EX-Standard. Mit dieser Option können Sie Audio in den Formaten 6 + 1 und 7 + 1 codieren und im DTS-Format (5 + 1) codiertes Audio in 7 (6 + 1) oder 8 (7 + 1) Kanäle zerlegen.

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ERKENNUNG UND ANALYSE VON KOMPRESSIONSSPUREN VON TONSIGNALEN UNTER VERWENDUNG VON MP3-, AAC-, WMA- UND VORBIS-CODES

ERKENNUNG UND ANALYSE VON KOMPRESSIONSSPUREN VON TONSIGNALEN UNTER VERWENDUNG VON MP3-, AAC-, WMA- UND VORBIS-CODES.

audio signal

ERKENNUNG UND ANALYSE VON MP3-, WMA-, OGG- UND VORBIS-CODECS IN AUDIOSIGNALEN

audio signals

Der Artikel beschreibt die Methode der MP3-, WMA-, OGG- und Vorbis-Codec-Trace-Erkennung im Audiosignal.

Die Methode zeigt digitale Audiobearbeitung, Änderung der Abtastrate und Mehrfachcodierungsspuren. Schlüsselwörter: digitale Audio- und Video-Forensik, Erkennung von Codec-Spuren, psychoakustische Codecs, MP3, AAC, WMA, Vorbis. Einleitung Heutzutage werden digitale Tonträger oder Video-Tonträger, deren Audiosignal komprimiert wurde, häufig Gegenstand der Prüfung von Video- und Tonaufnahmen.

Der Zweck der Komprimierung besteht in der Regel darin, den Sprachverkehr auf Kommunikationskanälen oder die gespeicherte Datenmenge zu verringern. Geräte und Programme, die Algorithmen zum Komprimieren von Audio- und Videosignalen implementieren, werden als Codecs bezeichnet.

Die verstärkte Erkennung auf dem Gebiet der digitalen Aufzeichnung und Speicherung von Audiosignalen empfing die sogenannten psychoakustischen Codecs, die eine Komprimierung des Signals ermöglichen, indem sie für den Menschen unhörbare Spektralkomponenten entfernen (Frequenz- und Zeitmaskierung). Die Verwendung solcher Codecs reduziert den zum Rendern des Signals erforderlichen Speicher erheblich und lässt die Klangqualität für den täglichen Gebrauch auf einem akzeptablen Niveau, weshalb psychoakustische Codecs in der Medienbranche weit verbreitet sind.

Der bekannteste und am weitesten verbreitete Vertreter der psychoakustischen Codec-Familie ist MPEG 1/2 / 2.5 Layer 3, besser bekannt als MP3-Codec. Der vor mehr als 20 Jahren entwickelte MP3-Codec ist heute in nahezu jedem Gerät implementiert und bietet die Funktion, Tonträger oder Video-Tonträger auf Software- oder Hardwareebene aufzuzeichnen und wiederzugeben.

In den letzten zehn Jahren wurden psychoakustische Codecs mit fortschrittlicheren psychoakustischen Modellen immer häufiger: Advanced Audio Codec (AAC), WMA (Windows Media Audio) und Ogg Vorbis (OGG). Theoretische Grundlagen Bei der Analyse des dynamischen Spektrogramms eines Signals, das mit psychoakustischen Codecs codiert wurde, sind rechteckige Ausreißer (Abb. 1) häufig leicht zu erkennen, was eines der Anzeichen für die Verwendung eines der psychoakustischen Codecs ist. Abbildung 1. Dynamisches Spektrogramm mit MP3-Codec-Codierungsspuren. Diese Aussetzer sind das Ergebnis der Codierung des Signals unter Verwendung des psychoakustischen Codecs, dessen Funktionsweise nachstehend am Beispiel des MP3-Codecs beschrieben wird.

In der ersten Stufe der MP3-Codierung wird das Spektrum des Signals unter Verwendung der Modified Discrete Cosine Transform (MDCT) berechnet. Basierend auf einem psychoakustischen Frequenz- und Zeitmaskierungsmodell werden die unhörbaren Komponenten des MDCT-Spektrums auf Null zurückgesetzt. Das Spektrum des Signals wird dann unter Verwendung der Huffman-Methode quantisiert und codiert. Um die weitere Beschreibung zu vereinfachen, wird die Beschreibung des Codierungsschritts, der mit der Bandpassfilterung und der reduzierten Abtastung der Signal- “Bänder” verbunden ist, vor der Berechnung der MDCT-Spektren weggelassen, da dies in der Kontext in Betracht gezogen. Im Zusammenhang mit dieser Vereinfachung in der Arbeit werden die Größen der Analysefenster für das Originalsignal und nicht für die “Signalbänder” angegeben, wie in den Spezifikationen angegeben.

Der Einfachheit halber werden MP3-Spektren als MDKP-Spektren bezeichnet, die auf die gleiche Weise wie bei der MP3-Codierung berechnet werden. Die Berechnung von MP3-Spektren kann unter Verwendung von vier Arten von Analysefenstern durchgeführt werden: mit einem Standardfenster mit einer Größe von 1152 Zählungen (blau markiert), einem kleinen Fenster mit einer Größe von 384 Zählungen (rot angezeigt) und zwei Fenstertypen Übergangsfarbe (grün markiert).

In diesem Fall hängen die Fenstergrößen nicht von der Abtastrate des ursprünglichen Signals ab. Während des Codierungsprozesses wird das ursprüngliche Signal in Fragmente unterteilt, die sich mit einem Schritt von 576 Abtastwerten schneiden (Schritt des MP3-Codierungsfensters). Die Größe des Fragments kann je nach Fenstertyp von 1152 Stichproben für das Standardfenster, 960 für das Übergangsfenster und 768 für das kleine Fenster (drei kleine Fenster mit einem Schnittpunkt von 50%) variieren, aber der Schritt zwischen dem “Zentren” der Fragmente sind in allen Fällen 576 Proben.

Was genau ist ein Codec?

Was genau ist ein Codec?

Codec

Heute gibt es ungefähr drei Dutzend gängige digitale Audioformate. Warum Sie so viele Arten von Audiodateien erstellen müssen, um eine Art von Inhalt zu speichern, und wie Sie all dies verwalten, erfahren Sie aus diesem Material.

Codecs

Sicherlich bevorzugen viele Benutzer es, ihren Heimcomputer nicht nur als Arbeitstier, sondern auch als Multimedia-Center zu verwenden, in dem sie Filme oder Familienfotos ansehen und ihre Lieblingsmusik hören können. Kompakte Digitalplayer oder Mobiltelefone eignen sich zwar besser zum Hören von Musikkompositionen, aber im Gegensatz zu ihnen kann ein Computer nicht nur Musik abspielen.

Unabhängig davon, wie groß der integrierte Speicher Ihres Musik-Players ist, wird es höchstwahrscheinlich schwierig sein, Ihre gesamte Musikbibliothek darauf zu speichern. Außerdem können Sie mit Ihrem PC Musik erstellen, bearbeiten, organisieren und nach Musik suchen. Vergessen Sie auch nicht, dass es heute rund drei Dutzend gängige digitale Audioformate gibt und die meisten Player alles andere als Allesfresser sind und nur einige davon abspielen können.

Warum müssen Sie so viele Musikformate erstellen, um eine Art von Inhalten zu speichern? Tatsache ist, dass der Ton in den allermeisten Fällen in “komprimierter” Form gespeichert wird, da eine Minute unkomprimierter Komposition etwa 10 MB auf der Festplatte belegt. Einerseits scheint dies nicht viel zu sein, andererseits, wenn Sie ein Musikliebhaber sind und Ihre Sammlung aus mehreren hundert oder sogar Tausenden von Songs besteht, ist es klar, dass der Sound komprimiert werden muss, um den Platz zu reduzieren, den er einnimmt elektronische Medien.

Zum Komprimieren von Musikdateien werden verschiedene spezielle Algorithmen verwendet, die anschließend die Struktur und Darstellung der Audiodaten oder sogenannte digitale Audiodateiformate bestimmen. Alle Audioformate können in drei Gruppen unterteilt werden: unkomprimierte Audioformate, verlustfreie Komprimierung und verlustbehaftete Komprimierung.

Keine Komprimierung
Eines der am weitesten verbreiteten Formate in Bezug auf diesen Typ ist das bekannte WAV. Der Sound von Dateien mit dieser Erweiterung wird ohne Komprimierung oder Änderungen gespeichert. Es ist richtig, dass viel mehr Speicherplatz zum Speichern unkomprimierter Dateien erforderlich ist. Daher wird WAV nur in professionellen Audio- und Videoanwendungen verwendet, bei denen der Ton vor der Verarbeitung keinen Qualitätsverlust aufweisen sollte. Gewöhnliche Musikkompositionen in dieser Form zu halten, ist ungerechtfertigte Verschwendung.

Zum Abspielen von WAV-Dateien benötigen Sie keine spezielle Software, da alle Mediaplayer dieses Format verstehen, einschließlich des im Windows-System integrierten Standard-Windows Media-Audioplayers.

Ein weiteres erwähnenswertes Format zum Speichern von unkomprimiertem Audio ist die Apple-Entwicklung AIFF (Audio Interchange File Format). Wie Sie vielleicht vermutet haben, wird es am häufigsten auf Macintosh-Computern unter Mac OS X verwendet.

Verlustfreie Komprimierung (verlustfrei)
Verlustfreie Komprimierungsalgorithmen für Audiodateien arbeiten nach dem Prinzip herkömmlicher Aktenschränke. Sie bieten nicht die höchste Komprimierungsstufe (40 bis 60%), während sie praktisch keinen Einfluss auf die Klangqualität haben. Es ist auch erwähnenswert, dass in diesem Fall die verschlüsselten Daten vollständig in ihrer ursprünglichen Form wiederhergestellt werden können. Daher wird die Verwendung der verlustfreien Komprimierung am häufigsten in Fällen verwendet, in denen es wichtig ist, die Identität der komprimierten Daten in Bezug auf das Original beizubehalten.

Die beliebtesten Audioformate in dieser Gruppe sind FLAC (Free Lossless Audio Codec), APE (Monkey’s Audio), WMA (Windows Media Lossless) und ALAC (Apple Lossless Audio Codec). Jeder hat seine eigenen Vor- und Nachteile. Beispielsweise bietet der APE-Codec etwas bessere Komprimierungsgewinne, während FLAC häufiger vorkommt. Im Allgemeinen speichern alle echten Musikliebhaber ihre Musiksammlungen in verlustfreien Formaten, da sie keine Daten aus dem Audiostream entfernen und mit diesen Codecs erstellte Dateien auch auf hochwertigen Stereoanlagen wiedergegeben werden können.

Für die Wiedergabe verlustfreier komprimierter Formate werden in der Regel Player von Drittanbietern (außer WMA) wie MPlayer, Foobar, AIMP, Winamp, VLC und andere verwendet, da bereits alle erforderlichen Codecs integriert sind. Eine andere Möglichkeit besteht darin, ein zusätzliches Codec-Paket (z. B. K-Lite) separat zu installieren. Anschließend können Sie Dateien in verlustfreiem Format von fast jedem Audio-Player anhören.

Verlustbehaftete Komprimierung
Dies ist die beliebteste Gruppe von Algorithmen, die das maximale Audiokomprimierungsverhältnis (bis zu 10-mal oder mehr) bietet. Im Gegensatz zu früheren Formaten verliert die Audiodatei jedoch an Qualität.

Was sind Video-Codecs und Audio-Codecs?

Was sind Video-Codecs und Audio-Codecs?

Video Codecs

Fast jeder Computerbenutzer hört regelmäßig Musik darauf, die elektronisch gespeichert wird. Es gibt viele Formate zum Speichern von Musik, von denen jedes für bestimmte Aufgaben entwickelt wurde:

Video Codec

Die Bitrate ist die Informationsmenge, die während der Codierung für die Wiedergabe von 1 Sekunde verwendet wird. Je höher es ist, desto geringer ist die Verzerrung und der Klang entspricht so gut wie möglich dem Original.
Verlustfrei – Verlustfreie Audiokodierung. Durch die Konvertierung in verlustfreie Formate und umgekehrt erhalten wir genau den gleichen Klang.
Verlustbehaftet: Komprimierungsformate, die darauf ausgelegt sind, dass eine Person bestimmte Frequenzen, die während der Konvertierung übersprungen werden, einfach nicht hören kann. Gleichzeitig kann der Speicherplatz erheblich eingespart werden.

Audio-CD
Das Format, das nach dem Übergang von Schallplatten die Ära des digitalen Klangs einleitete. Es wurde 1979 von Philips und Sony als Standard übernommen. Im Audio-CD-Format kann Musik nur auf optischen Medien physisch gespeichert werden. Bei der Aufnahme auf eine Festplatte muss die Audiospur konvertiert werden.

Aufgrund der höchsten Klangqualität und der Fähigkeit, auf jedem Player zu spielen, ist das Format immer noch sehr beliebt, obwohl es ziemlich alt ist.

Flac
Vielleicht das gebräuchlichste Format zum Speichern verlustfreier Musik. Im Vergleich zu anderen verlustfreien Audiokomprimierungscodecs ist flac, das von xiph.org entwickelt wurde, völlig kostenlos und bietet die kleinste Ausgabedateigröße.

MP3
Das beliebteste Musikformat, das als inoffizieller Standard für jedes Wiedergabegerät akzeptiert wird. Seine Popularität basiert auf der Tatsache, dass eine MP3-Datei 30% der verlustfreien Originaldatei ausmacht, da sie für das Ohr unhörbare Frequenzen mit praktisch derselben Klangqualität schneidet.

Der erste Audiotrack im MP3-Format erschien 1994. Ein Grund für seine Beliebtheit ist die Möglichkeit, eine Vielzahl zusätzlicher Informationen auf Audiodatei-Tags zu speichern und eine Musikbibliothek bequem zu organisieren.

Ogg
Ein neues verlustbehaftetes Format, das 2002 als kostenlose Alternative zu kostenpflichtigen Formaten eingeführt wurde. Im Gegensatz zu seinen Vorgängern, insbesondere MP3, bietet es die Möglichkeit der Mehrkanalcodierung und der Mehrkanal-Audiospeicherung. Es wird am häufigsten in Videospielen verwendet.

Der Begriff “Audio” bedeutet heute alles, was irgendwie mit Klang verbunden ist. Dies ist das Verarbeiten, Abspielen, Mischen und einfache Anhören von Audioaufnahmen. Nur wenige Menschen wissen, dass sich während ihrer Existenz alle gängigen Audioformate erheblich verändert haben, manchmal zum Guten und manchmal sogar zum Schlechten.

Das Problem ist, dass die Größe des Ergebnisses erheblich zunahm, als die Ersteller versuchten, die Aufnahmequalität mithilfe des neuen Formats zu verbessern. Das Reduzieren der Größe der endgültigen Datei führte zu einem erheblichen Qualitätsverlust. Dies war jedoch nicht immer der Fall.

Die erste Erwähnung von Computer-Sound ist mit der Erstellung mehrerer primitiver Videospiele verbunden. Dann wurde der Ton über den Lautsprecher des Systems wiedergegeben. Da die damaligen Softwareentwickler es nicht versuchten, gelang es ihnen nicht, das Qualitätsniveau zu erreichen, das mit Band- und Rollenrekordern kompatibel wäre. Aus diesem Grund haben viele Entwickler darüber nachgedacht, wie das Audioformat geändert werden kann, um den Klang natürlicher und natürlicher zu gestalten. Dieses Problem hat zum gegenwärtigen Wettbewerb auf dem Audiomarkt geführt. Infolgedessen wirken sich die verwendeten Formate stark auf die Qualität des reproduzierten Materials und die Konfiguration der grundlegenden Wiedergabeparameter aus.

WAV-Format

Die erste vollständige Qualität von Audioformaten ist mit diesem bestimmten Format verbunden. Die WAV-Erweiterungsbezeichnung wurde vom englischen Wort “Welle” abgeleitet, was auf Russisch Welle bedeutet. Es war dieses Format, das als erstes Audioformat mit Computerprogrammen auf höchst professionellem Niveau verarbeitet wurde. Dateien mit einer WAV-Erweiterung hatten die folgenden Eigenschaften:

– Schalltiefe;
– Abtastfrequenz;
– Bitrate usw.

Dieses Format war sogar mit dem Sound kompatibel, der nach der Verarbeitung einer Audio-CD mit einem Equalizer und anderen Tools erzielt werden konnte. Die Dateigröße war in diesem Fall jedoch völlig ungerechtfertigt. Beispielsweise kann die häufigste 3-minütige Spur bis zu 50 Megabyte lang sein.