Was ist die Video- und Audio-Bitrate?


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Was ist die Video- und Audio-Bitrate?

Bit Rate

Magst du Videoproduktion oder schätzt du hohe Qualität in Filmen? Sie sind wahrscheinlich auf so etwas wie Bitrate gestoßen. Es begleitet immer die technischen Eigenschaften von Videoaufnahmen und sein Wert bestimmt die Qualität des Bildes in der Datei. Wenn Sie mit Konvertern arbeiten, werden Sie mehrmals auf diese Funktion stoßen. Es ist daher ratsam, genau zu verstehen, wofür sie verantwortlich ist und wie sie sich auf das Endprodukt auswirkt: ein Video oder eine Audiodatei.

bitrate

Um herauszufinden, wie hoch die Bitrate ist, sollten Sie verstehen, wie die Übertragung von Videoinformationen funktioniert. Jedes Video ist eine rotierende Folge von Bildern. Um kein “Diashow-Gefühl” zu haben, muss die Bildwechselgeschwindigkeit mindestens 24 Bilder / Sek. Betragen. Jede Box hat Parameter: Breite und Höhe. Je höher sie sind, desto mehr Pixel werden in ein Bild eingefügt, desto höher ist die Qualität.

Jeder “Punkt”, aus dem ein Frame besteht, hat eine Gewichtung und entspricht 1 Byte. Nehmen wir ein Full-HD-Bild auf und berechnen das Gewicht – es werden ungefähr zwei Megabyte (1920 x 1080 = 2073 600) freigegeben. Eine Sekunde Video mit 24 Bildern würde also 48 MB wiegen. Hier kommt das Konzept der Bitrate ins Spiel: Es ist die Kraft, ein Video zu komprimieren.

Jene. Die erforderliche Datei, die verschlüsselt ist, verliert an Gewicht. Aufgrund der starken Komprimierung kann es jedoch auch zu Qualitätsverlusten kommen. Natürlich ist in Wirklichkeit nicht alles so einfach; Viel hängt vom Codec ab, der für die Codierung verwendet wird. Dies ist der Name der direkten Komprimierungsmethode. Videos in verschiedenen Formaten, aber mit derselben Bitrate, können also Bilder unterschiedlicher Qualität erzeugen. Das Konzept der “Audio-Bitrate”, das die Stärke der Komprimierung angibt, ist ebenfalls anwendbar, jedoch für einen Audio-Stream.

Bitratentypen
Bei der Betrachtung des Themas ist anzumerken, dass die Bitrate nicht immer gleich ist. Und jetzt sprechen wir nicht über einen quantitativen Indikator, sondern über eine Unterteilung in Typen. Um kompetent mit der Medienkonvertierung zu arbeiten, lesen Sie drei Arten von Bitraten: Konstante, Variable und Durchschnitt, eine Mischung aus den ersten beiden.

Konstante Bitrate (CBR)
Wie der Name schon sagt, ändert sich diese Art der Bitrate während der Dateiwiedergabe nicht. Mit dieser Komprimierungsmethode können Sie die Größe der Ausgabedatei ziemlich genau bestimmen und während Ihrer gesamten Hör- oder Betrachtungssitzung eine gleichbleibende Qualität sicherstellen. In der Unterhaltungsindustrie wird jedoch selten eine konstante Bitrate verwendet, da eine Anpassung nicht möglich ist. für die dynamische Wiedergabe, da die Dateien größer werden, als sie sein könnten.

Variable Bitrate (VBR)
Diese Art der Bitrate ist flexibel und widerstandsfähig gegen Änderungen, wodurch sie an das Wiedergabeobjekt angepasst werden kann und einen optimalen Größen- / Qualitätsindikator erzeugt. Beispielsweise wird bei Bildern oder Musikstücken mit einer verringerten Informationsdichte die Bitrate verringert, wodurch das Gewicht des Objekts verringert wird.

Durchschnittliche Bitrate
Diese Ansicht ist ein Kompromiss zwischen den vorherigen. Das Problem mit der variablen Bitrate besteht darin, dass Änderungen automatisiert werden und manchmal eine Überkomprimierung auftreten kann. Mit der durchschnittlichen Bitrate kann der Benutzer den Bereich festlegen, in dem Komprimierungsschwankungen auftreten. Die Technik seiner Verwendung ist zwar nicht so einfach und wird hauptsächlich in professionellen Studios verwendet, wenn an ernsthaften Projekten gearbeitet wird. Ein zusätzlicher Vorteil der durchschnittlichen Bitrate besteht darin, dass Sie das Dateigewicht auch dann genauer berechnen können, wenn sich die Kompressionskraft ändert.


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Änderung des Bluetooth-Stacks zur Verbesserung des Klangs in Kopfhörern ohne AAC-, aptX- und LDAC-Codecs

Änderung des Bluetooth-Stacks zur Verbesserung des Klangs in Kopfhörern ohne AAC-, aptX- und LDAC-Codecs

Bluetooth

Einige Benutzer von drahtlosen Kopfhörern bemerken eine schlechte Klangqualität und einen Mangel an hohen Frequenzen, wenn sie den Bluetooth SBC-Standardcodec verwenden, der von allen Audiogeräten unterstützt wird. Eine häufige Empfehlung zur Verbesserung des Klangs ist der Kauf von Geräten und Kopfhörern, die aptX- und LDAC-Codecs unterstützen. Diese Codecs erfordern Lizenzgebühren, daher sind die Geräte, die sie unterstützen, teurer.

Bluetooth

Es stellt sich heraus, dass die schlechte Qualität des SBC auf künstliche Einschränkungen der Bluetooth-Stacks und der Kopfhörerkonfiguration zurückzuführen ist. Diese Einschränkung kann auf jedem vorhandenen Gerät durch Softwareänderungen am Smartphone oder Computer vermieden werden.

SBC-Codec
Der SBC-Codec verfügt über viele verschiedene Parameter, die während der Verbindungsaufbauphase ausgehandelt werden. Unter ihnen:

Anzahl und Art der Kanäle: Joint Stereo, Stereo, Dual Channel, Mono;
Anzahl der Frequenzbänder: 4 oder 8;
Anzahl der Blöcke in einer Packung: 4, 8, 12, 16;
Quantisierungsbit-Zuweisungsalgorithmus: Loudness, SNR;
Der Maximal- und Minimalwert der zur Quantisierung verwendeten Bitgruppe (Bitgruppe): normalerweise 2 bis 53.

Der Decoder MUSS eine beliebige Kombination dieser Parameter unterstützen. Der Encoder kann möglicherweise nicht alles tun.
Bestehende Bluetooth-Stacks entsprechen im Allgemeinen dem folgenden Profil: Stereo-Set, 8 Bänder, 16 Blöcke, Lautstärke, Bitpool 2..53. Dieses Profil codiert 44,1-kHz-Audio mit 328 kbit / s.
Der Bitpool-Parameter wirkt sich direkt auf die Bitrate innerhalb eines Profils aus: Je höher diese ist, desto höher ist die Bitrate und damit die Qualität.
Der Bitpool-Parameter ist jedoch nicht an ein bestimmtes Profil gebunden. Andere Parameter beeinflussen die Bitrate ebenfalls erheblich: die Art der Kanäle, die Anzahl der Frequenzbänder, die Anzahl der Blöcke. Sie können die Bitrate indirekt erhöhen, indem Sie sich auf nicht standardmäßige Profile einigen, ohne die Bitgruppe zu ändern.

Berechnungsformel für die SBC-Bitrate

Beispielsweise codiert der Zweikanalmodus Kanäle separat unter Verwendung des für jeden Kanal gesetzten Vollbits. Indem wir das Gerät zwingen, Dual Channel anstelle von Joint Stereo zu verwenden, erhalten wir fast die doppelte Bitrate bei demselben maximalen Bitpoolwert: 617 kbps.
Meiner Meinung nach ist die Verwendung eines nicht profilierten Bitpool-Werts in der Verhandlungsphase ein Fehler im A2DP-Standard, der zu einer künstlichen Einschränkung der SBC-Qualität führte. Es wäre klüger, sich eher auf die Bitrate als auf die Bitgruppe zu einigen.

Diese festen Bitpool- und Bitrate-Werte stammen aus der Tabelle der empfohlenen Werte für Audio in hoher Qualität. Die Empfehlung ist jedoch kein Grund, sich auf diese Werte zu beschränken.

SBC Bluetooth-Profiltabelle

Die A2DP v1.2-Spezifikation, die von 2007 bis 2015 aktiv war, erfordert, dass alle Decodierungsgeräte mit Bitraten von bis zu 512 kbps ordnungsgemäß funktionieren:

Der SNK-Decoder muss alle möglichen Werte der Bitkombination unterstützen, die die maximale Bitrate nicht überschreiten. Dieses Profil begrenzt die maximal verfügbare Bitrate auf 320 kb / s für Mono und 512 kb / s für Zweikanalmodi.

In der neuen Version der Spezifikation gibt es keine Bitratenbeschränkung. Moderne Kopfhörer, die nach 2015 veröffentlicht wurden und EDR unterstützen, sollen Bitraten von bis zu 730 kbps unterstützen können.

Aus irgendeinem Grund haben die Bluetooth-Stacks, die ich für Linux (PulseAudio), Android, Blackberry und macOS getestet habe, künstliche Grenzen für den Maximalwert des Bitpool-Parameters, was sich direkt auf die maximale Bitrate auswirkt. Dies ist jedoch nicht das größte Problem. Fast alle Kopfhörer begrenzen den maximalen Bitpoolwert auf 53.
Wie ich bereits gesehen habe, funktionieren die meisten Geräte auf einem modifizierten Bluetooth-Stack mit einer Bitrate von 551 kbit / s einwandfrei, ohne Aussetzer oder Knistern. Diese Bitrate wäre jedoch unter normalen Umständen in normalen Bluetooth-Stacks niemals konstant.

Ändern Sie den Bluetooth-Stack
Jeder Bluetooth-Stack, der mit dem A2DP-Standard kompatibel ist, unterstützt den Zweikanalmodus, kann jedoch nicht über die Schnittstelle aktiviert werden.

Fügen wir der Schnittstelle einen Schalter hinzu! Ich habe Patches für Android 8.1 und Android 9 erstellt, die dem Stack volle Dual-Channel-Unterstützung hinzufügen, dem Moduswechselmenü in den Entwicklertools den Modus hinzufügen und Dual-Channel-SBCs so behandeln, als wären sie ein zusätzlicher Codec wie aptX, AAC oder LDAC (Android) nennt es HD Audio), indem Sie den Bluetooth-Geräteeinstellungen ein Häkchen hinzufügen.

Das MP3-Phänomen

Das MP3-Phänomen

MP3

Das MP3-Musikformat (MPEG-1 Layer 3) ist eines der weltweit am häufigsten verwendeten digitalen Audioformate. Es ist mit allen tragbaren und stationären Audiogeräten kompatibel. Im Mai 2017 kündigten die Entwickler des Formats seinen “Tod” an.

mp3

Am 23. April 2017 wurde das von Technicolor und Fraunhofer IIS lizenzierte kommerzielle Programm annulliert: Das letzte im Programm enthaltene Patent lief ab und machte das Format zum Standard im öffentlichen Bereich. Können wir sagen, dass die Tage des beliebtesten Formats gezählt sind? Die MP3-Entwicklung begann Ende der 1980er Jahre am Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen (IIS).

1987 arbeiteten die Universität Erlangen-Nürnberg und das Fraunhofer IIS gemeinsam am Projekt EU147 EUREKA Digital Audio Broadcasting (DAB). Das erste Ergebnis der Arbeit der Allianz war der LC-ATC-Codec, der es ermöglichte, Stereomusik in Echtzeit zu codieren. Der nächste Schritt war die Entwicklung eines OCF-Codierungsalgorithmus (Optimal Frequency Domain), der bereits einige Merkmale des zukünftigen MP3-Codecs aufwies. Zum ersten Mal ist es möglich, Musik in guter Qualität mit 64 kbit / s für ein Monosignal zu codieren. OCF war der Beginn des Weges zur Standardisierung von MPEG (Moving Picture Expert), einer Organisation, die für die Entwicklung und Implementierung internationaler Standards für die Komprimierung und Übertragung digitaler Video- und Audioinhalte verantwortlich ist.

1989 erhielt MPEG 14 Vorschläge zur Implementierung eines Audiokodierungsstandards, sodass die Teilnehmer aufgefordert wurden, ihre Entwicklungen zu kombinieren. Dies führte zur Entstehung von vier potenziellen Kandidaten, darunter MUSICAM vom Institut für Rundfunktechnologie IRT und Philips sowie ASPEC (Adaptive Spectral Perceptual Entropy Coding), was das Ergebnis weiterer Verbesserungen des OCF Fraunhofer IIS sowie Beiträge der Universität ist von Hannover in Zusammenarbeit mit AT & T und Thomson. Nach umfangreichen Tests schlug MPEG vor, MUSICAM und ASPEC zu kombinieren, um eine Familie von drei Codierungsmethoden zu erstellen: Stufe 1: eine Version von MUSICAM mit geringer Komplexität; Stufe 2 – MUSICAM-Codec; Level 3 (später MP3 genannt): basierend auf ASPEC.

Die technische Entwicklung des MPEG-1-Standards wurde im Dezember 1991 abgeschlossen. 1994 stellte Fraunhofer IIS den weltweit ersten MP3-Encoder L3enc vor, und 1995 akzeptierten die Fraunhofer-Forscher einstimmig “.mp3” als Dateierweiterung für MPEG Layer 3 [. 1]. Dank des im MP3-Audioformat verwendeten Komprimierungsalgorithmus wird die Größe der Daten, die für die Wiedergabe der Aufnahme erforderlich sind und die Qualität der Tonwiedergabe sicherstellen, je nach Bitrate der Aufnahme erheblich auf das 10-12-fache des Originals reduziert. Die Bitrate bezieht sich auf die Codierungs- / Decodierungsrate eines digitalen Audiostreams. Die Klangqualität verbessert sich mit zunehmender Bitrate. Das MP3-Format weist die folgenden Bitraten auf: 32 kbit / s (sehr niedrige Qualität, nur für Sprache akzeptabel), 96 kbit / s, 128 kbit / s (mittlere Qualität), 160 kbit / s, 192 kbit / s, 256 kbit / s, 320 kbit / s (höchste beste Qualität). Das Prinzip des Komprimierungsalgorithmus lautet wie folgt: Während des Komprimierungsprozesses analysieren die Audio-Codecs die Signale und konzentrieren sich dabei auf die hörbaren Fragmente, die für die spätere Wiedergabe oder Übertragung gespeichert werden.

Dies schließt Geräusche außerhalb des Wahrnehmungsbereichs des menschlichen Ohrs (20 bis 20.000 Hz) aus. Deshalb wird MP3 als verlustbehaftet bezeichnet. Es gibt drei Möglichkeiten, MP3-Dateien zu codieren: konstante Bitrate (CBR), variable Bitrate (VBR) und mittlere Bitrate (ABR). CBR ist der Standardverschlüsselungsmodus. In diesem Modus ist die Bitrate für die gesamte Datei konstant. Dies bedeutet, dass jeder Teil der MP3-Datei die gleiche Anzahl von Bits verwendet. Unabhängig von der Komplexität eines Musikstücks verwendet der Encoder dieselbe Bitrate, sodass die Qualität der endgültigen Datei variabel ist. Komplexe Teile sind von geringerer Qualität als einfachere. Der Hauptvorteil dieses Modus besteht darin, dass sich die Größe der endgültigen Dateien nicht ändert und genau vorhergesagt werden kann.

Beim Codieren im VBR-Modus wählt der Benutzer die gewünschte Qualität auf einer Skala von 9 (niedrigste Qualität, höchste Verzerrung) bis 0 (höchste Qualität / niedrigste Verzerrung). Der Codec versucht dann, eine bestimmte Qualität in der gesamten Datei beizubehalten, indem er die optimale Anzahl von Bits für jeden Teil der Audioaufzeichnung auswählt. Der Hauptvorteil ist die Möglichkeit, das zu erreichende Qualitätsniveau anzugeben. Ein wesentlicher Nachteil ist jedoch die Unvorhersehbarkeit der endgültigen Dateigröße. Im ABR-Modus stellt der Benutzer die Bitrate ein und der Encoder versucht, die durchschnittliche Bitrate konstant zu halten, während höhere Bitraten für die Teile der Musik verwendet werden, die mehr Bits benötigen. Das

Bluetooth-Probleme Teil 4

Bluetooth-Probleme Teil 4

Bluetooth

AptX ist ein beliebter Marketing-Codec

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In einem neuen Markt ist es oft nicht derjenige, der die beste Lösung gefunden hat, der zum Marktführer wird, sondern derjenige, der zuerst seine Lösung gefunden hat. Dies war der Apt-X-Codec, der in den 1980er Jahren von Professor Stephen Smith von der britischen Queen’s University entwickelt wurde, um qualitativ hochwertigen Sound schnell auf verschiedene Laptops zu übertragen und im Allgemeinen schnell Audio in hoher Qualität aufzunehmen. Anschließend wurden die Rechte an dem damaligen Apt-X von CSR gekauft, wodurch der Codec 2009 drahtlos wurde und in AptX umbenannt wurde. Nun, im Jahr 2015 hat Qualcomm dieses Unternehmen gekauft, das nun die Rechte an AptX besitzt und es freiwillig an alle verkauft.

Die Hauptidee hinter AptX ist es, Audio-CDs mit nahezu Originalqualität anzubieten. Tatsächlich sehen wir eine 4: 1-Komprimierung, dh die Bitrate betrug bis zu 352 kbps bei 16 Bit und 44,1 kHz. Daher ist hier nicht von “fast” die Rede: Die maximale verlustfreie Komprimierung überschreitet 2: 1 nicht, sodass beim Streaming von Sound mit AptX immer noch Daten verloren gehen. Aber wie stark? Wir werden weiter unten darüber sprechen.

Da AptX ein rein mathematischer Codec ist, der immer den gesamten Audiobereich bis 22 kHz abdeckt; es scheint, als sollte es besser sein als der SBC, der oft die hohen Frequenzen ausschaltet. In der Tat ist dies leider nicht der Fall. Das Grundprinzip dieses Codecs ist die Quantisierung, dh die Zuweisung einer bestimmten Anzahl von Bits für jedes Teilband: Beispielsweise werden 8 Bits verwendet, um Schall von 0 bis 5500 Hz, von 5500 bis 11000 Hz – 4 Bits, 11000 zu übertragen bis 16500 Hz und 16500 bis 22000 Hz sind 2 Bit.