March 2022 – Page 8

Audiokodierungsformat Teil 2

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Audiokodierungsformat Teil 2

audio encoding

1950 meldete Bell Labs ein Patent für die Differential Pulse Code Modulation (DPCM) an. 1973 führten P. Cummiskey, Nikil S. Jayant und James L. Flanagan von Bell Labs Adaptive DPCM (ADPCM) ein.

AUDIO ENCODING

Wahrnehmungscodierung wurde zuerst für die Sprachcodierungskomprimierung mit linearer prädiktiver Codierung (LPC) verwendet. Das ursprüngliche Konzept von LPC geht auf die Arbeit von Fumitada Itakura (Nagoya University) und Saito Saito (Telegraph and Telephone in Japan) im Jahr 1966 zurück. In den 1970er Jahren entwickelten Bishnu S. Atal und Manfred R. Schroeder von Bell Labs eine Form von Adaptive Predictive Coding (APC) namens LPC, ein Wahrnehmungscodierungsalgorithmus, der die Maskierungseigenschaften des menschlichen Ohrs ausnutzte, und später, 1980, erschien Anfang der 1990er Jahre der Code Excited Linear Prediction (CELP)-Algorithmus, der zu dieser Zeit bemerkenswerte Komprimierungsraten erreichte . Wahrnehmungskodierung wird von modernen Audiokomprimierungsformaten wie MP3 und AAC verwendet.

Discrete Cosine Transform (DCT) von Nasir Ahmed, T. 1974 von Natarajan und KR Rao entwickelt, bildet die Grundlage für die Modified Discrete Cosine Transform (MDCT), die von modernen Audiokomprimierungsformaten wie MP3 und AAC verwendet wird. TCMD von JP Princen, A. W. Johnson und AB Bradley im Jahr 1987, nach früheren Arbeiten von Princen und Bradley im Jahr 1986. MDCT wird von modernen Audiokomprimierungsformaten wie Dolby Digital, MP3 und Advanced Audio Coding (AAC) verwendet.

Liste verlustbehafteter Formate
Allgemeines
Audio Coding Standard Basic Compression Algorithm Abkürzung stellen Marktanteil vor (2019) Siehe
Modifizierte diskrete Kosinustransformation (MDCT) Dolby Digital (AC-3) AC3 1991 58 %
ATRAC 1992 Unbekannte Adaptive Transformation Vocoding
MPEG Layer 3 MP3 1993 49 %
Erweiterte Audiocodierung (MPEG-2/MPEG-4) CAA 1997 88 %
Windows Media Audio WMA 1999 unbekannt
Ogg Vorbis Auger 2000 7%
Celtic Restricted Power Overlay Transformation 2011 gilt nicht
Arbeit Arbeit 2012 8%
Digital-Analog-Wandler Digital-Analog-Wandler 2015 unbekannt
Adaptive Differential Pulse Code Modulation (ADPCM) aptX / aptX-HD aptX 1989 unbekannt
DTS digitales Kinosystem 1990 14 %
Master of Quality Zertifizierung Quality Management Association 2014 unbekannt
Subband Coding (SBC) Audio Layer MPEG-1 II MP2 1993 unbekannt
Musepack MPC 1997
Gespräche
Weitere Informationen: Sprachcodierung
Lineare prädiktive Codierung (LPC)
Adaptive prädiktive Codierung (APC)
Codeerregte lineare Vorhersage (CELP)
Algebraischer Code Excited Linear Prediction (ACELP)
Relaxationscode Excited Linear Prediction (RCELP)
CELP mit niedriger Latenz (LD-CELP)
Adaptiver Multitarif (für GSM und 3GPP)
Codec2 (berühmt für fehlende Patentbeschränkungen)
Speex (berühmt für fehlende Patentbeschränkungen)
Modifizierte diskrete Kosinustransformation (MDCT)
AAC-LD
Constrained Energy Superposition Transformation (CELT)
Opus (hauptsächlich für Echtzeitanwendungen)

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Audiokodierungsformat

Audio Encoding

Vergleich der Kodierungseffizienz gängiger Audioformate.

audio encoding

Ein Audiocodierungsformat (oder manchmal ein Audiokomprimierungsformat) ist ein Inhaltsdarstellungsformat, das verwendet wird, um digitales Audio zu speichern oder zu übertragen, wie beispielsweise in digitalem Fernsehen, digitalem Radio und Audio- und Videodateien. Beispiele für Audiocodierungsformate sind MP3, AAC, Vorbis, FLAC und Opus. Eine bestimmte Software- oder Hardwareimplementierung, die in der Lage ist, Audio in einem bestimmten Audiocodierungsformat zu komprimieren und zu dekomprimieren, wird als Audiocodec bezeichnet. Ein Beispiel für einen Audio-Codec ist LAME, einer von mehreren verschiedenen Codecs, die die Audiocodierung und -decodierung in der Formatierung von MP3-Audiocodierungssoftware implementieren.

Bestimmte Audiocodierungsformate werden durch detaillierte technische Spezifikationsdokumente definiert, die als Audiocodierungsspezifikationen bekannt sind. Einige dieser Spezifikationen wurden von Standardisierungsgremien als technische Standards geschrieben und genehmigt und werden daher als Audiocodierungsstandards bezeichnet. Der Begriff “Standard” wird manchmal auch dafür verwendet, dass es sich um Normen und formale Standards handelt.

Audioinhalte, die in einem bestimmten Audiocodierungsformat codiert sind, werden normalerweise in einem Containerformat eingekapselt. Anstelle von rohen AAC-Dateien haben Benutzer also oft .m4a-Audiodateien, bei denen es sich um MPEG-4 Part 14-Container handelt, die AAC-codiertes Audio enthalten. Der Container enthält auch Metadaten wie Titel und andere Tags und möglicherweise einen Index für schnelle Suchen. Eine bemerkenswerte Ausnahme sind MP3-Dateien, bei denen es sich um rohe Audiocodierungen handelt und die kein Containerformat haben. Der De-facto-Standard für das Hinzufügen von Metadaten-Tags wie Titel und Interpret zu MP3s als ID3s ist ein Hack, der funktioniert, indem er das Tag zum MP3 hinzufügt und sich dann darauf verlässt, dass der MP3-Player die Schnipsel als fehlerhafte Audiokodierung erkennt, also überspringe den Block. In einem Video mit Audiodatei ist der codierte Audioinhalt mit dem Video (im videocodierten Format) innerhalb des Mediencontainerformats enthalten.

Ein Audiocodierungsformat gibt nicht alle Algorithmen an, die von den Codecs verwendet werden, die das Format implementieren. Laut psychoakustischen Modellen besteht ein wichtiger Teil der Funktionsweise der verlustbehafteten Audiokomprimierung darin, Daten auf eine Weise zu entfernen, die Menschen nicht hören können. Der Encoder-Implementierer kann frei wählen, welche Daten entfernt werden sollen (abhängig von seinem psychoakustischen Modell).

Verlustfreie Audiocodierungsformate reduzieren die Gesamtdaten, die zur Darstellung des Tons erforderlich sind, können ihn jedoch in seine ursprüngliche unkomprimierte Form zurückdecodieren. Verlustbehaftete Audiocodierungsformate reduzieren zusätzlich zur Komprimierung auch die Bitauflösung des Tons, was zu viel weniger Daten führt, jedoch auf Kosten eines unwiederbringlichen Informationsverlusts.

Consumer-Audio wird häufig mit verlustbehafteten Audio-Codecs komprimiert, da kleinere Größen einfacher zu verteilen sind. Die am weitesten verbreiteten Audiocodierungsformate sind MP3 und Advanced Audio Coding (AAC), die beide verlustbehaftete Formate sind, die auf modifizierter diskreter Cosinustransformation (MDCT) und perzeptiven Codierungsalgorithmen basieren.

Verlustfreie Audiocodierungsformate wie FLAC und Apple Lossless sind manchmal verfügbar, jedoch auf Kosten größerer Dateien.

Manchmal werden auch unkomprimierte Audioformate wie Pulscodemodulation (PCM oder .wav) verwendet. PCM ist das Standardformat für Compact Disc Digital Audio (CDDA), und nach der Einführung von MP3 wurde die verlustbehaftete Komprimierung schließlich zum Standard.

Audiokodierung Teil 9

Eigenschaften: Die Leistung der Klangqualität bei niedriger Bitrate ist schwer zu übertreffen.

Anwendbar für: Einrichtung digitaler Radiosender, Online-Hören, Musikgenuss mit geringen Anforderungen.
mp3PRO
Als erweiterte Version von mp3 zeigt mp3PRO eine ziemlich gute Qualität mit vollen Höhen. Obwohl mp3PRO während der Wiedergabe über die SBR-Technologie eingefügt wird, ist das tatsächliche Hörerlebnis recht gut. Obwohl es etwas dünn erscheint, sind Sie bereits in der Welt von 64 kbps. Es gibt keinen Konkurrenten, sogar mehr als 128 kbps mp3, aber leider ist die Niederfrequenzleistung von mp3PRO genauso kaputt wie bei mp3, glücklicherweise kann die Hochfrequenzinterpolation von SBR dieses Manko mehr oder weniger ausgleichen, sodass die Schwäche von mp3PRO bei niedrigen Frequenzen nicht so offensichtlich ist wie die von WMA. Sie können es tief spüren, wenn Sie den PRO-Schalter des RCA mp3PRO Audio Players verwenden, um zwischen dem PRO-Modus und dem normalen Modus zu wechseln. Generell erreicht die 64kbps mp3PRO das klangliche Niveau der 128kbps mp3 und gewinnt leicht im Hochtonbereich.
Eigenschaften: Der König der Klangqualität bei niedrigen Bitraten.
Anwendbar für: Musikgenuss mit geringen Anforderungen.
BRÖTCHEN
Eine aufstrebende verlustfreie Audiocodierung, die eine Komprimierungsrate von 50–70 % bieten kann. Im Vergleich zur verlustbehafteten Codierung zwar nicht der Rede wert, aber für Freunde, die nach perfekter Klangqualität suchen, eine Wohltat. APE kann wirklich verlustfrei sein, nicht nur ohne Ton, sondern auch mit besserer Komprimierung als ähnliche verlustfreie Formate.
Eigenschaften: Die Tonqualität ist sehr gut.
Geeignet für: Die Wertschätzung und Sammlung von Musik höchster Qualität.
Vergleich der Übertragungs-Audiocodierungstechnologie
Unterteilt nach Wellenformcodierung, parametrische Codierung und Hybridcodierung werden einige typische Codierungsverfahren hinsichtlich Codierungsrate (Coderate), Sprachqualität und Anwendungsgebiete verglichen; Weitere Einzelheiten finden Sie in der folgenden Tabelle.
Tabelle 1 Vergleich typischer Audiokodiertechniken
Kodiertechnik
Algorithmus
Kodierungsstandard
Bitrate (kbit/s)
Qualität
Zielfernrohr
Signalkodierung
PCM
G.711
64
4.3
Festnetz, ISDN
ADPCM
G.721
32
4.1
–
SB-ADPCM
G.722
64/56/48
4.5
–
Parameterkodierung
LPC
–
2.4
2.5
vertrauliche Stimme
hybride Kodierung
ECLAC
–
4.8
3.2
–
VSELPC
FAMILIE
8
3.8
Mobilkommunikation, Voicemail
LTP-RPE
GSM
13.2
3.8
–
LD-CELP
G.728
16
4.1
ISDN
MPE
MPE
128
5.0
CD
Hinweis: Es gibt fünf Stufen der Qualitätsbewertung (1, 2, 3, 4, 5), von denen 5,0 die höchste Bewertung ist.
Die vollständigen chinesischen und englischen Namen verschiedener Algorithmen und Abkürzungen in den Anwendungsfeldern in der obigen Tabelle finden Sie in der folgenden Beschreibung.
PCM: Pulscodemodulation, Pulscodemodulation.
ADPCM: Adaptive differentielle Pulscodemodulation, adaptive differentielle Pulscodemodulation.
SB-ADPCM: Teilband-adaptive Differential-Pulscode-Modulation, Teilband-adaptive Differential-Pulscode-Modulation.
LPC: Lineare prädiktive Codierung, lineare prädiktive Codierung.
CELPC: Codeerregte lineare prädiktive Codierung, Codeerregte lineare prädiktive Codierung.
VSELPC: Vektorsummenerregte lineare prädiktive Codierung, Vektorsummenerregte lineare prädiktive Codierung.
RPE-LTP: Regular Pulse Excited-Long Term Prädiktive Langzeitvorhersage der regelmäßigen Pulserregung.
LD-CELP: codeerregte lineare Prädiktion mit geringer Verzögerung, codeerregte lineare Prädiktion mit geringer Verzögerung.
MPE: Mehrfachpulserregung, Mehrfachpulserregung.
PSTN: Public Switched Telephone Network, öffentliches Telefonnetz.
ISDN: Digitalnetz für integrierte Dienste, Digitalnetz für integrierte Dienste.

Audiocodierung Teil 8

MP3

MP3 hat ein gutes Komprimierungsverhältnis, und das von LAME codierte mp3 mit mittlerer und hoher Bitrate kommt der WAV-Quelldatei im Hörsinn sehr nahe. Mit den richtigen Parametern eignet sich LAME-kodiertes MP3 sehr gut zum Musikhören. Da es MP3 schon lange gibt, nutzen viele Spiele neben der guten Tonqualität und Komprimierungsrate MP3 auch für Event-Soundeffekte und Hintergrundmusik. Fast alle bekannten Audiobearbeitungsprogramme unterstützen auch MP3, man kann mp3 als wav verwenden, aber da die mp3-Kodierung verlustbehaftet ist, nimmt nach mehreren Bearbeitungen die Tonqualität drastisch ab, mp3 eignet sich nicht zum Speichern von Material, aber die Demonstration als Arbeit ist eigentlich ganz ausgezeichnet. Die lange Geschichte und die gute Klangqualität von mp3 machen es zu einem der am weitesten verbreiteten verlustbehafteten Codecs. Im Internet sind viele MP3-Ressourcen zu finden, und der MP3-Player ist Tag für Tag zu einem Trend geworden. Viele VCD-Player, DVD-Player und sogar Mobiltelefone können mp3 abspielen, und mp3 ist eine der am besten unterstützten Codierungen. MP3 ist auch nicht perfekt und funktioniert nicht gut bei niedrigeren Bitraten. MP3 hat auch die grundlegenden Funktionen von Streaming-Medien und kann online abgespielt werden.
Eigenschaften: gute Klangqualität, hohe Komprimierungsrate, kompatibel mit einer großen Anzahl von Software und Hardware und weit verbreitet.
Anwendbar für: Geeignet für Musikgenuss mit relativ hohen Anforderungen.
OGG
Ogg ist ein sehr vielversprechender Codec, der bei verschiedenen Bitraten überraschend gut funktioniert, insbesondere bei mittleren und niedrigen Bitraten. Neben guter Klangqualität ist Ogg auch ein völlig kostenloser Codec, der die Grundlage für weitere Kompatibilität mit ogg legt. OGG hat einen sehr guten Algorithmus, der eine bessere Klangqualität mit geringerer Bitrate haben kann, und 128 kbps OGG ist besser als 192 kbps oder sogar höheres MP3. Die Höhen von OGG haben eine gewisse Frostigkeit, so dass der OGG-Fehler aufgedeckt wird, wenn einige Musikinstrumente mit Hochfrequenzanforderungen kodiert werden. OGG verfügt über die Grundfunktionen von Streaming-Medien, es gibt jedoch keine Unterstützung für Mediendienstsoftware, sodass kein ogg-basiertes digitales Streaming möglich ist. Die aktuelle Support-Situation von Ogg ist nicht gut genug, weder Software noch Hardware, es kann nicht mit mp3 verglichen werden.
Eigenschaften: Es kann eine bessere Klangqualität als mp3 mit einer niedrigeren Bitrate als mp3 erreichen und hat eine gute Leistung bei hohen, mittleren und niedrigen Bitraten.
Geeignet für: Bessere Klangqualität bei weniger Speicherplatz (im Vergleich zu MP3).
MPC
Genau wie OGG sind auch die Konkurrenten von MPC mp3. Bei mittleren und hohen Bitraten kann MPC eine bessere Klangqualität erreichen als die Konkurrenz. Bei mittleren Bitraten ist die Leistung von MPC der von Ogg nicht unterlegen. Bei hohen Bitraten ist die MPC-Leistung sogar noch höher. Kaum zu schlagen. Der Klangqualitätsvorteil von MPC spiegelt sich hauptsächlich im Hochfrequenzteil wider. Die hohe Frequenz von MPC ist viel empfindlicher als die von MP3 und schmeckt nicht wie Oggs Eiswürfel. Es ist derzeit die am besten geeignete verlustbehaftete Codierung für Musikgenuss. Da es sich, ähnlich wie bei der Ogg-Begegnung, alles um entstehenden Code handelt, fehlt ihnen auch umfangreiche Software- und Hardwareunterstützung. MPC hat eine gute Codierungseffizienz und die Codierungszeit ist viel kürzer als bei OGG und LAME.
Eigenschaften: Bei mittleren und hohen Bitraten hat es die beste Klangqualitätsleistung bei verlustbehafteter Codierung und bei hohen Bitraten eine hervorragende Hochfrequenzleistung.
Ideal für: Musikhören in bester Klangqualität und dabei viel Platz sparen.
WMA
WMA, das von Microsoft entwickelt wurde, wird auch von vielen Freunden geliebt. Bei niedriger Bitrate hat es eine viel bessere Klangqualität als mp3. Das Erscheinen von WMA beseitigte sofort die einst beliebte VQF-Codierung. WMA mit Microsoft-Hintergrund hat eine gute Software- und Hardwareunterstützung, Windows Media Player kann WMA abspielen und auch digitale Radiosender hören, die auf der WMA-Verschlüsselungstechnologie basieren. Da der Player auf fast jedem PC vorhanden ist, nutzen immer mehr Musikseiten gerne WMA als erste Wahl für das Online-Hören. Neben der guten Unterstützungsumgebung hat WMA auch eine sehr gute Leistung unter der Bitrate von 64-128 Kbps.Obwohl viele Freunde mit höheren Anforderungen nicht zufrieden sind, haben mehr Freunde mit niedrigen Anforderungen diese Kodierung akzeptiert, und WMA ist sehr gut. . Schnell populär gemacht.