Was ist Bitrate? Bitrate von Video, Audio, Internet und mehr …


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Was ist Bitrate? Bitrate von Video, Audio, Internet und mehr …

Bitrate

Wir haben das Wort Bitrate sicherlich unzählige Male gehört, wenn ein erfahrener Benutzer auf ein Video oder Audio in digitalem Format verweist, und wir haben erfahren, dass es das Element ist, das den Datenfluss definiert. Aber was genau ist Bitrate? Der Zweifel entsteht, weil dieser Parameter nicht nur in diesen Feldern verwendet wird.

Bitrate

Wie die Auflösung und das endgültige Format des digitalen Videos oder Audios ist zweifellos die Bitrate ein Parameter, der möglicherweise nicht immer vollständig berücksichtigt wird, um eine hervorragende Bild- oder Tonqualität zu erzielen. Und das gilt nicht nur für Audio oder Video. Aus diesem Grund finden wir in diesem Artikel viele Informationen, um die Bitrate vollständig zu verstehen.

Was ist die Bitrate?

Bitrate: Warum es in unserem digitalen Leben so wichtig ist
Elektronische Geräte haben Betriebsgeschwindigkeiten erreicht, die noch vor wenigen Jahren undenkbar waren. Deshalb erwarten wir heute, dass unser Gerät, sei es ein Smartphone oder Tablet, ein Computer oder eine Festplatte, sofort und ohne zu zögern auf uns reagiert. Viele und unterschiedliche Faktoren haben damit zu tun, aber einer der wichtigsten ist die Bitrate, mit der Informationen ausgetauscht oder verarbeitet werden können.

Der Begriff Bitrate, der in Computer- und Telekommunikationssystemen verwendet wird, bezieht sich im Wesentlichen auf die Anzahl von Bits, die in einer bestimmten Zeiteinheit über ein Übertragungssystem oder zwischen zwei digitalen Geräten übertragen werden können. Abhängig vom Kontext, in dem der Begriff verwendet wird, wird die Bitrate oder Bitrate in Englisch in Kbit / s oder Mbit / s, Kilobit pro Sekunde bzw. Megabit pro Sekunde gemessen.

Was ist die Bitrate?
Unabhängig von der Maßeinheit, die zur Definition der Bitrate verwendet wird, bedeuten höhere Zahlen immer bessere und qualitativ hochwertigere Werte, obwohl wir nicht vergessen dürfen, dass niedrige Bitratenwerte auch eine geringere Signalverarbeitung durch die Hardware bedeuten können, was bei Geräten wie Smartphones sehr praktisch ist , Tablets oder Netbooks.


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Bittiefe

Bittiefe

Bit depth

Um die Bittiefe (Breite) zu verstehen, betrachten wir zunächst die Bits.

Bit depth

Kurz für Binärziffer ist ein Bit eine separate Komponente eines Binärcodes, entweder 1 oder 0.

Je mehr Bits verwendet werden, desto mehr Kombinationen sind möglich. Zum Beispiel …

Wie Sie der folgenden Tabelle entnehmen können, können 16 Kombinationen aus 4 Bits erstellt werden.

4 Bits

Bei der Codierung von Informationen wird jeder Nummer ein Wert zugewiesen.

Mit zunehmender Anzahl von Bits wächst die Anzahl möglicher Werte exponentiell.

4 Bits = 16 mögliche Werte
8 Bits = 256 mögliche Werte
16 Bit = 16536 mögliche Werte
24 Bit = 16777215 mögliche Werte
Bei digitalem Audio wird jeder Wert den Amplituden der Schallwelle zugewiesen.

Je höher die Bittiefe, desto größer der Unterschied zwischen lautem und leisem Ton … und desto größer der Dynamikbereich der Aufnahme.

Als Faustregel gilt, dass sich der Dynamikbereich mit jedem “Schlag” um 6 dB erhöht.

Zum Beispiel :

4 Bits = 24 dB
8 Bit = 48 dB
16 Bit = 96 dB
24 Bit = 144 dB
Im Allgemeinen bedeutet dies … mehr Bittiefe führt zu weniger Rauschen …

Denn durch Hinzufügen von Headroom kann das gewünschte Signal in Bezug auf Rauschen deutlicher aufgezeichnet werden.

kleine und große Bohrtiefe

Weiter weg…

5. Quantisierungsfehler
Es klingt erstaunlich, dass 24-Bit-Aufnahmen fast 17 Millionen Werte enthalten, oder?

Dies ist jedoch viel weniger als die unendliche Anzahl möglicher Werte, die in einem analogen Signal existieren.

In fast allen Stichproben liegt der wahre Wert irgendwo zwischen den beiden möglichen Werten. Der Konverter rundet sie einfach auf den nächsten Wert (quantisiert).

Das Ergebnis ist eine als Quantisierungsfehler bekannte Verzerrung, die in zwei Stufen des Aufzeichnungsprozesses auftritt:

zunächst bei der Analog-Digital-Wandlung
am Ende beim Mastering
Während des Masterings werden die Abtastrate und die Bittiefe des endgültigen Titels häufig reduziert, wenn sie in das endgültige digitale Format (CD, MP3 usw.) konvertiert werden.

In diesem Fall werden einige Informationen entfernt und neu quantisiert, wodurch der Klang weiter verzerrt wird.

Um dieses Problem zu lösen, wurde Folgendes erfunden …

6. Dithering
Beim Konvertieren einer 24-Bit-Datei in eine 16-Bit-Datei wird Dithering verwendet, um den größten Teil der resultierenden Verzerrung auszublenden.

Hinzufügen von “Pseudozufallsrauschen” zum Audiosignal.

Da dieses Konzept bei der Darstellung von Ton schwer zu visualisieren ist, wird es normalerweise anhand von Bildern erklärt.

Es funktioniert so:

Wenn ein Farbfoto in Schwarzweiß konvertiert wird, wird mathematisch berechnet, welches Farbpixel schwarz und welches Pixel weiß sein soll.

Auch wie die Quantisierung digitaler Audio-Samples berechnet wird.

Wie Sie der Abbildung unten entnehmen können, sieht das obige Bild wie Scheiße aus, nicht wahr?

zögern

Aber dank Dithering …

Eine kleine Menge weißer Pixel wird versehentlich in die schwarzen Bereiche eingefügt …
Eine kleine Anzahl schwarzer Pixel gelangt versehentlich in die weißen Bereiche …
Und durch Hinzufügen dieses “pseudozufälligen Rauschens” zum Bild sieht das “Nach” -Bild viel besser aus. Das Konzept des Audio-Ditherings ist ähnlich.

Weiter weg…

7. Verzögerungszeit
Ein großer Fehler moderner digitaler Studios ist die Verzögerung, die sich im Signalfluss, insbesondere in DAWs, aufbaut.

Unter Berücksichtigung aller Berechnungen dauert es zwischen einigen Millisekunden und mehreren Millisekunden TENS, bis das Audiosignal das System verlässt.

Die Verzögerung von 0 bis 11 Millisekunden ist so kurz, dass die durchschnittliche Person sie nicht einmal bemerkt.
Mit einer Verzögerung von 11 bis 22 Millisekunden hören Sie einen nervigen Slapback, eine kurze Verzögerung, an die Sie sich erst gewöhnen müssen.
Mit einer Verzögerung von mehr als 22 Millisekunden ist es fast unmöglich, den Track mitzuspielen oder mitzusingen.
In einer typischen digitalen Signalkette gibt es 4 Stufen, die die resultierende Verzögerungszeit beeinflussen:

Analog-Digital-Wandlung
DAW-Pufferung
Komplementverzögerung
Digital-Analog-Wandlung
A / D- und D / A-Konvertierung sind die 2 kleinsten negativen Effekte, die die Latenz um maximal 5 Millisekunden verlängern.

Der Beginn des digitalen Zeitalters

Der Beginn des digitalen Zeitalters

digital audio

Binärcode

digital audio

Obwohl digitales Audio heutzutage der Standard für Musik ist …

Das war nicht immer so.

Musik existierte ursprünglich nur in Form von Schallwellen.

Mit der Entwicklung der Technologie wurden dann Möglichkeiten entdeckt, sie in andere Formate umzuwandeln, wie z.

Notenschrift
elektrische Signale in Kabeln
Radiowellen in der Atmosphäre
Anfrage auf Schallplatte
In jüngerer Zeit, im Computerzeitalter, wurde digitales Audio zum Hauptaufnahmeformat, wodurch das Kopieren und Übertragen von Songs einfach ist.

Das Gerät, das dies ermöglicht hat, heißt … Digitalkonverter.

Auch wie es funktioniert …

2. Digitalkonverter
In Aufnahmestudios gibt es digitale Konverter in zwei Versionen:

als eigenständiges Gerät in Top-Studios oder …
als Teil eines Audio-Interfaces in Heimstudios.
Um aus Ton Binärcode zu machen, benötigen sie Zehntausende von Bildern (Samples) pro Sekunde, um ein grobes Bild einer analogen Welle zu erstellen.

Dieses Bild ist nicht ganz genau, da der Konverter in den Momenten zwischen den Abtastungen raten muss, was passiert.

digitale Welle

Wie in der obigen Grafik zu sehen:

Die rote Linie zeigt ein analoges Signal und …
schwarze Linie zeigt Umwandlung …
Die Ergebnisse sind nicht ideal, aber ausreichend, um eine hervorragende Klangqualität zu erzielen.

Und der Unterschied hängt hauptsächlich von …

3. Abtastrate
Schauen Sie sich dieses Bild an:

Abtastratenschaltung

Wie man sieht …

Durch die Aufnahme von mehr Bildern pro Sekunde werden höhere Abtastraten erzielt:

Sammeln Sie mehr echte Informationen,
Verwenden Sie weniger Rätselraten,
Erstellt eine sauberere Anzeige aus einem analogen Signal
Und am Ende erhalten Sie die beste Klangqualität.

Lassen Sie uns nun über bestimmte Zahlen sprechen:

Standard-Sampleraten für professionelles Audio:

44,1 kHz (CD)
48 kHz
88,2 kHz
96 kHz
192 kHz
44,1 kHz ist die minimale Abtastrate aufgrund eines mathematischen Prinzips, das als …

Kotelnikovs Theorem (Nyquist-Shannon)
Um digitales Audio genau aufzuzeichnen, müssen Konverter das gesamte Spektrum des menschlichen Gehörs zwischen 20 Hz und 20 kHz erfassen.

Nach dem Satz von Kotelnikov …

Das Erfassen einer bestimmten Frequenz erfordert mindestens 2 Abtastwerte pro Zyklus … um sowohl den Hoch- als auch den Tiefpunkt einer Welle zu messen.

Dies bedeutet, dass eine Abtastrate von 40 kHz oder mehr erforderlich ist, um Frequenzen bis zu 20 kHz aufzuzeichnen. Daher ist die Abtastfrequenz von CDs mit 44,1 kHz etwas höher.

Kotelnikovs Theorem

Nachteile einer hohen Abtastrate
Je höher die Abtastrate, desto höher die Klangqualität … aber das passiert einfach nicht.

Die Nachteile sind:

Benötigt viel Rechenleistung
Weniger Hinweise
Große Audiodateien
Dies ist also eine ständige Suche nach einem Kompromiss. Professionelle Studios finden es einfacher, mit hohen Abtastraten umzugehen, da sie über die beste Ausrüstung verfügen.

Für die meisten Heimstudios ist jedoch die Standard-Abtastrate von 48 kHz angemessen.

Lärm – Teil 4

Lärm – Teil 4

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Zusammenfassend und vereinfacht geschieht Folgendes. Ein PCM-Datenstrom wird über den I2S-Anschluss dem DAC-Eingang zugeführt, Oversampling wird hinzugefügt, Dithering, und dann wird der Strom an einen Rauschformungsdecoder gesendet. Am Ende wird ein Ein-Bit-Strom gebildet, der durch ein analoges Tiefpassfilter läuft, wo das endgültige Audiosignal, das wir hören, bereits erhalten wird.

recording digital audio

Ein Multi-Bit-DAC ist komplexer: Zusätzlich zu den oben genannten verwendet er auch die DEM-Technologie.

WWW
Wenn Sie die Details verstehen möchten, lesen Sie bitte die Materialien in den Links. Es gibt Informationen nicht nur über Sigma-Delta-DAC, sondern auch über Sigma-Delta-ADC.

Artikel zur Delta-Sigma-Modulation auf microsin.net
Anmerkungen aus E. I. Vologdins Vortrag über Sigma-Delta-Modulation
Moderne Digital-Analog-Wandler sind komplexe Geräte. Die Verwendung dieser Technologien ist jedoch erforderlich, um den Dynamikbereich künstlich zu erweitern, und sie werden im Allgemeinen verwendet, um die Einschränkungen der CDDA- und MP3-Formate zu überwinden. Wenn die Aufzeichnungen ursprünglich in hochauflösendem PCM (192 × 24) oder besser im DSD-Format veröffentlicht würden, gäbe es nicht so viele Technologien und komplexe digitale Transformationen. Bei DSD ist eine Störung des quantisierten Signals zumindest während der Wiedergabe überhaupt nicht erforderlich.

Fazit
Die Entwicklung der Aufnahme und Wiedergabe im digitalen Zeitalter war herausfordernd und mühsam. Mit der Erfindung der CD hörte analoges Audio in nur wenigen Jahrzehnten praktisch auf zu existieren. Gut oder schlecht: Jeder entscheidet für sich selbst, aber ich möchte die Möglichkeit, zu bleiben. Wenn es nicht zwischen digital und analog liegt, zumindest wie und mit welcher Qualität Sie Ihre Lieblingsmusik hören können. Leider gibt es jetzt kaum noch eine andere Option. Abgesehen von Crawler-Enthusiasten veröffentlichen heutzutage nur wenige Leute hochauflösende Musik. Der einzige Fehler hierfür sind die Aufnahmestudios, die beschlossen haben, sich auf ein einziges Format zu beschränken: CDDA.

Alles was übrig bleibt ist mit den Musikern zu sympathisieren! Wie viel Mühe und Zeit sie in das Erstellen von Musik investieren, aber ihre Arbeit ist nicht einmal in anständiger Qualität erhalten. Die Lösung wäre, auf dem Masterband oder zumindest auf DSD aufzunehmen. Die Aufnahmestudios verschwenden jedoch keinen zusätzlichen Aufwand, da sie mit der aktuellen Situation (PDM) zufrieden sind.