Digitale Toncodierung


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Digitale Toncodierung

Digital audio

Die Entwicklung von Verfahren zum Codieren von Audioinformationen sowie von bewegten Bildern (Animationen und Videoaufzeichnungen) erfolgte mit einer Verzögerung im Vergleich zu den oben diskutierten Informationstypen.

Digital Audio

Ein Computer ist ein digitales Gerät, dh ein elektronisches Gerät, bei dem ein diskretes Signal das Betriebssignal ist. Heutige Computer arbeiten mit diskreten Signalen, die Binärwerte tragen, die üblicherweise als “Ja” und “Nein” bezeichnet werden (auf der elektrischen Ebene: 0 Volt und V Volt für einen Wert ungleich Null von V). Mit einem einstufigen Binärsignal können Sie Informationen über eine von zwei Positionen übertragen: 0 (“Ja”) oder 1 (“Nein”). Mit N Binärsignalen in einem Schritt können Sie Informationen über eine von 2 N Positionen übertragen (2 N ist die Anzahl der Kombinationen von Nullen und Einsen für N Signale). Das Zusammenspiel aller Blöcke, aus denen ein Computer besteht, erfolgt durch den gleichzeitigen Austausch und die gleichzeitige Verarbeitung eines oder mehrerer Binärsignale. Sie sind alle Steuercodes sowie die Informationen, die selbst verarbeitet werden, alles wird auf dem Computer in Form von Zahlen dargestellt. Aus diesem Grund werden Audiosignale in digitalen Geräten auch als Zahlen dargestellt.

Wie können Sie also ein analoges Audiosignal in digitaler Form beschreiben? Ein reales Audiosignal ist eine komplexe Wellenform, eine bestimmte komplexe Abhängigkeit der Amplitude einer Schallwelle in der Zeit. In Fig. 2 ist ein Graph einer realen Schallwelle dargestellt.

Für die Computerverarbeitung muss ein analoges Signal irgendwie in eine Folge von Binärzahlen umgewandelt werden. Gehen wir wie folgt vor. Wir werden die Spannung in regelmäßigen Abständen messen und die erhaltenen Werte in den Computerspeicher schreiben. Dieser Vorgang wird als Abtastung (oder Digitalisierung) bezeichnet.

Die Umwandlung eines analogen Audiosignals in ein digitales wird als Analog-Digital-Umwandlung oder Digitalisierung bezeichnet. Der Prozess dieser Transformation besteht aus:

Messungen der Amplitude eines analogen Signals mit einem bestimmten Zeitintervall durchführen: Abtastung,

anschließende Aufzeichnung der in numerischer Form erhaltenen Amplitudenwerte – Quantifizierung.

Der Zeitabtastprozess ist der Prozess des Erhaltens der Momentanwerte eines analogen Signals, das in einen bestimmten Zeitschritt umgewandelt wird, der als Abtastschritt bezeichnet wird.

Je höher die Abtastrate (dh die Anzahl der Abtastungen pro Sekunde) und je mehr Ziffern jedem Abtastwert zugewiesen sind, desto genauer wird der Klang dargestellt. Dies erhöht aber auch die Größe der Audiodatei. Abhängig von der Art des Klangs, den Anforderungen an seine Qualität und der Menge des belegten Speichers werden daher einige Kompromisswerte ausgewählt.

Die Anzahl der in einer Sekunde durchgeführten Signalmessungen wird als Abtastrate oder Abtastrate oder Abtastrate (aus dem Englischen “Abtastung”) bezeichnet. Je kleiner der Abtastschritt ist, desto höher ist natürlich die Abtastfrequenz (dh häufiger Amplitudenwerte) und desto genauer wird das Signal dargestellt, das wir erhalten.

Das menschliche Ohr bemerkt die Abstufung des empfangenen Signals nicht. Hier kann die folgende Analogie gezogen werden. Jede Person schaute sich Filme im Kino an und vor ihren Augen auf dem Bildschirm gab es eine kontinuierliche und flüssige Aktion. Tatsächlich ist ein Filmstreifen eine Reihe von Standbildern und diskreten Bildern, die sich mit einer hohen Geschwindigkeit von 24 Bildern pro Sekunde bewegen . Da menschliche Augen durch eine gewisse Trägheit gekennzeichnet sind, sind sie leicht zu täuschen, was die Filmemacher äußerst geschickt einsetzen. Unsere Ohren sind auch etwas unvollkommen und können auf diese Weise ausgetrickst werden, indem sie ein kontinuierliches analoges Signal als eine Folge sich schnell ändernder momentaner Spannungswerte darstellen. Im Gegensatz zu einem Filmstreifen erfolgt das Ändern des “Soundframes” jedoch tausendfach schneller.

Um nun jeden einzelnen Amplitudenwert aufzuzeichnen, muss er auf den nächsten Quantisierungspegel gerundet werden. Dieser Vorgang wird als Amplitudenquantisierung bezeichnet. Formal ausgedrückt ist die Amplitudenquantisierung der Vorgang, bei dem die tatsächlichen (gemessenen) Werte der Signalamplitude durch Werte ersetzt werden, die sich mit einer gewissen Genauigkeit annähern. Jeder der 2 N möglichen Pegel wird als Quantisierungspegel bezeichnet, und der Abstand zwischen den beiden nächstgelegenen Quantisierungspegeln wird als Quantisierungsschritt bezeichnet. Die Quantisierung von Signalwerten führt zu zusätzlichen Interferenzen im Signalspektrum, die als Quantisierungsrauschen oder Teilungsrauschen bezeichnet werden. Quantisierungsrauschen (Fehler) bezieht sich auf das Signal, das den Unterschied zwischen den Signalen ausmacht rekonstruierte Original- und digitale Audiospuren. Diese Differenz ergibt sich aus der Rundung der gemessenen Signalwerte.


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Methoden zum Komprimieren von digitalem Audio.

Methoden zum Komprimieren von digitalem Audio.

Audio Encoding

Methoden zur Informationskomprimierung bei der Arbeit mit Sound.

Audio Encoding

Je größer die Speicherkapazität der WT-Karte ist, desto realistischer ist der Klang (da mehr Samples im Speicher gespeichert sind, werden sie mit einer höheren Auflösung aufgenommen). Der allgemeine MIDI-Standard beschreibt mehr als 200 Instrumente. Zum Speichern Ihrer Sound-Samples (Tabellen) sind mindestens 8 MB Speicher erforderlich (mindestens 20 KB für jedes Sample).

Bekannte WF-Methode (Wave Form) zur Klangerzeugung, basierend auf der Umwandlung von Klängen in komplexe mathematische Formeln und der anschließenden Anwendung dieser Formeln zur Steuerung eines leistungsstarken Prozessors zur Wiedergabe des Klangs; Erwarten Sie von der WF-Synthese eine noch bessere Realität (im Vergleich zu FM- und WT-Technologien) von Musikinstrumenten, die mit begrenzten Volumina von Audiodateien spielen.

Um den Datenfluss zu reduzieren, werden andere analoge (Nicht-PCM-) Codierungsmethoden verwendet. Beispielsweise ist bekannt, dass eine Codierungstechnik, die auf bekannten Eigenschaften eines analogen Signals basiert, die gespeicherte Datenmenge signifikant reduziert; mit dem sogenannten -T wird die Codierung des analogen Signals in einen digitalen Code umgewandelt, der durch den Logarithmus der Größe des Signals (und nicht durch seine lineare Transformation) bestimmt wird. Der Nachteil dieses Verfahrens ist die Notwendigkeit, a priori Informationen über die Eigenschaften des ursprünglichen Signals zu haben.

Es sind Umwandlungsmethoden bekannt, die keine A-priori-Informationen über das ursprüngliche Signal erfordern. Wenn die Differenzialpulscodemodulation (DPCM, Differentialpulscodemodulation) die Einzelsignaldifferenz zwischen aktuellen und vorherigen Pegeln beibehält (die Differenz erfordert eine digitale Darstellung von weniger Bits als dem vollen Amplitudenwert). Bei der Delta-Modulation (DM, Delta-Modulation) besteht jeder Abtastwert aus einem einzelnen Bit, das das Vorzeichen der Änderung des ursprünglichen Signals bestimmt (Zunahme oder Abnahme); Die Delta-Modulation erfordert eine höhere Abtastrate. Bei differenziellen PCM-Technologien häufen sich Fehler im Laufe der Zeit. Daher werden spezielle Maßnahmen ergriffen, um den ADC regelmäßig zu kalibrieren.

Am häufigsten wird bei der Aufnahme von empfangenem Audio die adaptive Pulscodemodulation (ADPCM, Adaptive Pulscodemodulation) verwendet, bei der die Differenzsignale mit 8- oder 4-Bit-Codierung versehen werden. Die Technologie wurde erstmals von Creative Labs angewendet und bietet eine Datenkomprimierung von bis zu 4: 1.

Es werden jedoch häufig andere Komprimierungs- / Dekomprimierungsmethoden für Audioinformationen (Software) verwendet. Am beliebtesten ist in letzter Zeit das MP3-Format, das vom Fraunhofer IIS (Fraunhofer-Institut Integrierte Schaltungen, www.iis.fhg.de) und von THOMSON (die vollständige Spezifikation des MP3-Formats wird auf der Website www.mp3tech.org veröffentlicht) entwickelt wurde ). Der vollständige Name des MP3-Standards klingt wie MPEG-Audio Layer-3 (wobei MPEG die Essenz der Expertengruppe für bewegte Bilder ist, nicht zu verwechseln mit dem MPEG-3-Standard, der für die Verwendung in hochauflösendem Fernsehen entwickelt wurde).

Die MP3-Codierung von Daten erfolgt durch Zuweisung unabhängiger unabhängiger Datenblöcke: Frames. Zu diesem Zweck wird das ursprüngliche Signal während der Codierung in Teile gleicher Länge unterteilt, die als Frames bezeichnet werden, und separat codiert (um die Datenmenge weiter zu reduzieren, wird die Komprimierung unter Verwendung des Huffman-Algorithmus angewendet). Beim Decodieren wird das Signal aus einer Folge von decodierten Rahmen gebildet. Der Codierungsprozess nimmt viel Zeit in Anspruch. Die Dekodierung (während der Wiedergabe) erfolgt im laufenden Betrieb.

Das MP3-Format bietet die beste Klangqualität bei kleinster Dateigröße. Dies wird erreicht, indem die Besonderheiten des menschlichen Gehörs berücksichtigt werden, einschließlich des Effekts, ein schwaches Signal aus einem Frequenzbereich mit einem stärkeren Signal aus einem benachbarten Bereich (wenn es auftritt) oder ein starkes Signal aus dem vorherigen Rahmen zu maskieren, was a verursacht vorübergehende Abnahme der Empfindlichkeit des Ohrs gegenüber dem Signal des aktuellen Rahmens (mit anderen Worten, kleinere Geräusche werden eliminiert, die vom menschlichen Ohr aufgrund des Vorhandenseins eines anderen – lauteren Tons in diesem / vorherigen Moment nicht gehört werden). Es berücksichtigt auch die Unfähigkeit der meisten Menschen, Signale zu unterscheiden, die unter einem bestimmten Leistungspegel liegen und für verschiedene Frequenzbereiche unterschiedlich sind. Dieser Prozess wird als adaptive Codierung bezeichnet und speichert zumindest fundierte Details, die aus Sicht der menschlichen Wahrnehmung von Bedeutung sind. Das Komprimierungsverhältnis (daher die Qualität) wird nicht durch das MP3-Format bestimmt, sondern durch die Breite des Datenstroms während der Codierung.

Audiokodierung und -verarbeitung. Audiokodierung

Audiokodierung und -verarbeitung. Audiokodierung

Audio encoding

Es gibt drei Haupttypen von Audio-Ziffern:

lossless & lossy audio encoding

Format – keine Komprimierung;
Format (verlustbehaftet) – verlustbehaftete Komprimierung;
Format (verlustfrei): verlustfreie Komprimierung.
Verlustbehaftete Komprimierung: Technologie, bei der die codierte Datei im Vergleich zum Original erheblich reduziert wird, da Informationen entfernt werden, die vom menschlichen Ohr nicht wahrgenommen werden.

Der Nachteil dieser Technologie ist die Tatsache, dass die komprimierte Datei niemals mit dem Original identisch sein wird.

Verlustfrei – Verlustfreie komprimierte Audioformate, einschließlich:

FLAC (Free Lossless Audio Codec)
APE (Mono-Audio)
WV (WavPack)
Diese Formate können CDs unter Beibehaltung der Qualität in digitale Formate konvertieren. Als Beispiel können Sie eine CD nehmen, sie in WAV konvertieren, dann WAV in FLAC, dann von FLAC in WAV zurückkehren und sie dann auf eine leere CD brennen, und Sie haben eine absolut identische Kopie Ihrer Quelle.

Welches Format klingt die Musik mit der besten Qualität?
Am beliebtesten ist das verlustfreie FLAC-Format, und eines der am häufigsten verwendeten Konvertierungsprogramme von CD zu FLAC ist EAC (Exact Audio Copy).

Von allen Parametern des digitalen Audios müssen zunächst die folgenden Indikatoren beachtet werden:

Abtastrate (Genauigkeit der zeitlichen Digitalisierung eines analogen Signals),
Bitrate (die Menge an Informationen, die in der Datei in einer Sekunde enthalten sind).

Die Abtastrate ist die Frequenz, mit der digitales Audio verarbeitet wird. Die häufigste Abtastrate für hochwertige Audioformate beträgt 44,1 kHz.

Es ist allgemein anerkannt, dass eine hohe Bitrate die beste Qualität garantiert; Dies ist wahr, aber nur, wenn die Quelldatei von guter Qualität ist. Ein MP3 mit hoher Qualität sollte eine Bitrate von 320 kbps haben, ein FLAC-Format mit hoher Qualität hat jedoch im Allgemeinen eine Bitrate von 900 kbps oder mehr.

Was ist das beste Musikformat?
Zusätzlich zu den Audioformaten selbst werden für einen hochwertigen Musikklang auch hochwertige Wiedergabegeräte benötigt: Lautsprecher, Verstärker, Kopfhörer. Mit anderen Worten, wenn Sie billige Desktop-Lautsprecher und Kopfhörer verwenden, können Sie den Klang von hoher Qualität nicht vollständig genießen und das volle Potenzial verlustfreier Formate freisetzen.

Ohne auf technische Details einzugehen, können die folgenden Formate empfohlen werden:

Für das Hören zu Hause empfehle ich meiner Meinung nach das beste FLAC-Format. Für einen Audio-Player ist das MP3-Format mit einer Bitrate von mindestens 320 kbps eine gute Lösung. Persönlich verwende ich das FLAC-Format nur auf allen Geräten, da Sie aufgrund des Volumens der microSD-Karten eine ausreichende Datenmenge auf dem Player speichern können.

Bei den Geräten für die Wiedergabe hochwertiger Musik empfehle ich Ihnen, die folgenden Marken zu beachten:

Wenn preiswerte Akustik nicht zu Ihnen passt und Sie ein Fan hochwertiger Soundgeräte (Hi-Fi oder Hi-End) sind, liegt alles in Ihren Händen und Sie sind nur durch Ihr Budget begrenzt. Ich werde keine Empfehlungen geben.

Audiokodierung und -verarbeitung. Audiokodierung

Es gibt drei Haupttypen von Audio-Ziffern:

Format – keine Komprimierung;
Format (verlustbehaftet) – verlustbehaftete Komprimierung;
Format (verlustfrei): verlustfreie Komprimierung.
Verlustbehaftete Komprimierung: Technologie, bei der die codierte Datei im Vergleich zum Original erheblich reduziert wird, da Informationen entfernt werden, die vom menschlichen Ohr nicht wahrgenommen werden.

Der Nachteil dieser Technologie ist die Tatsache, dass die komprimierte Datei niemals mit dem Original identisch sein wird.

Verlustfrei – Verlustfreie komprimierte Audioformate, einschließlich:

FLAC (Free Lossless Audio Codec)
APE (Mono-Audio)
WV (WavPack)
Diese Formate können CDs unter Beibehaltung der Qualität in digitale Formate konvertieren. Als Beispiel können Sie eine CD nehmen, sie in WAV konvertieren, dann WAV in FLAC, dann von FLAC in WAV zurückkehren und sie dann auf eine leere CD brennen, und Sie haben eine absolut identische Kopie Ihrer Quelle.

Welches Format klingt die Musik mit der besten Qualität?
Am beliebtesten ist das verlustfreie FLAC-Format, und eines der am häufigsten verwendeten Konvertierungsprogramme von CD zu FLAC ist EAC (Exact Audio Copy).

Von allen Parametern des digitalen Audios müssen zunächst die folgenden Indikatoren beachtet werden:

Abtastrate (Genauigkeit der zeitlichen Digitalisierung eines analogen Signals),
Bitrate (die Menge an Informationen, die in der Datei in einer Sekunde enthalten sind).

Die Abtastrate ist die Frequenz, mit der digitales Audio verarbeitet wird. Die häufigste Abtastrate für hochwertige Audioformate beträgt 44,1 kHz.

Es ist allgemein anerkannt, dass eine hohe Bitrate die beste Qualität garantiert; Dies ist wahr, aber nur, wenn die Quelldatei von guter Qualität ist.

WAS IST BLUETOOTH APTX?

WAS IST BLUETOOTH APTX?

Bluetooth aptX

Die Popularität von drahtlosen Kopfhörern wächst von Jahr zu Jahr. Der Trend ist auf die Benutzerfreundlichkeit zurückzuführen, da die Kommunikationsmethode mit dem Gerät über Bluetooth keine Interferenz mit Kabeln impliziert, was dem Benutzer mehr Bewegungsfreiheit gibt.

Bluetooth APTX

Nach und nach verzichten die Smartphone-Hersteller auch auf die 3,5-mm-Kopfhörerbuchse und zwingen moderne Gerätebesitzer, Schritt zu halten. Die Klangqualität ist jedoch nicht immer mit Komfort verbunden. Gute klassische Kopfhörer übertreffen bei diesem Parameter häufig ihre drahtlosen Gegenstücke. Mit der jüngsten Ankunft von Liebhabern der Qualcomm AptX-Technologie zum Musikhören müssen Kopfhörer jedoch nicht mehr zwischen Klangqualität und Benutzerfreundlichkeit wählen. Jetzt sind AptX und AptX HD immer mehr in den technischen Daten der Geräte zu sehen. Was ist Technologie, wie funktioniert sie und was wird benötigt, um ihre Fähigkeiten zu bewerten?

Was Sie über das Hören von drahtlosem Audio wissen müssen

Beginnen wir mit Bluetooth. Dies ist eine Form der drahtlosen Datenübertragung über eine kurze Distanz zwischen kompatiblen Geräten. Der Standard bezieht sich auf drahtlose Personal Area Networks (WPAN) und ermöglicht die Kommunikation über Funkwellen. Die Funkkommunikation ist im ISM-Bereich von 2,4 bis 2,4835 GHz implementiert und wird in verschiedenen Geräten verwendet, einschließlich Haushaltsgeräten, Smartphones, Computern und anderen. Das Bluetooth-Protokoll unterstützt jedoch Punkt-zu-Punkt- und Punkt-zu-Mehrpunkt-Verbindungen. Das vollständige Musik-Streaming über die Bluetooth-Technologie wird durch die folgenden Klangqualitätsmerkmale garantiert:

Abtastfrequenz (oder Abtastfrequenz). Dies ist die Anzahl der Schallvolumenmessungen pro Sekunde, dh die Frequenz, mit der das analoge Signal in eine digitale Matrix umgewandelt wird. Der Parameter wird in Hertz oder Kilohertz (Hz, kHz) gemessen. Je höher die Abtastfrequenz ist, desto besser wird der Ton übertragen.
Audiocodierungstiefe (Abtastbittiefe). Dies ist die Datenmenge, die zum Codieren der diskreten Lautstärkepegel von digitalem Audio in Bits benötigt wird. Mit einfachen Worten, die Bittiefe bestimmt die Messgenauigkeit des eingehenden Signals. Je höher die Bittiefe, desto höher die Klangqualität und gleichzeitig die Lautstärke der Tondatei.
Informationsübertragungsrate oder Bitrate. Dies ist die pro Zeiteinheit übertragene Datenmenge. In diesem Fall handelt es sich um die Übertragung von Audiodaten vom Gerät auf die Kopfhörer. Das heißt, je höher der Wert, desto mehr Daten werden gleichzeitig übertragen und verarbeitet, was die Klangqualität verbessert. Die Bitrate wird in Kilobit pro Sekunde (kbps oder kbps) gemessen.

Betrachten wir nun, was diese AptX Bluetooth-Technologie ist. Dies ist ein Audio-Codec von Qualcomm, mit dem Sie hochwertige Audiodateien über Bluetooth übertragen, komprimieren und dekomprimieren können. Mithilfe der Technologie konnte ein besserer Klang erzielt werden. Dies wird durch die Tatsache sichergestellt, dass zum Zeitpunkt der Umstellung auf Digital praktisch keine Verluste auftreten, sodass der Unterschied zum Standard-Bluetooth-Codec (SBC) spürbar ist. . Die erweiterte Version von AptX HD verwendet eine dynamische Codierung, bei der die meisten Daten verlustfrei codiert werden. Wenn dies nicht möglich ist, wird sie minimiert.

Verwenden Sie drahtlose Kopfhörer

Bei all den beeindruckenden Vorteilen moderner Technologien hängt die Klangqualität nicht nur vom verwendeten Audio-Codec ab, sondern auch von den Eigenschaften der Hardware (Kopfhörer, Lautsprecher). Daher müssen unterstützte Geräte auch auf höchstem Niveau implementiert werden, und Sie sollten von Geräten mit geringem Stromverbrauch, die den AptX-Codec deklariert unterstützen, keinen reinen, tiefen Klang erwarten.

Was sind die Abkürzungen aptX, aptX HD und LDAC?

Alle diese Namen geben Bluetooth-Codecs an, die sich in den Datenübertragungseigenschaften unterscheiden. Sie haben unterschiedliche Parameter für Abtastrate, Audiocodierungstiefe und Bitrate, und die Klangqualität ist unterschiedlich.

AptX

Audio-Codec, mit dem Audio über Bluetooth in 16-Bit-Qualität mit einer Abtastrate von 48 kHz bis 352 kbps übertragen werden kann. Das analoge Signal wird 48.000 Mal pro Sekunde gelesen und mit 16 Bit übertragen, was den Parametern der CD entspricht. Es ist eine würdige Alternative zu SBC mit weniger Kompressionsverlust und besserem Klang, sauberer und detaillierter. Die Übertragungsraten von AptX sind nach heutigen Maßstäben nicht beeindruckend.