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


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

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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.


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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.

Vorbis

Vorbis

OGG Vorbis

Vorbis ist ein kostenloses und verlustbehaftetes Audiokomprimierungsformat, das im Sommer 2002 offiziell veröffentlicht wurde. In Bezug auf Funktionalität und Qualität ähnelt es Codecs wie AAC, AC3 und VQF und ist MP3 überlegen. Das in Vorbis verwendete psychoakustische Modell ähnelt im Prinzip MP3 und dergleichen, aber die mathematische Verarbeitung und die praktische Implementierung dieses Modells unterscheiden sich erheblich, so dass die Autoren sein Format für völlig unabhängig von allen Vorgängern erklären konnten.

]ogg vorbis

Container

Zum Speichern von Audiodaten im Vorbis-Format wird am häufigsten der Ogg-Mediencontainer verwendet. Eine solche Datei hat normalerweise die Erweiterung .ogg und trägt den doppelten Namen “Ogg / Vorbis” [1] oder ” Ogg Vorbis “[2]. “Ogg Vorbis” wird jedoch auch als Codec ohne Container bezeichnet, da es Teil des Ogg-Projekts ist [1].

Anfrage

Im Jahr 2020 ist es viel weniger verbreitet als MP3. Wird in Computerspielen für Podcasts verwendet.

Vorbis ist ideal für die Verwendung als Film-Soundtracks geeignet, da sich die Länge bei variabler Bitrate nicht ändert, sodass Sie mit der Videospur synchron bleiben können, und für Mehrkanalton (z. B. 6-Kanal-Audio) geeignet ist. Kanäle).

Es wird für die Audiospur von WebM-Dateien in Verbindung mit dem VP8-Videocodec verwendet (seit VP9 wurde dem Format die Unterstützung für den neuen kostenlosen Opus-Codec hinzugefügt).

Metadaten

Das Format wurde ursprünglich mit Streaming-Funktionen entwickelt. Dies gibt dem Format einen ziemlich nützlichen Nebeneffekt: Mehrere Songs können mit ihren eigenen Tags in einer Datei gespeichert werden. Wenn Sie eine solche Datei in den Player laden, sollten alle Songs als aus mehreren verschiedenen Dateien geladen angezeigt werden.

Das Format verfügt über ein flexibles Beschriftungssystem. Der Tag-Header kann problemlos um Texte beliebiger Länge und Komplexität (z. B. Songtexte) erweitert werden, die mit Bildern (z. B. Album-Cover-Fotos) durchsetzt sind. Textbeschriftungen werden in UTF-8 gespeichert, wodurch das gleichzeitige Schreiben in mehreren Sprachen möglich ist und potenzielle Codierungsprobleme vermieden werden.

Bitrate
Ogg Vorbis verwendet standardmäßig eine variable Bitrate, während letztere nicht auf harte Werte beschränkt ist und sogar um 1 kbps variieren kann. Es ist zu beachten, dass die maximale Bitrate nicht streng durch das Format begrenzt ist und mit der maximalen Codierungseinstellung zwischen 500 und 1000 kbps liegen kann. Die Abtastrate hat die gleiche Flexibilität: Benutzer können zwischen 2 und 192 kHz wählen.

Entwicklungsziel
Vorbis wurde von der Xiph.Org-Community entwickelt, um alle kostenpflichtigen proprietären Audioformate zu ersetzen. Obwohl Ogg Vorbis das jüngste Format aller MP3-Konkurrenten ist, bietet es volle Unterstützung auf allen gängigen Plattformen (Microsoft Windows, Linux, Apple Mac OS, Android [3], PocketPC, Palm, Symbian, DOS, FreeBSD, BeOS) und etc.) sowie eine große Anzahl von Hardware-Implementierungen.

Produktion von Video- und Audio-Anzeigen: Gibt es einen Unterschied?

Produktion von Video- und Audio-Anzeigen: Gibt es einen Unterschied?

Audio and Video differences

Da es sich bei Audio- und Videoanzeigen um unterschiedliche Arten von Inhalten handelt, unterscheidet sich der Erstellungsprozess geringfügig. Dies gilt auch für das Überspielen, jedoch nicht vollständig. Und heute sagen wir Ihnen warum.

audio vs video

Technische Highlights
Im Allgemeinen ist der Unterschied auf Störungen zurückzuführen. Die häufigste Abtastrate beim Aufnehmen einer Audiospur zum Kopieren von Videos beträgt 48 kHz. Sie können natürlich mit anderen arbeiten, aber Sie müssen bedenken, dass nur wenige Video-Codecs mit einer Audio-Abtastrate von 44,1 kHz arbeiten. Es gibt einige andere Nuancen der Videowerbung, die technischen Fachleuten bekannt sind (z. B. die Eigenschaften derselben Frequenzverarbeitung), und wenn sie alle beobachtet werden, ist die Qualität der Tonserien am besten.

Mit Audioclips ist alles etwas einfacher, aber in diesem Fall hängt die Qualität des endgültigen Materials direkt von der Professionalität des Ansagers und des Toningenieurs ab.

In Videoanzeigen gibt es keine subtilen Nuancen – alles ist wichtig, von der Wahl des Mikrofons bis zu den Nuancen der Sprachverarbeitung.
In Videoanzeigen gibt es keine subtilen Nuancen – alles ist wichtig, von der Wahl des Mikrofons bis zu den Nuancen der Sprachverarbeitung.
Wenn wir über die Tonfrequenz sprechen, ist die Audiowerbung für Experimente so offen wie möglich: Nehmen Sie die Stimme des Ansagers mit einer Flüsterfrequenz auf: 100 Hz (für Männer) oder 120 Hz (für Frauen) und Video es wird mehr Vertrauen schaffen. Die 2,4-kHz-Frequenz wird unbewusst als alarmierend empfunden und ist manchmal eine gute Möglichkeit, Aufmerksamkeit zu erregen. Und Schall mit einer Frequenz von 15 kHz kann die Aufmerksamkeit junger Menschen auf sich ziehen, ohne ältere Menschen zu stören, da erstere anfällig sind und letztere nicht.

Die Psychoakustik eröffnet vielfältige Möglichkeiten für die Erstellung von Audiowerbung
Die Psychoakustik eröffnet vielfältige Möglichkeiten für die Erstellung von Audiowerbung
Diese Beispiele sind die einfachsten “Tricks” in der Psychoakustik, mit denen Sie Ihre Audioanzeige “pumpen” können, um den gewünschten Effekt zu erzielen.

All dies bedeutet jedoch nicht, dass Audio in Videoanzeigen die letzte Rolle spielt.

Bild- und Tonbereich: zwei Teile eines Ganzen
Ja, diese Teile sind überhaupt nicht gleichwertig, aber eine Fliege in der Salbe (in unserem Fall ein Klang von schlechter Qualität) ist mehr als genug, um das ganze Fass Honig zu ruinieren (der Eindruck einer perfekten visuellen Serie). Mit anderen Worten, Videowerbung ist ein Produkt, das aus einer großen Anzahl von Zutaten besteht. Wenn Sie nicht genug auf die einzelnen Zutaten achten, erhalten Sie kein wirklich „leckeres“ Video. Es ist, als würde man ein kompliziertes Gericht zubereiten, aber vergessen, Salz hinzuzufügen. Oder ziehen Sie einen Smoking und Sandalen an – Sie werden dafür nicht ins Gefängnis geschickt, aber der Effekt ist unerwartet und natürlich nicht mit einem Pluszeichen.

Alles im Video sollte in Ordnung sein: sowohl visuell als auch akustisch
Alles im Video sollte in Ordnung sein: sowohl visuell als auch akustisch
Da ist ein Unterschied?
Ich meine, spielt es eine Rolle, wo Sie in Zukunft unser Video abspielen möchten: im Fernsehen, auf YouTube, im Radio oder sogar in Ihrem persönlichen Blog? Die Antwort mag Sie überraschen, aber im Allgemeinen nein. Video ist Audio: Der Vertriebskanal ist nicht wichtig, nur das Format des Inhalts selbst ist wichtig: visuell oder akustisch. Das Ton- und Video-Aufnahmestudio kümmert sich selbst um den Rest.

Mit anderen Worten, der Unterschied besteht nur für die technischen Spezialisten, aber für den Kunden und andere Künstler gibt es einfach keinen Unterschied.