Audio – Page 252

AVC / H.264

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AVC / H.264

Der AVC-Videokomprimierungsstandard (Advanced Video Coding) wurde im Mai 2003 vom JVT (Joint Video Team) vorgeschlagen. Damals war er ein revolutionärer Fortschritt in der Videokomprimierungstechnologie. Der neue Standard hat die gängigen Standards MPEG-2 und MPEG-4 Part 2 (SP, ASP) vollständig übertroffen. Nach einigen Schätzungen erfordert das Speichern von nach dem AVC-Standard komprimiertem Video zweimal weniger Speicherplatz als das nach dem MPEG-2-Standard komprimierte Video mit derselben Qualität.

Der neue Standard ermöglichte den Empfang von Videos mit Standardauflösung in Sendequalität mit einer Rate von 1,5 Mbit / s. Dieses Komprimierungsverhältnis ermöglicht die Übertragung von ungefähr 12 komprimierten TV-Kanälen in dem Frequenzband, das zuvor von einem analogen TV-Kanal belegt wurde. Darüber hinaus ermöglichte die Einführung von AVC den Fernsehbetreibern, neue Videodienste an Orten bereitzustellen, an denen sie zuvor nicht verfügbar waren, und eröffnete die Möglichkeit, mehr Videokanäle für die Übertragung in einen engen und teuren Frequenzbereich zu “packen”. Vorteile bei der Codierungseffizienz, wie eine gute Videoqualität bei niedrigen Bitraten, haben AVC zum unbestrittenen Marktführer für Internet-TV-Systeme gemacht und die Branche auf ein völlig neues Niveau gebracht. AVC hat auch die Qualität des digitalen Fernsehens erheblich verbessert und HDTV-HD-Fernsehen allgemein verfügbar gemacht.

Die niedrigen Lizenzgebühren von MPEG-LA haben auch zur raschen Übernahme des Standards beigetragen, und H.264 / AVC hat sich bisher erfolgreich auf dem Markt etabliert. Im Jahr 2010 überstieg die Anzahl der AVC-basierten Lösungen die Anzahl ähnlicher Lösungen auf der Grundlage des veralteten MPEG-2-Standards und stieg jedes Jahr bis zur Einführung des nächsten H.265 / HEVC-Videokomprimierungsstandards.

Hauptmerkmale des H.264 / AVC-Standards
Der H.264-Standard bietet fortschrittliche Codierungstechnologie mit ähnlichen Methoden wie die vorherigen MPEG- und ITU-T-Standards. Neue Tools, die Folgendes umfassen, sorgen für mehr Produktivität und Qualität.

Verbesserte Bewegungsschätzung

Mit der Bewegungsschätzung können Sie nach Submakroblöcken verschiedener Größen von 16 x 16 bis 4 x 4 Pixel suchen. Bewegungsvektoren sind jetzt auf 1/4 Pixel für Luma und 1/8 Pixel für Chroma genau. Darüber hinaus wurde die Codierung von Bewegungsvektoren signifikant verbessert; Ihre Vorhersage wird verwendet.

Räumliche Vorhersage

H.264 führt interne Vorhersagen für intracodierte Blöcke durch, sodass bis zu 9 verschiedene Richtungsvorhersagen angewendet werden können.

Optimierung der Codierungsparameter

Bei der klassischen Codierungsmethode werden in jeder Phase optimale lokale Entscheidungen getroffen. In diesem Fall ist die resultierende Lösung offensichtlich möglicherweise nicht optimal. Der AVC-Standard schlägt einen neuen Algorithmus zur Optimierung der RDO-Codierungsparameter (Frequency Distortion Optimization) vor, deren Kern darin besteht, diese Parameter auszuwählen, deren Verwendung das Ergebnis besser beeinflusst.

Modifiziertes PrEP

Um die Restinformationen zu transformieren, wird eine modifizierte ganzzahlige diskrete Cosinustransformation (MDCT) verwendet, die Rundungsfehler vermeidet. Ein wichtiger Unterschied zu früheren Standards sind die Blockgrößen für DCT. AVC ermöglicht Transformationen in 8×8- und 4×4-Pixelblöcken.

Filterblockgrenzen

Eine weitere Innovation des AVC-Standards ist die Verwendung eines Entsperrfilters, dessen Hauptaufgabe darin besteht, Blockartefakte an den Grenzen von Makroblöcken im Bild auszugleichen. Dadurch wird die visuelle Wahrnehmung jedes Frames und der gesamten Videosequenz insgesamt verbessert.

Verbesserte Codierung für reibungslose Bewegungen

AVC wurden mehrere neue Bedingungen hinzugefügt, um Makroblöcke im “Sprung” -Modus zu codieren. Tatsächlich wird in diesem Fall der Makroblock nicht codiert, sondern ein anderer Makroblock wird an derselben Position, jedoch mit einem anderen Rahmen verwendet. Daher wird bei niedrigen Bitraten oder bei gleichmäßigen Kamerabewegungen eine signifikante Verstärkung erzielt, wenn sich das gesamte Bild auf die gleiche Weise bewegt.

Entropiecodierung

Der Standard bietet zwei effizientere Entropiecodierungsprozesse. Die kontextadaptive Codierung mit variabler Länge (CAVLC – Context Adaptive Encoding mit unterschiedlichen Längen von Codewörtern) ist ein Entropiecodierer, dessen Prinzip dem Huffman-Komprimierungsalgorithmus nahe kommt. Mit CAVLC können Sie Informationen schnell komprimieren und gleichzeitig ein akzeptables Komprimierungsverhältnis bereitstellen.

Die kontextadaptive binäre arithmetische Codierung (CABAC – Context Adaptive Binary Arithmetic Coding) ist ein arithmetischer Codierer.

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Die Faustregel für die Auswahl der Abtastfrequenz

Die Faustregel für die Auswahl der Abtastfrequenz … von Signalen in Datenerfassungssystemen.

choose sampling frequency

Informationen, die sich im Laufe der Zeit ständig ändern, sind analoge Informationen. Computer sind digitale Geräte. Um mit Informationen arbeiten zu können, müssen sie Informationen empfangen, die vom analogen in das digitale Format konvertiert wurden.

Sampling Frequency

Das Konzept der Analog-Digital-Wandlung ist im Prinzip einfach: Ein Analog-Digital-Wandler (ADC) tastet die analogen Eingangssignale mit einer bestimmten Frequenz ab und wandelt jede Probe in einen digitalen Code um und überträgt diese Codes dann an einen Computer zur Darstellung eines zeitlich variierenden analogen Signals. Signal.

Ein ähnlicher Prozess wird in Hardwaredatenerfassungs- und -steuersystemen verwendet, bei denen analoge Signale auf der physikalischen Schicht isoliert werden müssen. Eine Signalisolation ist häufig erforderlich, um Erdungs- und Rauschprobleme zu beseitigen. In solchen Situationen wird “Abtastung” (Signalabtastung) verwendet, um das analoge Signal über eine physikalische Barriere zu übertragen.

Unabhängig davon, wo die Probenahme verwendet wird, müssen Sie die richtige Abtastrate auswählen. Die aus diesen Abtastwerten rekonstruierten Signale müssen das ursprüngliche analoge Signal angemessen darstellen. Offensichtlich kann eine zu langsame Abtastung (z. B. ein 10-Hz-Signal, das alle 30 Minuten abgefragt wird) zum Verlust wertvoller Informationen führen, während eine zu schnelle Abtastung (ein 10-Hz-Signal, das bei 300 MHz abgefragt wird) zu ernsthaften Schaltkreisen führt. Probleme. Glücklicherweise gibt es eine Antwort auf die Frage nach der Abtastrate. Abbildung 1 zeigt einen typischen Probenahmevorgang.

Unabhängig von ihren ursprünglichen Eigenschaften werden Daten in modernen Sammelsystemen digital gespeichert. Daher müssen die analogen Informationen zuerst mit einem Analog-Digital-Wandler (ADC) in ein digitales Format konvertiert werden. Bei diesem Systemtyp MUSS die Abtastfrequenz höher sein als die höchste im Eingangssignal enthaltene Frequenz. Dies ist kein Wunsch, sondern ein Gesetz! Tatsächlich erfordert der Nyquist-Test (Teil des Gesetzes), dass wir mit einer Rate abtasten, die mindestens doppelt so hoch ist wie die höchste Frequenz des dem ADC zugeführten Signals. Dies soll verhindern, dass Aliase erstellt werden, die schwerwiegende Fehler verursachen können.

(Originalsignal (a), Abtastsignale (b), Eingangssignalabtastungen (c))
Das Nyquist-Kriterium definiert die minimale Abtastfrequenz, die erforderlich ist, um aussagekräftige Informationen über den Inhalt der Frequenzeigenschaften des Signals zu erhalten. Die Fourier-Analyse liefert die Werkzeuge, die erforderlich sind, um die Beziehung zwischen der Amplitude jeder Frequenzkomponente und einer gegebenen Wellenform zu erhalten. Aufgrund dieser Informationen und der korrekten Verarbeitung des Signals ist es möglich, die Wiederherstellung der ursprünglichen Amplitude und Form des ursprünglichen Signals in der Zeit (Zeitbereich) sicherzustellen.

In der Regel werden Softwareprodukte so konzipiert, dass Zeitbereichsdaten in ihrer ursprünglichen Rohform angezeigt werden. Infolgedessen können sinusförmige Wellenformen durch dreieckige Formen verzerrt werden. Dies ist ein Präsentationsproblem, kein Rohdatenproblem. In diesen Fällen kann die Genauigkeit der Darstellung verbessert werden, indem eine Abtastrate verwendet wird, die das Nyquist-Kriterium nicht erfüllt.

Manchmal bestimmen die grundlegenden physikalischen Eigenschaften des Eingangswandlers seinen maximalen Frequenzgang. In anderen Anwendungen wird das Nyquist-Kriterium implementiert, indem ein Tiefpassfilter auf den Eingang des ADC angewendet wird, um unerwünschte hohe Frequenzen auszublenden. In jedem Fall müssen alle Signalfrequenzen über der Hälfte der Abtastrate so gedämpft werden, dass sie unter dem ADC-Quantisierungsschritt liegen.

High Definition Audio: Mythen und Fakten

High Definition Audio: Mythen und Fakten

Realtek High Definition Audio

Über High Definition Audio vor ein oder zwei Jahren sprachen nur faule Leute nicht. Nachdem das Rauschen nachgelassen hat, wird der Vorgang wie gewohnt fortgesetzt. Der Käufer ahnt oft nicht einmal, dass die Überraschung, das Motherboard, in die Last des neuen Computers geworfen wurde.

Realtek HD Audio

Die von ihren Entwicklern geplante Intel® High Definition Audio-Technologie sollte die alternde Architektur des AC-97-Computersounds ersetzen. Letzteres ist auf allen Arten von Plattformen, einschließlich mobiler Lösungen, weit verbreitet, aber früher oder später werden Sie gezwungen sein, das Rennen abzubrechen. Tatsächlich ist die Alterung des AC-97 immer noch nicht so auffällig. Der “Veteran” AC-97 kann dank aller Überarbeitungen und Aktualisierungen noch einige Zeit beibehalten werden, obwohl der Bestand an “Erweiterungen” bereits aufgebraucht ist. Der Hauptvorteil der von Intel geförderten innovativen Technologie (im Folgenden als HD Audio abgekürzt) ist 32-Bit-Mehrkanalton (7.1) mit einer Abtastrate von bis zu 192 kHz. Für Fachleute ist dieser Vorteil sehr zweifelhaft, wirkt sich jedoch hypnotisch auf die Menschen aus. Daher ist es an der Zeit herauszufinden, ob es sich lohnt, die “Neuheit” (die seit einem Jahr im Handel ist) bei der Auswahl eines Computers zu berücksichtigen.

HD-Audio hat auch andere Vorteile. Zum Beispiel Unterstützung für 16 Mikrofone. Dies ist der Mikrofongrill, der die Stimme vom Umgebungsgeräusch trennt und (nicht ohne raffinierte Algorithmen) hilft, kontinuierliche Sprache zu erkennen. Es ist eher eine Grundlage für eine glänzende Unternehmenszukunft als die Realität des modernen Lebens. Der alte AC-97-Standard war bereit, 2 Monomikrofone (ein Stereo) zu verarbeiten, aber in der Praxis beschränkten sich die Hersteller auf einen einzigen Mono-Eingang, anscheinend aufgrund des Mangels an massiver Nachfrage. Seien Sie nicht zu schnell, um ein paar Mikrofone und neue HD-Audiogeräte zu verwenden. Auf Laptops mit Sonoma, die möglicherweise HD-Audio unterstützen, habe ich persönlich noch nie etwas über Stereo-Eingänge gewusst.

Der schwächste Punkt des AC-97 waren die Steuerungen, die von Drittherstellern nach dem Prinzip “Wer in was ist was” entwickelt wurden. HD Audio verspricht, von sofort einsatzbereiten Treibern für das Betriebssystem (natürlich von MicroSoft) bereitgestellt zu werden. Tatsächlich wird es jedoch äußerst schwierig sein, sich auf Systemtreiber für ein Gerät zu beschränken, das so komplex ist wie eine Audiokarte (unabhängig davon, ob Sie es sind) integriert oder nicht). In beiden Fällen sind zusätzliche Treiber von denselben Drittherstellern erforderlich.

Wie sich herausstellte, wurde die Plug-and-Play-Installation des AC-97 nur teilweise realisiert. HD Audio hat es sich zur Aufgabe gemacht, dies in Erinnerung zu rufen. Empfehlenswert! Aber es ist schwer zu glauben.

Was an HD Audio wirklich revolutionär ist, ist die Multithreading-Unterstützung mit dynamischer Zuweisung von DMA-Kanälen (Speicherkanälen) für jeden Stream separat. Mit anderen Worten, es ist möglich, mehrere Quellen gleichzeitig und mit unterschiedlichen Abtastraten abzuspielen (z. B. einen Film mit Dolby Digital 5.1 abzuspielen und gleichzeitig den monophonen Voice-Chat nicht zu vergessen).

Digitaler Ton

Digitaler Ton

Digital Audio

Was passiert mit dem Klang in Computerprogrammen?

Digital Audio

Digitales Audio ist eine Darstellung von analogem Ton, der von Computern und verschiedenen digitalen Geräten zum Aufzeichnen und Wiedergeben von Audioinformationen verwendet wird. Wie die Bilder eines Films wird ein digitales Audiosignal aus einer Reihe von Klangfragmenten erstellt, die beim Drücken der Wiedergabetaste abgespielt werden. Es gibt viele verschiedene digitale Audioformate, die sich in der Übertragungsqualität der Audioinformationen voneinander unterscheiden.

Informationen zur Pulscodemodulation – PCM

Wenn wir über einen akustischen Klang oder ein analoges Signal sprechen, sprechen wir immer über die Ausbreitung von Schallwellen im Raum. Während digitales Audio nur eine grobe Beschreibung dessen ist, was mit Ton passiert oder in Computerprogrammen oder digitalen Geräten passieren sollte.

In diesem Artikel wird die Pulscodemodulation (PCM), das am häufigsten verwendete digitale Audio-Decodierungssystem, erläutert. Neben PCM gibt es auch DTS- und Dolby Digital-Systeme, die jedoch hauptsächlich im Bereich der Film- und Videoproduktion eingesetzt werden können. Heute werden wir nicht darüber sprechen.

Bei der Pulscodemodulation wird ein Signal viele Male pro Sekunde gelesen. Zu jedem Lesemoment wird die Amplitude der Schallwelle aufgezeichnet und wiedergegeben. Wie oben erwähnt, ist ein digitales Signal nur eine grobe Kopie eines analogen Signals, da eine analoge Welle nicht mit perfekter Präzision wiederhergestellt werden kann. Die Werte jedes Fragments werden auf die genaueste Genauigkeit gerundet, dann werden alle Fragmente abgespielt und wir hören eine Kopie des ursprünglichen analogen Klangs.

“Über welche Bedeutungen sprechen wir?” – du fragst. So wie analoges Audio durch Frequenz und Amplitude definiert wird, wird digitales Audio durch zwei wichtige Werte bestimmt: die Abtastrate und die Bittiefe. Die Abtastrate gibt an, wie oft pro Sekunde die Fragmente des Audiosignals gelesen werden, und die Bittiefe ist der Wert des Dynamikbereichs jedes Fragments des Audiosignals.

Abtastrate

Die Standard-Abtastrate von 44,1 kHz, die für die Aufnahme von Audio auf CDs verwendet wird (erinnern Sie sich an diese?), Könnte wie eine Zufallszahl erscheinen. Dies ist jedoch überhaupt nicht der Fall. Dieser Wert wurde basierend auf dem Satz von Kotelnikov gewählt, der im Wesentlichen besagt, dass die Abtastfrequenz mehr als zweimal höher sein muss als der Maximalwert der Lesefrequenz. Wie Sie wissen, liegt die Obergrenze der Hörbarkeit des Frequenzbereichs des menschlichen Ohrs bei 20 kHz. Es stellt sich heraus, dass die Abtastfrequenz höher als 40 kHz sein muss. Weitere 4,1 kHz werden hinzugefügt, um Verzerrungen, den sogenannten Aliasing-Effekt, zu vermeiden. Theoretisch sollten 44,1 kHz ausreichen, um ein Audiosignal genau wiederzugeben, es gibt jedoch höhere Werte.

Beispielsweise ist 48 kHz der dominierende Standard in der Film- und Videoproduktion. Wie im Kino wird der Ton mit einer Bildrate von 24 Bildern pro Sekunde synchronisiert. Wir werden nicht näher darauf eingehen, warum genau 24 Bilder pro Sekunde ausgewählt wurden. Mit anderen Worten, dies ist die Mindestfrequenz, mit der wir ein glattes, ansprechendes Bild sehen können. Die Abtastrate muss mit dieser Bildrate übereinstimmen. Die Verwendung einer Frequenz von 44,1 kHz kann zu einer merklichen Synchronisation von Bild und Ton führen. Wiederum basierend auf Kotelnikovs Theorem.

Noch höhere Abtastraten werden von diesen beiden Grundfrequenzen von 44,1 oder 48 kHz abgestoßen und mit einem Vielfachen von 2 multipliziert. Das heißt, 88,2, 96, 192 kHz sind die Standardabtastraten für alle Audiogeräte. modernes Audio.

Bittiefe

Die Bitterkeit oder Bitterkeit einer Audiodatei gibt Auskunft über ihre dynamische Auflösung oder einfacher über die Klarheit. Sie können eine Analogie zur digitalen Fotografie ziehen: Je höher die Auflösung des Fotos, desto klarer und besser wird das Bild.

Hierbei ist zu beachten, dass es sich nicht um die Lautstärke des Signals handelt, sondern um einen realistischeren, saubereren und klareren Klang. Genauere Übertragung des Audiosignals.

Die Bittiefe kann mit dem Text im Buch verglichen werden. Je geringer die Bittiefe ist, desto weniger aussagekräftig wird der Text. Das heißt, das Verringern der Bissigkeit führt dazu, dass einige Buchstaben aus Wörtern verschwinden, Satzzeichen aus Sätzen. Im Moment werden wir immer noch in der Lage sein, die Bedeutung des Textes zu erfassen, aber wenn die Bittiefe weiter abnimmt, werden die Informationen so verzerrt, dass wir einfach aufhören zu verstehen, wovon wir sprechen. Gleiches gilt für den Klang: Je geringer die Bittiefe, desto verzerrter hören wir den Klang.