Digitale Audiokodierung
Tatsächlich ist diese oder jene digitale Form der Darstellung von analogen Audiosignalen bereits ein Codierungsverfahren. – Eine Zahlenfolge, die ein analoges Audiosignal beschreibt, ist selbst ein digitaler Code.
Die Kodierung, über die wir jetzt sprechen werden, ist jedoch etwas anderes. Schauen wir uns nun die Methoden zum Codieren digitaler Audiosignale an.
Ein digitalisiertes Audiosignal “in seiner reinen Form” (zum Beispiel in Form einer der oben diskutierten PCM-Variationen) ist eine ziemlich genaue, aber nicht die kompakteste Art, das ursprüngliche analoge Signal aufzuzeichnen.
Urteile selbst. Um vollständige Informationen über das ursprüngliche analoge Signal im Frequenzbereich 0-20 kHz (im hörbaren Frequenzbereich) zu erhalten, muss das analoge Signal mit einer Frequenz von mindestens 40 kHz abgetastet werden. Der CD-DA-Standard (der Standard für die Aufzeichnung von Daten auf Audio-CDs, die allen bekannt sind) legt daher die folgenden Codierungsparameter fest: Aufzeichnung von zwei oder einem Kanal im PCM-Format mit einer Abtastfrequenz von 44,1 kHz und einer Tiefe 16-Bit-Quantisierungsbits. Eine Stunde Musik in diesem Format benötigt ungefähr 600 MB (60 Minuten * 60 Sekunden * 2 Kanäle * 44100 Samples pro Sekunde * 2 Bytes pro Sample = ungefähr 605 MB). Wenn man bedenkt, dass beispielsweise die Musiksammlung eines gewöhnlichen Musikliebhabers 5000 Titel mit einer durchschnittlichen Länge von jeweils etwa 3 Minuten enthält, ist die Menge an Speicher, die erforderlich ist, um sie in ihrer ursprünglichen digitalen Form zu speichern, sehr beeindruckend. . Daher erfordert das Speichern relativ großer Mengen von Audiodaten, um eine ziemlich gute Klangqualität sicherzustellen, die Verwendung verschiedener “Tricks”, um die Daten zu komprimieren.
Im Allgemeinen können alle vorhandenen Methoden zum Codieren von Audioinformationen bedingt in nur zwei Typen unterteilt werden.
1. Verlustfreie Datenkomprimierung (“Verlustfreie Codierung”) ist eine Methode zum Codieren (Komprimieren) digitaler Audioinformationen, die eine hundertprozentige Wiederherstellung der Originaldaten aus dem komprimierten Stream ermöglicht (der Begriff “Daten”) Original “bedeutet hier die Originalform der digitalisierten Audiodaten). Diese Methode der Datenkomprimierung wird in Fällen verwendet, in denen eine hundertprozentige absolute Erhaltung der Qualität der ursprünglichen Audiodaten erforderlich ist. Die heute existierenden verlustfreien Komprimierungsalgorithmen können das Datenvolumen um 20-50% reduzieren und gleichzeitig eine 100% ige Wiederherstellung des ursprünglichen digitalen Materials aus den komprimierten Daten gewährleisten. Die Betriebsmechanismen solcher Codierer ähneln den Betriebsmechanismen allgemeiner Datenarchivierer wie ZIP oder RAR, sind jedoch gleichzeitig speziell für die Komprimierung von Audiodaten geeignet. Verlustfreie Codierung Es ist zwar ideal, um die Qualität von Audiomaterial zu erhalten, kann jedoch kein hohes Maß an Komprimierung bieten.
2. Es gibt eine andere modernere Form der Datenkomprimierung. Diese sogenannte verlustbehaftete Datenkomprimierung (engl. “Lossy Coding”) Der Zweck der Codierung besteht darin, mit allen Mitteln die höchste Datenkomprimierungsrate zu erzielen und gleichzeitig die Klangqualität auf einem akzeptablen Niveau zu halten. Die Idee hinter verlustbehafteter Codierung basiert auf zwei einfachen Überlegungen:
Die ursprünglichen digitalen Audiodaten sind redundant: Sie enthalten viele unnötige Informationen, die für das Ohr unbrauchbar sind und entfernt werden können, wodurch das Komprimierungsverhältnis erhöht wird.
Die Anforderungen an die Klangqualität von Audiomaterial können variieren und hängen von bestimmten Zwecken und Anwendungsbereichen ab.
Eine verlustbehaftete Codierung wird daher als “verlustbehaftet” bezeichnet, was zum Verlust einiger Audioinformationen führt. Eine solche Codierung führt dazu, dass das decodierte Signal bei seiner Wiedergabe ähnlich wie das Original klingt, in Wirklichkeit jedoch nicht mehr mit diesem identisch ist. Die meisten verlustbehafteten Codierungsmethoden beruhen auf der Verwendung psychoakustischer Eigenschaften des menschlichen Hörsystems sowie auf verschiedenen Tricks, die mit dem Resampling und Resampling des Signals verbunden sind. In der Frequenz analysiert der Encoder während des Komprimierungsprozesses die Audiodaten, um verschiedene Details des Sounds zu identifizieren, die ignoriert werden können. Verdeckte Frequenzen, unhörbare und unhörbare Klangdetails können für ein höheres Kompressionsverhältnis geopfert werden. Dort, wo nur die Verständlichkeit für den Ton wichtig ist (zum Beispiel bei der Telefonie, wo das Vorhandensein von Frequenzen über 4 kHz nicht erforderlich ist), werden die Audioinformationen im Codierungsprozess ernsthaft “vereinfacht”.
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