allgemeines verlustfreies Audiodateiformat

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Verlustfreie Komprimierung – wie es funktioniert
Wenn sich die Kopie nicht vom Original unterscheidet.

Lossless compression

Verlustfreie Komprimierung – wie es funktioniert
Wir haben bereits entdeckt, wie Ton digitalisiert wird. Eines der Probleme: Wenn wir es mit hoher Qualität digitalisieren, benötigen wir viele Daten, was große Dateien, einen hohen Speicherplatzverbrauch, teure Flash-Laufwerke und viel Internetverkehr bedeutet. Ich möchte, dass die Dateien kleiner sind.

Lossy Compression and Lossless Compression

Hierfür wird die Komprimierung verwendet – verschiedene Algorithmen, die ihre Magie mit den Daten entfalten, und die Ausgabe sind Daten von einem kleineren Volumen.

Verlustfreie und verlustfreie Komprimierung
Es gibt zwei Haupttypen der Komprimierung: verlustbehaftet und verlustfrei.

Verlustbehaftete Komprimierung bedeutet, dass wir dabei einige Informationen verloren haben. Verlustbehaftete Komprimierungsalgorithmen versuchen sicherzustellen, dass wir nur Daten verlieren, die für uns nicht zu wichtig sind.

Stellen Sie sich vor, dass verlustbehaftete Komprimierung eine kurze Nachzählung einer Lehrplanarbeit ist: Der Schüler ist nicht so wichtig für die Beschreibung der Natur und des Stils des Autors, die Hauptsache ist die Handlung. Die kurze Zählung behielt nur das Wichtige bei, vermittelte es aber viel schneller.

Verlustfreie Komprimierung ist, wenn wir die Größe der Datei reduzieren, ohne an Qualität zu verlieren. Hierfür werden interessante mathematische und Codierungstechniken verwendet. Die Hauptidee ist, dass während der Dekodierung alle Daten an Ort und Stelle bleiben.

Verlustfreie Komprimierungsalgorithmen
Es gibt zwei Hauptoptionen: den Huffman-Algorithmus oder das LZW. LZW wird überall verwendet, ist aber ziemlich schwer zu erklären, nicht intuitiv und erfordert eine vollständige Vorlesung. Es ist viel besser, den Huffman-Algorithmus zu erklären.

Der Huffman-Algorithmus nimmt die Datei, zerlegt sie in Teile, erleichtert die Bedienung und untersucht dann, wie häufig jedes Fragment vorkommt. Der Algorithmus bezeichnet die häufigsten Wörter mit einem kurzen Code und die seltensten mit einem längeren Code. Da die häufigsten Wörter jetzt viel weniger Platz beanspruchen, wird die fertige Datei kleiner.

Es gibt aber auch einen Nachteil: Manchmal müssen Sie diese Wort- und Codezuordnungstabelle direkt in derselben Datei speichern, aber sie kann sich von selbst als groß herausstellen. Am häufigsten wird der Huffman-Algorithmus zur verlustfreien Komprimierung von Text- und Videodateien verwendet.

Hier ein Beispiel: Nehmen Sie das Lied Beyonce – All The Single Ladies. Dort gibt es zwei solche Passagen:

Alle alleinstehenden Frauen

Jetzt nimm deine Hände hoch

…

Wenn es dir gefällt, solltest du einen Ring darauf setzen

Sei nicht böse, wenn du siehst, dass er es will

Wenn es dir gefällt, solltest du einen Ring darauf setzen

Hier sind 281 Zeichen. Wir sehen, dass einige Zeilen wiederholt werden. Codieren wir sie:

KOMPRESSIONSTABELLE

\ a \ Alleinerziehende Frauen

\ b \ Jetzt heb deine Hände hoch

\ c \ Wenn es dir gefällt, solltest du einen Ring darauf setzen

\ d \ Sei nicht böse, wenn du siehst, dass er es will

SONG TEXT

\ a \ \ a \ \ a \ \ b \

…

\ c \ \ c \ \ d \ \ c \

Zusammen mit der Komprimierungstabelle belegt dieser Text jetzt 187 Zeichen. Wir haben den Text um fast ein Drittel komprimiert, da er ziemlich eintönig ist.

Verlustfreie Komprimierung am Beispiel von Audio
Im Durchschnitt benötigt eine Minute unkomprimiertes Audio 10 Megabyte. Das ist ziemlich viel: Wenn Sie beispielsweise eine einstündige Aufnahme eines Konzerts haben, nimmt dies ein halbes Gigabyte in Anspruch. Auf der anderen Seite erfasst diese Aufnahme alle Nuancen des Klangs, es gibt viele hohe Frequenzen und Schönheit im Allgemeinen.

In solchen Situationen wird eine verlustfreie Komprimierung verwendet: Sie verkleinert die Datei um das 2- bis 3-fache, ohne den Ton zu verzerren. Die Algorithmen, die das Audio komprimieren, werden als Codecs bezeichnet. FLAC und Apple Lossless sind zwei beliebte verlustfreie Audiokomprimierungscodecs.

Vergleichen Sie die Größe und Qualität des zweiminütigen Audios selbst:

Original: unkomprimiertes WAV-Format, 23 Megabyte

Verlustfreie Komprimierung: FLAC-Format mit denselben Parametern wie WAV, 10 Megabyte

Wo sonst wird verlustfreie Komprimierung eingesetzt?
In Aktenschränken. Die Aufgabe von Archivierungsprogrammen besteht darin, ausgewählte Dateien so zu verpacken, dass die Datei so wenig Speicherplatz wie möglich einnimmt, ohne das Innere zu beschädigen. Zum Beispiel könnte die Textversion von “Krieg und Frieden” 4 Megabyte und die archivierte Version 100 Kilobyte 40 Mal weniger sein.

In der Programmierung. Es gibt spezielle Wrapper, die ein gebrauchsfertiges Programm verwenden und den Code so optimieren, dass er weniger Speicherplatz beansprucht, aber seine Funktionalität beibehält. Beispielsweise:

Kommentare löschen
Minimieren Sie Funktions- und Variablennamen
Entfernen Sie die für die Lesbarkeit erforderlichen Zeichen

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Was sind die Vorteile des verlustfreien Audioformats?

Lossless and Lossy Audio Files

Der Vorteil von verlustfrei zum Speichern einer Audiosammlung besteht darin, dass die Qualität der Aufnahmen viel höher ist als die von verlustbehafteten Codecs und sie weniger Platz beanspruchen als unkomprimiertes Audio. Es ist wahr, dass verlustbehaftete Dateien kleiner sind als verlustfreie Musikdateien. Die meisten modernen Wiedergabeprogramme verstehen das verlustfreie Format. Programme, die es nicht abspielen können, können es mit dem verlustfreien Plugin leicht erlernen. Was sind verlustfreie Audioformate?

Lossless audio

Verlustfreie Audioformate
Es ist unwahrscheinlich, dass ein echter Musikliebhaber mit dem Klang von Musik zufrieden ist, die in den Komprimierungsformaten Ogg Vorbis oder MP3 aufgenommen wurde. Wenn Sie Audioaufnahmen auf Heim-Audiogeräten hören, können Sie natürlich keine Tonfehler mit Ihrem Ohr hören. Wenn Sie jedoch versuchen, eine komprimierte Datei auf hochwertigen HiFi-Geräten abzuspielen, werden Sie die Tonfehler sofort feststellen. . Natürlich ist es nicht einfach, eine Sammlung hochwertiger Musik auf CD oder Vinyl zu erstellen. Für Liebhaber hochwertiger Klänge gibt es eine vernünftige Alternative zu diesem Weg – verlustfreie Musik. Es kann so auf einem PC gespeichert werden, dass Sie die ursprünglichen Einstellungen Ihrer Musik unverändert lassen können, auch wenn eine Komprimierung angewendet wird. Auf diese Weise werden gleichzeitig die Probleme der hochwertigen Musik und ihres kompakten Speichers gelöst, da Audiogeräte zum Hören (Kopfhörer, Lautsprecher, Verstärker) recht erschwinglich sind.

Unkomprimierte verlustfreie Audioformate:

CDDA ist ein Audio-CD-Standard.
WAV: Microsoft Wave;
IFF-8SVX;
IFF-16SV;
AIFF;
Komprimierte Formate:

FLAC;
APE – Monkey’s Audio;
M4A – Apple Lossless – Apples hochwertiges Musikformat;
WV – WavPack;
WMA: Windows Media Audio 9;
TTA – True Audio.

FLAC-Format
Das gebräuchlichste Format ist das. Es unterscheidet sich von verlustbehafteten Audio-Codecs dadurch, dass bei Verwendung keine Daten aus dem Audio-Stream entfernt werden. Dies ermöglicht die erfolgreiche Wiedergabe von Musik auf HiFi- und Hi-End-Geräten sowie die Erstellung eines Archivs aus einer Sammlung von Audioaufnahmen.

Der große Vorteil des Formats ist seine kostenlose Verbreitung. Dies ist wichtig für Musiker, die selbst Musik aufnehmen. Das Format hat in letzter Zeit eine große Popularität erlangt, dank dessen seine Unterstützung in der überwiegenden Mehrheit der Multimedia-Player enthalten ist.

APE-Format
Im Gegensatz zu FLAC gibt es für das APE-Format nur Codecs und Plugins für die Windows-Plattform. Für andere Plattformen gibt es teure Softwarelösungen von Drittanbietern. Der Algorithmus ist in der Lage, eine verlustfreie Komprimierung von Audioinformationen zwischen dem 1,5- und 2-fachen zu erreichen. Es umfasst drei Hauptstufen der Codierung, von denen nur eine auf der Verwendung der inhärenten Eigenschaften des Klangs für die Komprimierung basiert. Der Rest ähnelt herkömmlichen Aktenschränken. Obwohl der Komprimierungsalgorithmus kostenlos verteilt wird, sind die Lizenzbeschränkungen so, dass er für Amateurmusiker praktisch nicht zugänglich ist.

Apple Lossless Format
Mit dem Audiokomprimierungscodec können Sie verlustfreie Musik in hoher Qualität hören, ohne die Apple-Qualität zu beeinträchtigen. Dieses Format wurde von Apple für die Verwendung auf eigenen Geräten entwickelt. Das Format ist kompatibel mit iPods mit speziellen Docking-Anschlüssen und der neuesten Firmware. Das Format verwendet keine spezifischen DRM-Tools (Rights Management), das Containerformat enthält jedoch solche Funktionen. Es unterstützt auch QuickTime und ist als Funktion in iTunes enthalten.

Das Format ist Teil der Bibliotheken mit freiem Zugriff, mit denen Sie das Abhören von Dateien in Windows-Anwendungen organisieren können. Im Jahr 2011 veröffentlichte Apple die Quellcodes für das Format und eröffnete dem Codec breite Perspektiven. In Zukunft kann es ernsthaft mit anderen Formaten konkurrieren. Die Tests ergaben gute Ergebnisse. Komprimierte Dateien variieren in der Größe zwischen 40-60% der Originale. Die Decodierungsgeschwindigkeit ist ebenfalls beeindruckend, was die Verwendung für mobile Geräte rechtfertigt, deren Leistung nicht hoch ist.

Einer der Nachteile des Codecs besteht darin, dass die Erweiterung der Audiodateien mit dem Audio-Codec übereinstimmt, was zu Verwirrung führt, da AAC kein qualitativ hochwertiges Musikformat ist. Daher wurde beschlossen, die Daten in einem MP4-Container mit der Erweiterung .m4a zu speichern.