Audiokodierung.


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Audiokodierung.

AUDIO ENCODING

Digitales Audio ist ein analoges Audiosignal, das durch diskrete numerische Werte seiner Amplitude dargestellt wird.

audio encodig

Die Tondigitalisierung ist eine Technologie mit einem geteilten Zeitschritt und anschließender Aufzeichnung der in numerischer Form erhaltenen Werte.

Ein anderer Name für die Digitalisierung von Audio ist Analog-Digital-Audio-Konvertierung.

Die Sounddigitalisierung umfasst zwei Prozesse:

Probe (Probe) ein Signal über die Zeit
Amplitudenquantifizierungsprozess.
In der Zwischenzeit besteht kein Grund zur Sorge. ”

Diskretisierung der Zeit.

In der Zwischenzeit besteht kein Grund zur Sorge. ”

Der Zeitabtastprozess ist der Prozess des Erhaltens der Werte des Signals, das konvertiert wird, mit einem bestimmten Zeitschritt: dem Abtastschritt. Die Anzahl der Messungen der Größe des Signals, die in einer Sekunde durchgeführt werden, wird als Abtastfrequenz oder Abtastrate oder Abtastfrequenz (von der englischen “Abtastung” – “Abtastung”) bezeichnet. Je niedriger der Abtastschritt ist, desto höher ist die Abtastfrequenz und desto genauer wird das Signal dargestellt, das wir erhalten.

Dies wird durch Kotelnikovs Theorem bestätigt (in der ausländischen Literatur wird es als Shannons Theorem Shannon gefunden). Ihm zufolge kann ein analoges Signal mit einem begrenzten Spektrum durch eine diskrete Folge von Werten seiner Amplitude genau beschrieben werden, wenn diese Werte mit einer Frequenz aufgenommen werden, die mindestens doppelt so hoch ist wie die höchste Frequenz im Spektrum des Signals. Das heißt, ein analoges Signal, bei dem die höchste Frequenz des Spektrums F m ist, kann durch eine Folge von diskreten Amplitudenwerten genau dargestellt werden, wenn F d> 2 F m für die Abtastfrequenz F d erfüllt ist.

In der Praxis bedeutet dies, dass die ausgewählte Abtastrate mindestens 40 kHz betragen muss, damit das digitalisierte Signal Informationen über den gesamten hörbaren Frequenzbereich des ursprünglichen analogen Signals (0 bis 20 kHz) enthält. Die Anzahl der Amplitudenmessungen pro Sekunde wird als Abtastrate bezeichnet (wenn der Abtastschritt konstant ist).

Die Hauptschwierigkeit der Digitalisierung ist die Unfähigkeit, die gemessenen Signalwerte mit perfekter Präzision aufzuzeichnen.

Analog-Digital-Wandler (ADC).

In der Zwischenzeit besteht kein Grund zur Sorge. ”

Der obige Vorgang zum Digitalisieren von Ton wird unter Verwendung von Analog-Digital-Wandlern (ADCs) durchgeführt.

Diese Transformation umfasst die folgenden Operationen:

Die Bandbreitenbegrenzung erfolgt durch ein Tiefpassfilter, um Spektralkomponenten zu unterdrücken, die mehr als die Hälfte der Abtastrate betragen.
Zeitdiskretisierung, dh Ersetzung eines kontinuierlichen Analogsignals durch eine Folge seiner Werte zu diskreten Zeitpunkten: Abtastwerte. Dieses Problem wird durch die Verwendung einer speziellen Schaltung am Eingang des ADC gelöst – einer Abtast- und Haltevorrichtung.
Die Pegelquantisierung ist das Ersetzen des Referenzwerts des Signals durch den nächsten Wert eines Satzes fester Werte: Quantisierungspegel.
Codierung oder Digitalisierung, wodurch der Wert jeder quantisierten Probe als eine Zahl dargestellt wird, die der Ordnungszahl der Quantisierungsstufe entspricht.
Dies geschieht wie folgt: Ein kontinuierliches analoges Signal wird in Abschnitte mit einer Abtastrate “geschnitten”, ein diskretes digitales Signal wird erhalten, das einen Quantisierungsprozess mit einer bestimmten Bittiefe durchläuft und dann codiert wird. Das heißt, es wird durch eine Folge von Codesymbolen ersetzt. Um Ton in einem Frequenzband von 20 bis 20.000 Hz aufzunehmen, ist eine Abtastfrequenz von 44,1 und höher erforderlich (heute gibt es ADCs und DACs mit einer Abtastfrequenz von 192 und sogar 384 kHz). Um eine qualitativ hochwertige Aufnahme zu erhalten, reichen 16 Bit aus. Um jedoch den Dynamikbereich zu erweitern und die Qualität der Tonaufnahme zu verbessern, werden 24 (seltener 32) Bit verwendet.

In der Zwischenzeit besteht kein Grund zur Sorge. ”

Codierungsmethoden.

Frequenzmodulation.

Klangcodierungsmethoden (natürlich meinen wir das vom Mikrofon kommende elektrische Signal) basieren auf der Tatsache, dass theoretisch jeder komplexe Klang in eine Folge der einfachsten harmonischen Signale mit jeweils unterschiedlichen Frequenzen zerlegt werden kann Eine davon ist eine Sinuskurve, die als ursprüngliches Signalspektrum bezeichnet wird. Die Aufgabe des Codierens von Ton besteht wie bei jedem anderen analogen Signal darin, ihn in Form eines anderen analogen oder digitalen Signals darzustellen, das für die Übertragung oder Speicherung in jedem speziellen Fall bequemer ist.


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Audiokodierung und -verarbeitung.

Audiokodierung und -verarbeitung.

MP3 audio encoding process

Parameter, die die digitale Klangqualität beeinflussen Minimale und maximale Klangqualität

Audio encoding and processing

Mein Großvater hörte ein Grammophon. Die Jugend meines Vaters wandte sich der Musik zu, die aus dem Lautsprecher eines Tonbandgeräts kam. Die Blütezeit und der Niedergang der Kassettenrekorder fielen auf meine Jugend. Mein Sohn wächst im Zeitalter des digitalen Audios auf. Um auf dem Laufenden zu bleiben und meinem Sohn einen guten “Klang” zu verleihen, habe ich mich entschlossen herauszufinden, was die Qualität der digitalen Audiosignalwiedergabe bestimmt.

Ich sprach mit meinen musikliebenden Freunden. Er hat eine Informationssuche im Internet durchgeführt. Als Ergebnis kam ich zu dem Schluss, dass im digitalen Zeitalter ein qualitativ hochwertiger Klang erzielt werden kann, indem die richtigen 7 Grundelemente moderner Musikzentren ausgewählt werden:

das Format, in dem die Musik aufgenommen wird;
Spieler;
Digital-Analog-Wandler;
Verstärker;
Akustik;
Kabel;
Lebensmittel.

Im Folgenden werde ich meine Beobachtungen und Schlussfolgerungen zum Erreichen qualitativ hochwertiger Tonaufnahmen in digitalen Formaten mitteilen.

Lyrischer Exkurs, Experten müssen nicht lesen.

Kurz gesagt, ich werde erklären, woher digitaler Sound kommt. Während des Aufnahmevorgangs wandelt das Mikrofon mechanische Schwingungen (den Ton selbst) in ein analoges elektrisches Signal um. Ein analoges Signal ähnelt im allgemeinsten Fall einer Sinuskurve, die uns allen seit der High School bekannt ist. Im Zeitalter des analogen Klangs wurde dieses Signal auf verschiedenen Medien aufgezeichnet und dann wiedergegeben.

Mit der Entwicklung der Mikroprozessortechnologie wurde es möglich, Audioinformationen in digitalen Formaten aufzuzeichnen und zu speichern. Diese Formate werden durch einen Analog-Digital-Wandlungsprozess (ADC) erhalten.

Während des ADC wird das analoge Signal (unsere Sinuswelle der High School) diskret (mit anderen Worten, es wird in Stücke geschnitten). In der nächsten Stufe wird das diskrete Signal quantisiert, dh jedem resultierenden Segment der Sinuskurve wird ein digitaler Wert zugewiesen. Im dritten Schritt wird das quantisierte Signal digitalisiert, dh in Form einer Folge von 0 und 1 codiert. In Bezug auf die digitale Tonaufzeichnung werden die Informationen über die Amplitude und Frequenz des Tons digitalisiert.

Zum Aufzeichnen und Speichern digitaler Audioinformationen werden digitale Audioformate verwendet. Das Audioformat wird als eine Reihe von Anforderungen für die digitale Darstellung von Audiodaten verstanden.

Wenn es um die Klangqualität geht, werden digitale Formate in drei Kategorien unterteilt:

Formate ohne zusätzliche Komprimierung (CDDA, DSD, WAV, AIFF usw.);
Verlustfreie komprimierte Formate (FLAC, WavPack, ADX usw.);
Verlustbehaftete Komprimierungsformate (MP3, AAC, RealAudio usw.).

Bei der Wiedergabe von Musik, die in Formaten der ersten und zweiten Kategorie gespeichert ist, wird eine hohe Klangqualität erzielt. In den Formaten der dritten Kategorie werden einige Informationen absichtlich ausgeschlossen, um die Datenmenge zu verringern. Zum Beispiel Informationen über versteckte Frequenzen.

Latente Frequenzen sind solche, die außerhalb des Wahrnehmungsbereichs der durchschnittlichen Person liegen: 20 Hz – 22 kHz. Für Audiophile ist dieser Bereich aufgrund individueller psychophysiologischer Merkmale breiter.

Um Ihre Heim-Audiobibliothek zu vervollständigen, müssen Sie Datensätze auswählen, die in Dateien mit den folgenden Erweiterungen gespeichert sind:

* .wav, * .dff, * .dsf, * .aif, * .aiff sind unkomprimierte Audiodateien;
* .mp4, * .flac, * .ape, * .wma sind die häufigsten verlustfreien komprimierten Audiodateien.
Aus der Geschichte. Sie sagen, dass die ersten Experimente zur Erhaltung des Klangs von den alten Griechen durchgeführt wurden. Sie versuchten, den Ton in Amphoren zu halten. Es sah ungefähr so ​​aus: Worte wurden in die Amphore gesprochen und es wurde schnell versiegelt. Leider hat keine dieser Aufzeichnungen bis heute überlebt.

Digital Audio – Qualitätsprobleme

Digital Audio – Qualitätsprobleme

Digital Audio Quality

Vor relativ kurzer Zeit wurde das Konzept “Multimedia” in unseren Diskurs aufgenommen, und jetzt wird der Computer zunehmend als Unterhaltungszentrum verwendet. Jetzt ist der Computer gezwungen, den darin vorhandenen Ton in Form von Zahlen wiederzugeben.

Digital Audio Quality issues

So wie einige Klangkenner über die Vorteile von “Röhren” -Sound gegenüber “Transistor” -Sound streiten, gibt es eine endlose Debatte darüber, was besser ist: digitaler oder analoger Sound. Versuchen wir es herauszufinden.

Für unsere Ohren sind Geräusche Luftschwingungen mit einer Frequenz von 20 Hz bis 20 kHz, und die Obergrenze hängt vom Alter ab: Bei Kindern sind es 22 bis 24 kHz, und im Alter nimmt die wahrgenommene Frequenz bis zu 8 ab -12 kHz.

Die Frequenzen der angegebenen Grenzen werden als Schwingungen wahrgenommen, höher, sie werden von einer Person nicht wahrgenommen.

Da jedoch nicht die gesamte Erkennungsbandbreite mit der gleichen Intensität verwendet wird, wird Sprache im Bereich von 500 bis 3500 Hz deutlich wahrgenommen. Für das Hören von Musik reicht dies jedoch nicht aus. Idealerweise sollte sich der wiedergegebene Ton nicht vom Schallfeld des Mikrofons unterscheiden. Das heißt, das Aufnahme- und Wiedergabegerät darf keine Verzerrungen innerhalb der Grenzen der menschlichen Wahrnehmung verursachen.

Der Ton, den wir vom Lautsprecher hören, wird während der Aufnahme elektromechanisch in ein elektrisches Signal umgewandelt. dann gibt es die Verstärkung und Verarbeitung des analogen elektrischen Signals; Analog-Digital-Wandlung; digitale Signalverarbeitung; Frequenzkorrektur; Aufnahmeverfahren.

Nachdem der digitalisierte Ton gespeichert und übertragen wurde. Während der Wiedergabe erfolgt zuerst die digitale Signalverarbeitung. folgt der Umstellung von digital auf analog; analoge Signalverarbeitung und -verstärkung; elektromechanische Umwandlung in Schallschwingungen.

Alle diese Verfahren führen zu eigenen Verzerrungen. Der Prozess der Aufnahme und Tonverarbeitung findet in der Regel auf Studiogeräten statt, die viel besser abschneiden als Heim-Audiogeräte. Obwohl es Verzerrungen gibt, sind sie daher erheblich geringer als die Verzerrungen, die von Heimgeräten in der Wiedergabephase verursacht werden. Bei der Amateur-Tonaufnahme treten Fehler in den Aufnahmestufen auf.

Die vom Studiomikrofon erzeugte elektromechanische Umwandlung erzeugt ein sehr schwaches Signal, das verstärkt werden muss.

Selbst unter den idealen Bedingungen eines professionellen Aufnahmestudios kann der Dynamikbereich der aufgenommenen Musik aufgrund von akustischem Rauschen enger sein als der von 16-Bit-Audio.

Bei der Aufnahme von mehreren Mikrofonen wird das Signal unbedingt verarbeitet: Kanallautstärkepegel werden ausgewählt, Rauschen wird gefiltert usw. Darüber hinaus wird der Dynamikbereich des Signals verringert, was zu einer signifikanten Zunahme des Rauschens führt. Ohne dieses Verfahren würde es jedoch unbefriedigend klingen, wenn die Aufnahme auf einem Heimcomputer wiedergegeben wird.

Der Schallweg hat seine eigenen Verzerrungen, die in drei Gruppen unterteilt werden können:

1. Lineare Verzerrungen werden durch die Amplituden-Frequenz-Charakteristik des Schallwegs verursacht und sind eine Änderung des Verhältnisses der Amplituden und Phasen verschiedener Frequenzkomponenten. Frequenzen, die ursprünglich im Signal fehlten, werden nicht angezeigt.

2. Nichtlineare Verzerrung: Eine Änderung der Form des ursprünglichen Signals, die zum Auftreten von Frequenzen führt, die im eingehenden Signal fehlen, aber davon abhängen.

3. Interferenz: Das Auftreten seltsamer Frequenzen im Schallpfad, die nicht mit dem Nutzsignal verbunden sind. Störungen treten beispielsweise durch elektromagnetische Störungen, Eindringen der Frequenz der Versorgungsspannung usw. in den Schallweg auf.

Alle diese Verzerrungen treten jedoch nur in analogen Schaltkreisen auf (daher bringen Spekulationen über den Frequenzgang eines digitalen Ausgangs Spezialisten zum Lächeln). Vergessen Sie jedoch nicht die oberflächlichen Mängel von CDs, DVDs und anderen optischen Speichermedien, die Ton speichern und zu Datenverlust führen.

Die Digitalisierung des Signals ist auch mit einer starken Verzerrung verbunden, aber lassen Sie uns zunächst den Unterschied zwischen analogen und digitalen Signalen betrachten.

In einem analogen Signal ändert sich die Spannung gleichmäßig mit der Zeit, das Signal ist kontinuierlich. Das digitale Signal ist diskret, sein Wert ändert sich sofort. Darüber hinaus manifestiert sich Diskretion sowohl im Frequenz- als auch im Amplitudenbereich. Jede Änderung des Signalwerts wird abgetastet, und als Ergebnis werden die Werte auf die nächste ganze Zahl gerundet.

Audiokodierung: Geheimnisse gelüftet

Audiokodierung: Geheimnisse gelüftet

audio encoding

Audioeinstellungen für die Videoaufnahme und -übertragung.
Als Menschen, die in direktem Zusammenhang mit der AV-Sphäre stehen, sprechen wir ständig über Audiocodierung und Audiocodecs, aber was ist das?

Audio Encoding

Ein Audio-Codec ist im Wesentlichen ein Gerät oder ein Algorithmus, der ein digitales Audiosignal codieren und decodieren kann.

In der Praxis sind die über Funk übertragenen Audiowellen kontinuierliche analoge Signale. Die Signale werden von einem Gerät, das als Analog-Digital-Wandler (ADC) bezeichnet wird, in ein digitales Format umgewandelt, und das Rückwärtsumwandlungsgerät wird als Digital-Analog-Wandler (DAC) bezeichnet. Der Codec befindet sich zwischen diesen beiden Funktionen und ermöglicht es Ihnen, einige wichtige Parameter für die erfolgreiche Erfassung, Aufzeichnung und Übertragung eines Audiosignals anzupassen: Codec-Algorithmus, Abtastrate, Bittiefe und Datenübertragungsrate.

Die drei beliebtesten Audio-Codecs sind Pulse-Code-Modulation (PCM), MP3 und Advanced Audio Coding (AAC). Die Wahl des Codecs bestimmt die Komprimierungsrate und die Aufnahmequalität. PCM ist ein Codec, der von Computern, CDs, digitalen Telefonen und manchmal SACD verwendet wird. Die Quelle des PCM-Signals wird in regelmäßigen Abständen abgetastet, und jede Abtastung ist die digitale Größe des analogen Signals. PCM ist die einfachste Option zum Digitalisieren eines analogen Signals.

Mit den richtigen Parametern kann dieses digitalisierte Signal ohne Verlust vollständig wieder in Analog umgewandelt werden. Leider ist dieser Codec, der eine fast vollständige Identität mit dem Original-Audio bietet, nicht sehr billig, was zu großen Dateien führt, und diese Dateien sind nicht für das Streaming geeignet. Wir empfehlen die Verwendung von PCM zum Aufzeichnen digitaler Bilder für Ihre Quellen oder bei der Audio-Nachbearbeitung.

Glücklicherweise haben wir immer die Möglichkeit, einen anderen Codec zu wählen, der digitale Daten (im Vergleich zu PCM) komprimieren kann, basierend auf einigen hilfreichen Beobachtungen zum Verhalten von Schallwellen. In diesem Fall müssen Sie jedoch einen Kompromiss eingehen: Alle alternativen Algorithmen sind mit “Verlusten” verbunden, da es unmöglich ist, das ursprüngliche Signal vollständig wiederherzustellen, das Ergebnis jedoch so gut ist, dass die meisten Benutzer es nicht bemerken können der Unterschied.

MP3 ist ein Audiokodierungsformat, das einen digitalen Datenkomprimierungsalgorithmus verwendet, mit dem Sie das Audiosignal in kleineren Dateien speichern können. Der MP3-Codec wird von Benutzern am häufigsten zum Aufzeichnen und Speichern von Musikdateien verwendet. Wir empfehlen die Verwendung von MP3 zum Streamen von Audioinhalten, da weniger Netzwerkbandbreite erforderlich ist.

AAC ist ein neuerer Audio-Codierungsalgorithmus, der der Nachfolger von MP3 ist. AAC ist zum Standard für die Formate MPEG-2 und MPEG-4 geworden. Tatsächlich ist dies auch ein Codec für die digitale Datenkomprimierung, jedoch mit weniger Qualitätsverlust als MP3, wenn er mit derselben Bitrate codiert wird. Wir empfehlen die Verwendung dieses Codecs für das Online-Streaming.

Abtastfrequenz (kHz, kHz)
Abtastrate (oder Abtastrate): Die Frequenz, mit der das Signal digitalisiert, gespeichert, verarbeitet oder von analog zu digital konvertiert wird. Zeitabtastung bedeutet, dass das Signal durch eine Anzahl seiner Abtastwerte (Abtastwerte) dargestellt wird, die in regelmäßigen Abständen entnommen werden.

Gemessen in Hertz (Hz, Hz) oder Kilohertz (kHz, kHz) entspricht 1 kHz 1000 Hz. Beispielsweise können 44100 Abtastwerte pro Sekunde als 44100 Hz oder 44,1 kHz bezeichnet werden. Die ausgewählte Abtastrate bestimmt die maximale Wiedergabefrequenz. Wie aus dem Satz von Kotelnikov hervorgeht, muss die Abtastrate doppelt so hoch sein wie die höchste Frequenz im Signalspektrum, um das ursprüngliche Signal vollständig wiederherzustellen.

Wie Sie wissen, kann das menschliche Ohr Frequenzen zwischen 20 Hz und 20 kHz aufnehmen. Angesichts dieser Parameter und der in der folgenden Tabelle angegebenen Werte können Sie verstehen, warum 44,1 kHz als Abtastfrequenz für CD gewählt wurde und immer noch als sehr gute Frequenz für die Aufnahme angesehen wird.