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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Auflösung der Audiodatei. Audiokodierung und -verarbeitung

Auflösung der Audiodatei. Audiokodierung und -verarbeitung

Digital audio

Grundlegendes Konzept

udio encoding

Die Abtastfrequenz (f) bestimmt die Anzahl der in 1 Sekunde gespeicherten Abtastwerte;

1 Hz (ein Hertz) ist eine Zählung pro Sekunde,

und 8 kHz sind 8000 Abtastungen pro Sekunde

Die Codiertiefe (b) ist die Anzahl der Bits, die zum Codieren des Pegels von erforderlich sind

Speicherkapazität für Datenspeicherung 1 Kanal (Mono)

(Um Informationen über einen Ton mit einer Dauer von t Sekunden zu speichern, der mit einer Abtastrate von f Hz und einer Codiertiefe von b Bits codiert ist, ist 1 Bit Speicher erforderlich.)
Bei einer 2-Kanal-Aufnahme (Stereo) wird die zum Speichern von Daten für einen Kanal erforderliche Speichermenge mit 2 multipliziert

I = f b t 2

Maßeinheiten I – Bits, b – Bits, f – Hertz, t – Sekunden Abtastfrequenz 44,1 kHz, 22,05 kHz, 11,025 kHz

Audiokodierung
Grundlegende theoretische Bestimmungen

Sound Time Sampling. Damit ein Computer Ton verarbeiten kann, muss ein kontinuierliches Audiosignal mithilfe von Zeitabtastung in eine diskrete digitale Form umgewandelt werden. Eine kontinuierliche Schallwelle ist in separate kleine Zeitabschnitte unterteilt, für jeden Abschnitt wird ein bestimmter Wert für die Schallintensität festgelegt.

Daher wird die kontinuierliche Abhängigkeit der Lautstärke des Schalls zum Zeitpunkt A (t) durch eine diskrete Folge von Lautstärkepegeln ersetzt. In der Grafik scheint dies eine glatte Kurve durch eine Folge von “Schritten” zu ersetzen.

Abtastfrequenz. Ein an die Soundkarte angeschlossenes Mikrofon wird verwendet, um analoges Audio aufzunehmen und in ein digitales Format umzuwandeln. Die Qualität des erhaltenen digitalen Klangs hängt von der Anzahl der Messungen des Lautstärkepegels pro Zeiteinheit ab, dh von der Abtastrate. Je mehr Messungen in 1 Sekunde durchgeführt werden (je höher die Abtastfrequenz), desto genauer wiederholt die “Leiter” des digitalen Audiosignals die Kurve des analogen Signals.

Die Audio-Abtastrate ist die Anzahl der Messungen der Lautstärke eines Tons pro Sekunde, gemessen in Hertz (Hz). Bezeichnen wir die Abtastfrequenz mit dem Buchstaben f.

Die Audio-Abtastrate kann zwischen 8000 und 48000 Schallvolumenmessungen pro Sekunde variieren. Für die Codierung wird eine von drei Frequenzen ausgewählt: 44,1 kHz, 22,05 kHz, 11,025 kHz.

Audio-Codierungstiefe. Jedem “Schritt” wird ein bestimmter Wert für die Lautstärke zugewiesen. Lautstärkepegel können als ein Satz möglicher Zustände N angesehen werden, für die eine Codierung einer bestimmten Informationsmenge b erforderlich ist, die als Audiocodierungstiefe bezeichnet wird.

Die Audiocodierungstiefe ist die Informationsmenge, die zum Codieren der diskreten Lautstärkepegel von digitalem Audio erforderlich ist.

Wenn die Codiertiefe bekannt ist, kann die Anzahl der digitalen Audio-Lautstärkepegel mit der Formel N = 2b berechnet werden. Lassen Sie die Audiocodierungstiefe 16 Bit betragen, dann beträgt die Anzahl der Lautstärken:

N = 2 b = 2 16 = 65 536.

Während des Codierungsvorgangs wird jedem Schallpegel ein eigener 16-Bit-Binärcode zugewiesen. Der niedrigste Schallpegel entspricht dem Code 0000000000000000 und der höchste – 1111111111111111.

Die Qualität des digitalisierten Klangs. Je höher die Abtastfrequenz und -tiefe des Klangs ist, desto besser ist der Klang des digitalisierten Klangs. Die niedrigste Qualität des digitalisierten Tons, die der Qualität der Telefonkommunikation entspricht, wird mit einer Abtastrate von 8000 Mal pro Sekunde, einer Abtastrate von 8 Bit und durch Aufzeichnen einer Audiospur (“Mono” -Modus) erhalten. Die höchste Qualität des digitalisierten Klangs, die der Qualität einer Audio-CD entspricht, wird mit einer Abtastrate von 48.000 Mal pro Sekunde, einer Abtastrate von 16 Bit und der Aufnahme von zwei Audiospuren (Stereomodus) erreicht. .

Video-Codecs und Container.

Video-Codecs und Container.

Video Codec

Dieser Artikel soll sich hier auf diejenigen beziehen, die versuchen, etwas zu “konvertieren”, ohne zu verstehen, was sie tun und warum.

Video Codecs

Um mit jedem Objekt so effizient wie möglich zu arbeiten, müssen Sie verstehen, wie es funktioniert. Wenn die Videodatei für Sie eine mysteriöse Black Box ist, in der mysteriöse Dinge passieren, vielleicht nicht ohne die Hilfe von schwarzer Magie, dann ist Ihre Effektivität minimal.

Damit. Alle Informationen auf dem Computer liegen in Form von Dateien vor. Ich hoffe, das ist für niemanden eine Überraschung. Hier gehen wir von diesem Grundkonzept aus.

Jede Videodatei muss ein Container sein. Ein Container ist ein Repository für Inhalte. Es gibt Speicher mit mehreren Strukturen – dies sind Containerformate. Eine Bento-Box ist beispielsweise ein Beispiel für einen Behälter. Sie können Sushi oder Tempura darauf setzen. Was können Sie in einen Videocontainer legen? Zumindest Bild und Ton nacheinander. Dies ist ein Set, ohne das es nichts zu tun gibt. Was können Sie maximal setzen? Mit dem modernen Matroschka-Container können Sie verschiedene Video- und Audiospuren, Text- und Grafikuntertitel, Schriftarten, Bilder und ich weiß nicht, was noch.

Wenn Sie zum Beispiel der Bento-Box zurückkehren, beachten Sie, dass Miso nicht hineingegossen werden kann. wird in Abb. fließen. Nicht alle Container können alle Flüsse akzeptieren. Es gibt Kompatibilitätsbeschränkungen, die das Leben schwer machen.

Behälterbeispiele: mpeg, avi, mkv, mp4, ogm, vob, mov, rm, divx, asf. Sie müssen sich die Liste nicht genau ansehen, um zu verstehen, dass es sich um Standarddateierweiterungen handelt. Natürlich. Weil Datei = Container.

Streams oder Tracks werden im Container gespeichert. Diese Streams haben ein Format, das als Codec bezeichnet wird. Und dieser Unterschied muss mit besonderer Klarheit verstanden werden. Der Container ist ein Dateiformat. Und der Codec ist das Stream-Format, das er enthält. Sie sind zwei unabhängige Dinge. Ja, es gibt einige untrennbar miteinander verbundene Container und Codecs. Beispielsweise kann der Real Media-Container nur echte Video- und echte Audiostreams speichern. Und umgekehrt können diese Formate nicht in einem anderen Container gespeichert werden (fast, wie ich bereits korrigiert habe). Aber es sind immer noch verschiedene Konzepte, die nicht verwechselt werden sollten.

Das Codec-Konzept umfasst normalerweise die folgenden Aspekte:
1) Das tatsächliche Datenspeicherformat.
2) Software, mit der Sie Informationen in diesem Format codieren und / oder daraus decodieren können.

Beispiele für Videocodecs: divx, xvid, avc, x264, vp6, vp7, mpeg-1, mpeg-2, huffyuv.
Beispiele für Audio-Codecs: mp3, ogg, ac3, aac.

Während Container im Allgemeinen durch Dateierweiterungen unterschieden werden, unterscheiden sich Codecs durch den vierstelligen FourCC-Code.

Das Codec-Konzept ist normalerweise mit einer Art Komprimierung verbunden. Rohe (unkomprimierte) Streams haben ebenfalls ihre eigenen Formate, erfordern jedoch keine Dekodierung, weshalb das Konzept des Codecs im Allgemeinen nicht auf sie angewendet wird.

Schauen wir uns nun die beliebtesten Container, Codecs und verwandten Themen an. In der Regel gibt es zwei Arten von Problemen: im Zusammenhang mit der Reproduktion und im Zusammenhang mit der Bearbeitung.

MPEG ist einer der ältesten Container. Es können nur Videos im MPEG-1-Format und Audio im MP2-Format gespeichert werden. Und auf freundliche Weise, mit recht strengen Einschränkungen hinsichtlich der Größe des Bildes und der Bitrate des Tons. Aufgrund des Alters und der Primitivität des Formats verstehen es fast alle Player und Publisher. Aber aus den gleichen Gründen wurde es fast unmöglich, ihn zu treffen. Niemand braucht diese Dinge.

AVI ist auch ziemlich alt, aber es ist immer noch ein sehr nützlicher Container. Es ist gut, weil es wieder alle Spieler und alle Redakteure bekommen. Fast alle mpeg-basierten Formate passen hinein, ebenso viele, die sie unterstützen. Die folgenden Videoformate passen nicht zu avi: avc (auch bekannt als Nero AVC oder Nero H.264), wmv unter Version 9 sowie Lametta wie echtes Video, das ursprünglich so konzipiert war, dass es mit nichts kompatibel ist in der Welt. Durch Geräusche, angeblich alles, außer Vorbis ogg.

OGM ist, wohin Vorbis ogg geht. Weil das Format auf der Grundlage dieses Oggs erstellt wurde. Im Moment wird er von der Matroschka praktisch verdrängt, weil er das Gleiche tun kann, nur besser. Es ist auch nicht mit herkömmlicher Software kompatibel.

MKV ist eine Nistpuppe, die fast alles außer Flash-Video aufnehmen kann. Aufgrund seiner Komplexität und Vielseitigkeit ist es jedoch immer noch möglich, nur Dinge wie das Ein- und Aussteigen zu tun.

MP4 ist eigentlich modernes MPEG. Es werden nur Dinge benötigt, die mit dem MPEG-Standard kompatibel sind, aber gleichzeitig die neuesten Updates enthalten.

Komprimierte Audiokodierungsformate.

Komprimierte Audiokodierungsformate.

audio encoding

MP3 (oder besser MPEG 1 Audio Level 3): Kein Kommentar, überall und von jedem kompatibel. Das Fehlen dieses “ewigen” Formats ist einer: nur zwei Kanäle, was seine Verwendung in Kinosystemen einschränkt zu Hause modern.


Mehrkanal-MP3 (5.1) MPEG 2 Audio Level 3.
WMA: Windows Media Audio, formal ein besserer und moderner Konkurrent zu Microsofts MP3. Es wird nicht viel verwendet, obwohl es weitgehend mit Hardware kompatibel ist.
OGG Vorbis ist ein bester moderner MP3-Konkurrent aus der Open Source-Community. Ohne Lizenzbeschränkungen wird es immer häufiger verwendet.
AAC: Advanced Audio Coding ist das wichtigste Audioformat von Apple, das in alle iPads, iPhones, iTunes usw. integriert ist. Der Hauptvorteil besteht darin, dass es technisch weiter fortgeschritten ist als MP3 und Abtastraten von bis zu 96 kHz und theoretisch eine völlig verrückte Anzahl von Kanälen in einer Datei von bis zu 48 ermöglicht. Es wird auch im digitalen Satellitenradio verwendet. So wie MP3 ein komprimiertes Format ist, ist die Qualität von 96 Kbit / s AAC mit der Qualität von 128 Kbit / s MP3 vergleichbar (wir sprechen in beiden Fällen von zwei Kanälen).
Dolby Digital (AC-3) ist wahrscheinlich der beliebteste Standard für digitales Audio in der Kinematographie, da es bereits 1995 auf dem Markt erschien und in zwei Versionen erhältlich ist: DD2.0 (für hochwertigen Stereoklang) und DD5 .1 – fünf volle Kanäle und einer defekt für einen Subwoofer. Spieler sind aus offensichtlichen Gründen mit allen kompatibel. Die Bitrate beträgt in allen Fällen 640 Kbit / s.
Dolby Digital Plus oder E-AC-3 ist ein Versuch, das übliche Dolby Digital zu verbessern, aber die Decoder und Receiver der vorherigen Generation unterstützen keine Spuren im Dolby Digital Plus-Format. Die Gründe dafür sind radikale Änderungen: die Anzahl der Kanäle auf 7,1 erhöht, die Bitrate auf 1, 7 Mbit / s Dies geht nicht über S / PDIF (wenn Sie über ein solches Kabel senden, müssen Sie Downmix auf DD5.1 ​​oder auf DTS mit verwenden Qualitätsverlust), aber HDMI kommt normalerweise mit Dolby Digital Plus ab Version 1.3 zurecht. Sie können solche Titel auf Blu-Ray-Discs finden …
Dolby TrueHD – Wir haben praktisch 8 Spuren, die bei 96 KHz / 24 Bit oder 6 bei 192 KHz / 24 Bit fast unkomprimiert sind. Die Gesamtbitrate erreicht 18 Mbit / s, was eine Decodierung im Player und eine Übertragung an den Empfänger in der analoger Pfad oder mit HDMI 1.3 oder höher. Für Blu-Ray ist dieses Audiocodierungssystem optional.
DTS ist ein verlustbehaftetes digitales Audiocodierungssystem für Kinos, das später auf DVD erschien. Es ist analog zu Dolby Digital 5.1, jedoch etwas flexibler. Neben 2.0 und 5.1 können auch andere Schemata wie 4.0 und 4.1 verwendet werden Wahl zwischen zwei festen Bitraten von 1500 Kbit / s und 750 Kbit / s. Im ersten Fall übertrifft DTS Dolby Digital in der Klangqualität deutlich. im zweiten ist der Unterschied zwischen Systemen umstritten.
DTS-HD ist eine Weiterentwicklung von DTS. Die Anzahl der Kanäle wurde im 96-kHz / 24-Bit-Modus auf 7,1 erhöht. Die Bitrate kann zwischen 6 Mbit / s und 3 Mbit / s gewählt werden. Es handelt sich um ein optionales Audioformat für Blu-Ray. Die Situation bei der Tonübertragung zum Empfänger ist fast dieselbe wie bei DolbyTrueHD.

Verlustfreie oder unkomprimierte komprimierte Audiokodierungsformate.

LPCM ist einfach unkomprimiertes Audio. Es ist normalerweise Stereo. Es sollte nicht mit einer WAV-Datei verwechselt werden, es ist ein Container und möglicherweise befindet sich etwas anderes als PCM WAV darin.
APE ist ein spezielles verlustfreies Audiokomprimierungsformat. Von Audiophilen geliebt.
Flac ist sein Konkurrent und analog, die Unterschiede zwischen ihnen gehen über den Rahmen dieser Überprüfung hinaus.
Verlustfreies Audio
Verlustfreier Apfel

Untertitelformate.
SRT: Textformat, kann als separate Datei mit derselben Erweiterung angehängt werden. Im Vergleich zu den ersten Versionen dieses Formats wurden die Gestaltungsmöglichkeiten erheblich erweitert. Es kann auch innerhalb von MKV existieren.
SUB / IDX ist ein grafisches Untertitelformat, das von einer DVD extrahiert wurde. Es kann MKV oder MP4 passen.
s2k, ssa, ass: Einige fortgeschrittenere Textformate, ass kann in MKV platziert werden.
smi ist ein Textformat, das auf SGML basiert, dem direkten Vorfahren von HTML.
PGS ist ein grafisches Untertitelformat, das Hauptformat für Blu-Ray, es kann jedoch auch in ts- und MKV-Containern vorhanden sein.