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

Audio processing

Toninformationen. Schall ist eine Welle, die sich mit sich ständig ändernder Intensität und Frequenz durch Luft, Wasser oder ein anderes Medium bewegt.

Audio processing

Eine Person nimmt Schallwellen (Luftschwingungen) mit Hilfe des Hörens in Form von Geräuschen unterschiedlicher Lautstärke und Tonhöhe wahr. Je höher die Intensität der Schallwelle ist, desto lauter der Schall, desto höher die Frequenz der Welle, desto höher die Tonhöhe

Das menschliche Ohr nimmt Schall mit einer Frequenz von 20 Schwingungen pro Sekunde (leiser Schall) bis 20.000 Schwingungen pro Sekunde (hoher Schall) wahr.

Eine Person kann Schall in einem weiten Bereich von Intensitäten wahrnehmen, in denen die maximale Intensität 10 bis 14 Mal höher ist als die minimale (einhunderttausend Milliarden Mal). Zur Messung der Lautstärke wird eine spezielle Einheit “Dezibel” (dbl) verwendet (Tabelle 5.1). Das Verringern oder Erhöhen der Schalllautstärke um 10 dB entspricht einer 10-fachen Verringerung oder Erhöhung der Schallintensität.

Tabelle 5.1. Lautstärke
Lautstärke in Dezibel
Untergrenze der Empfindlichkeit des menschlichen Ohrs 0
Blatt flüstert zehn
Gespräch 60
Horn 90
Düsentriebwerk 120
Schmerzschwelle 140
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 analogen Ton aufzunehmen und in ein digitales Format umzuwandeln. Die Qualität des erhaltenen digitalen Klangs hängt von der Anzahl der Messungen des Schallpegels pro Zeiteinheit ab, dh von der Abtastfrequenz. Je mehr Messungen in 1 Sekunde durchgeführt werden (je höher die Abtastfrequenz), desto genauer wiederholt die “Leiter” des digitalen Audiosignals die Kurve des Dialogsignals.

Die Audio-Abtastrate ist die Anzahl der Audio-Lautstärkemessungen in einer Sekunde.

Die Audio-Abtastrate kann zwischen 8000 und 48000 Schallvolumenmessungen pro Sekunde variieren.

Audio-Codierungstiefe. Jedem “Schritt” wird ein bestimmter Wert für die Lautstärke zugewiesen. Lautstärkepegel können als eine Reihe möglicher Zustände N angesehen werden, für die eine bestimmte Menge an Informationen I erforderlich ist, die als Audiocodierungstiefe bezeichnet wird.

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

Bei bekannter Codierungstiefe kann die Anzahl der digitalen Audio-Lautstärkepegel mit der Formel N = 2 I berechnet werden. Lassen Sie die Audiocodierungstiefe 16 Bit betragen, dann beträgt die Anzahl der Lautstärken:

N = 2 I = 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. .

Es ist zu beachten, dass das Informationsvolumen in der Audiodatei umso größer ist, je höher die Qualität des digitalen Klangs ist. Es ist möglich, das Informationsvolumen einer digitalen Stereo-Sounddatei mit einer Dauer von 1 Sekunde bei einer durchschnittlichen Klangqualität (16 Bit, 24.000 Messungen pro Sekunde) zu schätzen. Dazu muss die Codierungstiefe mit der Anzahl der Messungen in 1 Sekunde multipliziert und mit 2 multipliziert werden (Stereoton):

16 Bit × 24.000 × 2 = 768.000 Bit = 96.000 Byte = 93,75 KB.

Sound-Editoren. Mit Sound-Editoren können Sie Sound nicht nur aufnehmen und wiedergeben, sondern auch bearbeiten.

Audiokodierung: Geheimnisse gelüftet

Audiokodierung: Geheimnisse gelüftet

audio encoding

Audioeinstellungen für die Videoaufnahme und -übertragung.
Als Menschen, die direkt mit der AV-Sphäre verbunden sind, sprechen wir ständig über Audiocodierung und Audiocodecs, aber was ist das? Ein Audio-Codec ist im Wesentlichen ein Gerät oder ein Algorithmus, der ein digitales Audiosignal codieren und decodieren kann.

Audio Encoding

In der Praxis sind die über Funk übertragenen Audiowellen kontinuierliche analoge Signale. Signale werden von einem Gerät, das als Analog-Digital-Wandler (ADC) bezeichnet wird, in ein digitales Format konvertiert, und das Rückwärtskonvertierungsgerät ist ein Digital-Analog-Wandler (DAC). 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 Datenrate.

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 Amplitude 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 (anstelle von 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 digitaler Datenkomprimierungscodec, 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 44.100 Abtastungen pro Sekunde als 44.100 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.

Es gibt mehrere Gründe für die Wahl einer höheren Abtastrate, obwohl es als Zeit- und Arbeitsverschwendung erscheinen mag, Geräusche außerhalb des Bereichs des menschlichen Gehörs wiederzugeben. Gleichzeitig reichen 44,1 – 48 kHz für den durchschnittlichen Hörer aus, um die meisten Probleme qualitativ hochwertig zu lösen.

Bittiefe
Zusammen mit der Abtastrate gibt es die Bittiefe oder die Tiefe des Klangs. Die Bittiefe ist die Anzahl der digitalen Informationsbits, die für jeden Abtastwert codiert werden sollen. Einfach ausgedrückt bestimmt die Bittiefe die “Genauigkeit” der Eingangssignalmessung. Je größer die Ziffernkapazität ist, desto kleiner ist der Fehler für jede einzelne Umwandlung von der Größe eines elektrischen Signals in eine Zahl und umgekehrt.