Audiokodierungstechniken in Multimedia

Vergleich von Audiokodierungsformaten

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Vergleich von Audiokodierungsformaten

audio encoding formats

Parameter und Substantive

audio encoding formats

Rate/Bitrate/Coderate, Kbps, also die in einem Übertragungsmedium oder einer Audiodatei enthaltene Datenmenge pro Zeiteinheit. Im Allgemeinen gilt: Je höher die Lautstärke, desto höher die Klangqualität. Natürlich sind die Vergleichsstandards bei verschiedenen Komprimierungsalgorithmen unterschiedlich, und die Bitrate kann auch niedriger sein. Die Tonqualität ist relativ hoch, beispielsweise ist die Tonqualität von aac mit mittlerer Bitrate besser als die von mp3 mit hoher Bitrate. Die CD-Bitrate beträgt 1411,2 kbps und es gibt einige verlustfreie Komprimierungen, die diesem Wert nahe kommen können, z. B. flac.
Die Abtastrate, KHz, ist die Anzahl der Punkte, an denen das Audioerfassungsgerät Audiosignale in einer Zeiteinheit erfasst. Im Allgemeinen wird angenommen, dass die Tonqualität umso höher ist, je höher die Abtastrate des gleichen Codieralgorithmus und die gleiche Bitrate ist. Die Vergleichsstandards zwischen verschiedenen Codierungsalgorithmen sind jedoch unterschiedlich. Derzeit werden 44,1 KHz und 48 KHz häufiger in Mobilgeräten verwendet, und die Abtastrate in Instant Messaging ist niedriger, möglicherweise 16 KHz oder weniger.
Die Anzahl der Kanäle, es wird allgemein angenommen, dass der Klang umso stereoskopischer ist, je größer die Anzahl der Kanäle ist. Echtzeitkommunikation kann monophon sein, und die Netzwerkübertragung verwendet oft zwei Kanäle. Minimales Mono, bis zu 5 Kanäle?
Tracks, Sounds von verschiedenen Instrumenten/Personen, bis zu 48 Tracks?
Komprimierungsverhältnis, im Vergleich zur Quell-Audiodatei ändert sich die Lautstärke nach der Komprimierung, z. B. 1/18, 1/12. Komprimierungsverhältnis opus>aac>ogg>mp3 (und wma)>ape>flac>wav (unter den gleichen Bedingungen der Tonquelle). Das Komprimierungsverhältnis von wma unter 192 kbps ist höher als das von mp3.
Die Tonqualität, verlustbehaftet oder verlustfrei, kann nach der Dekodierung in der Audioquelldatei wiederhergestellt werden. Klangqualitätsvergleich wav=flac=ape>aac=opus>ogg>mp3~wma
Frequenz, Hz, Niederfrequenz oder Hochfrequenz. Beachten Sie, dass das menschliche Ohr empfindlicher auf niederfrequente Signale reagiert. Beispielsweise entfernt der mp3-Komprimierungsalgorithmus alle hochfrequenten Signale.
Hardwareunterstützung, Geräteunterstützung auf der Aufnahme- und Wiedergabeseite, mp3>wma>aac~wav~opus>flac~ogg>ape.

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Audiokodierung.

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.

Methoden zum Komprimieren von digitalem Audio.

Methoden zum Komprimieren von digitalem Audio.

Audio Encoding

Methoden zur Informationskomprimierung bei der Arbeit mit Sound.

Audio Encoding

Je größer die Speicherkapazität der WT-Karte ist, desto realistischer ist der Klang (da mehr Samples im Speicher gespeichert sind, werden sie mit einer höheren Auflösung aufgenommen). Der allgemeine MIDI-Standard beschreibt mehr als 200 Instrumente. Zum Speichern Ihrer Sound-Samples (Tabellen) sind mindestens 8 MB Speicher erforderlich (mindestens 20 KB für jedes Sample).

Bekannte WF-Methode (Wave Form) zur Klangerzeugung, basierend auf der Umwandlung von Klängen in komplexe mathematische Formeln und der anschließenden Anwendung dieser Formeln zur Steuerung eines leistungsstarken Prozessors zur Wiedergabe des Klangs; Erwarten Sie von der WF-Synthese eine noch bessere Realität (im Vergleich zu FM- und WT-Technologien) von Musikinstrumenten, die mit begrenzten Volumina von Audiodateien spielen.

Um den Datenfluss zu reduzieren, werden andere analoge (Nicht-PCM-) Codierungsmethoden verwendet. Beispielsweise ist bekannt, dass eine Codierungstechnik, die auf bekannten Eigenschaften eines analogen Signals basiert, die gespeicherte Datenmenge signifikant reduziert; mit dem sogenannten -T wird die Codierung des analogen Signals in einen digitalen Code umgewandelt, der durch den Logarithmus der Größe des Signals (und nicht durch seine lineare Transformation) bestimmt wird. Der Nachteil dieses Verfahrens ist die Notwendigkeit, a priori Informationen über die Eigenschaften des ursprünglichen Signals zu haben.

Es sind Umwandlungsmethoden bekannt, die keine A-priori-Informationen über das ursprüngliche Signal erfordern. Wenn die Differenzialpulscodemodulation (DPCM, Differentialpulscodemodulation) die Einzelsignaldifferenz zwischen aktuellen und vorherigen Pegeln beibehält (die Differenz erfordert eine digitale Darstellung von weniger Bits als dem vollen Amplitudenwert). Bei der Delta-Modulation (DM, Delta-Modulation) besteht jeder Abtastwert aus einem einzelnen Bit, das das Vorzeichen der Änderung des ursprünglichen Signals bestimmt (Zunahme oder Abnahme); Die Delta-Modulation erfordert eine höhere Abtastrate. Bei differenziellen PCM-Technologien häufen sich Fehler im Laufe der Zeit. Daher werden spezielle Maßnahmen ergriffen, um den ADC regelmäßig zu kalibrieren.

Am häufigsten wird bei der Aufnahme von empfangenem Audio die adaptive Pulscodemodulation (ADPCM, Adaptive Pulscodemodulation) verwendet, bei der die Differenzsignale mit 8- oder 4-Bit-Codierung versehen werden. Die Technologie wurde erstmals von Creative Labs angewendet und bietet eine Datenkomprimierung von bis zu 4: 1.

Es werden jedoch häufig andere Komprimierungs- / Dekomprimierungsmethoden für Audioinformationen (Software) verwendet. Am beliebtesten ist in letzter Zeit das MP3-Format, das vom Fraunhofer IIS (Fraunhofer-Institut Integrierte Schaltungen, www.iis.fhg.de) und von THOMSON (die vollständige Spezifikation des MP3-Formats wird auf der Website www.mp3tech.org veröffentlicht) entwickelt wurde ). Der vollständige Name des MP3-Standards klingt wie MPEG-Audio Layer-3 (wobei MPEG die Essenz der Expertengruppe für bewegte Bilder ist, nicht zu verwechseln mit dem MPEG-3-Standard, der für die Verwendung in hochauflösendem Fernsehen entwickelt wurde).

Die MP3-Codierung von Daten erfolgt durch Zuweisung unabhängiger unabhängiger Datenblöcke: Frames. Zu diesem Zweck wird das ursprüngliche Signal während der Codierung in Teile gleicher Länge unterteilt, die als Frames bezeichnet werden, und separat codiert (um die Datenmenge weiter zu reduzieren, wird die Komprimierung unter Verwendung des Huffman-Algorithmus angewendet). Beim Decodieren wird das Signal aus einer Folge von decodierten Rahmen gebildet. Der Codierungsprozess nimmt viel Zeit in Anspruch. Die Dekodierung (während der Wiedergabe) erfolgt im laufenden Betrieb.

Das MP3-Format bietet die beste Klangqualität bei kleinster Dateigröße. Dies wird erreicht, indem die Besonderheiten des menschlichen Gehörs berücksichtigt werden, einschließlich des Effekts, ein schwaches Signal aus einem Frequenzbereich mit einem stärkeren Signal aus einem benachbarten Bereich (wenn es auftritt) oder ein starkes Signal aus dem vorherigen Rahmen zu maskieren, was a verursacht vorübergehende Abnahme der Empfindlichkeit des Ohrs gegenüber dem Signal des aktuellen Rahmens (mit anderen Worten, kleinere Geräusche werden eliminiert, die vom menschlichen Ohr aufgrund des Vorhandenseins eines anderen – lauteren Tons in diesem / vorherigen Moment nicht gehört werden). Es berücksichtigt auch die Unfähigkeit der meisten Menschen, Signale zu unterscheiden, die unter einem bestimmten Leistungspegel liegen und für verschiedene Frequenzbereiche unterschiedlich sind. Dieser Prozess wird als adaptive Codierung bezeichnet und speichert zumindest fundierte Details, die aus Sicht der menschlichen Wahrnehmung von Bedeutung sind. Das Komprimierungsverhältnis (daher die Qualität) wird nicht durch das MP3-Format bestimmt, sondern durch die Breite des Datenstroms während der Codierung.

Audiokodierung und -verarbeitung. Audiokodierung

Audiokodierung und -verarbeitung. Audiokodierung

Audio encoding

Es gibt drei Haupttypen von Audio-Ziffern:

lossless & lossy audio encoding

Format – keine Komprimierung;
Format (verlustbehaftet) – verlustbehaftete Komprimierung;
Format (verlustfrei): verlustfreie Komprimierung.
Verlustbehaftete Komprimierung: Technologie, bei der die codierte Datei im Vergleich zum Original erheblich reduziert wird, da Informationen entfernt werden, die vom menschlichen Ohr nicht wahrgenommen werden.

Der Nachteil dieser Technologie ist die Tatsache, dass die komprimierte Datei niemals mit dem Original identisch sein wird.

Verlustfrei – Verlustfreie komprimierte Audioformate, einschließlich:

FLAC (Free Lossless Audio Codec)
APE (Mono-Audio)
WV (WavPack)
Diese Formate können CDs unter Beibehaltung der Qualität in digitale Formate konvertieren. Als Beispiel können Sie eine CD nehmen, sie in WAV konvertieren, dann WAV in FLAC, dann von FLAC in WAV zurückkehren und sie dann auf eine leere CD brennen, und Sie haben eine absolut identische Kopie Ihrer Quelle.

Welches Format klingt die Musik mit der besten Qualität?
Am beliebtesten ist das verlustfreie FLAC-Format, und eines der am häufigsten verwendeten Konvertierungsprogramme von CD zu FLAC ist EAC (Exact Audio Copy).

Von allen Parametern des digitalen Audios müssen zunächst die folgenden Indikatoren beachtet werden:

Abtastrate (Genauigkeit der zeitlichen Digitalisierung eines analogen Signals),
Bitrate (die Menge an Informationen, die in der Datei in einer Sekunde enthalten sind).

Die Abtastrate ist die Frequenz, mit der digitales Audio verarbeitet wird. Die häufigste Abtastrate für hochwertige Audioformate beträgt 44,1 kHz.

Es ist allgemein anerkannt, dass eine hohe Bitrate die beste Qualität garantiert; Dies ist wahr, aber nur, wenn die Quelldatei von guter Qualität ist. Ein MP3 mit hoher Qualität sollte eine Bitrate von 320 kbps haben, ein FLAC-Format mit hoher Qualität hat jedoch im Allgemeinen eine Bitrate von 900 kbps oder mehr.

Was ist das beste Musikformat?
Zusätzlich zu den Audioformaten selbst werden für einen hochwertigen Musikklang auch hochwertige Wiedergabegeräte benötigt: Lautsprecher, Verstärker, Kopfhörer. Mit anderen Worten, wenn Sie billige Desktop-Lautsprecher und Kopfhörer verwenden, können Sie den Klang von hoher Qualität nicht vollständig genießen und das volle Potenzial verlustfreier Formate freisetzen.

Ohne auf technische Details einzugehen, können die folgenden Formate empfohlen werden:

Für das Hören zu Hause empfehle ich meiner Meinung nach das beste FLAC-Format. Für einen Audio-Player ist das MP3-Format mit einer Bitrate von mindestens 320 kbps eine gute Lösung. Persönlich verwende ich das FLAC-Format nur auf allen Geräten, da Sie aufgrund des Volumens der microSD-Karten eine ausreichende Datenmenge auf dem Player speichern können.

Bei den Geräten für die Wiedergabe hochwertiger Musik empfehle ich Ihnen, die folgenden Marken zu beachten:

Wenn preiswerte Akustik nicht zu Ihnen passt und Sie ein Fan hochwertiger Soundgeräte (Hi-Fi oder Hi-End) sind, liegt alles in Ihren Händen und Sie sind nur durch Ihr Budget begrenzt. Ich werde keine Empfehlungen geben.

Audiokodierung und -verarbeitung. Audiokodierung

Es gibt drei Haupttypen von Audio-Ziffern:

Der Nachteil dieser Technologie ist die Tatsache, dass die komprimierte Datei niemals mit dem Original identisch sein wird.

Verlustfrei – Verlustfreie komprimierte Audioformate, einschließlich:

Von allen Parametern des digitalen Audios müssen zunächst die folgenden Indikatoren beachtet werden:

Abtastrate (Genauigkeit der zeitlichen Digitalisierung eines analogen Signals),
Bitrate (die Menge an Informationen, die in der Datei in einer Sekunde enthalten sind).

Die Abtastrate ist die Frequenz, mit der digitales Audio verarbeitet wird. Die häufigste Abtastrate für hochwertige Audioformate beträgt 44,1 kHz.

Es ist allgemein anerkannt, dass eine hohe Bitrate die beste Qualität garantiert; Dies ist wahr, aber nur, wenn die Quelldatei von guter Qualität ist.