Audiokomprimierung, wie es funktioniert Teil 2


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Audiokomprimierung, wie es funktioniert Teil 2

Audio compression

Redundante Informationen für Übertragungssignale

Audio compression

Die digitale Audiokompressionscodierung komprimiert das Audiodatensignal so weit wie möglich unter der Prämisse sicherzustellen, dass das Signal nicht hörbar verzerrt wird. Die digitale Audiokompressionscodierung wird implementiert, indem redundante Komponenten in Tonsignalen entfernt werden. Sogenannte redundante Komponenten beziehen sich auf Signale im Audio, die vom menschlichen Ohr nicht wahrgenommen werden können und nicht dazu beitragen, die Klangfarbe, Tonhöhe und andere Informationen des Klangs zu bestimmen. Redundante Signale umfassen Audiosignale außerhalb des Bereichs des menschlichen Gehörs und maskierte Audiosignale. Beispielsweise beträgt der vom menschlichen Ohr wahrnehmbare Frequenzbereich des Schallsignals 20 Hz bis 20 KHz, und andere Frequenzen als diese Frequenz, die vom menschlichen Ohr nicht wahrgenommen werden können, können als redundante Signale betrachtet werden. Außerdem wird gemäß den physiologischen und psychoakustischen Phänomenen des menschlichen Ohrs, wenn ein starkes Signal und ein schwaches Signal gleichzeitig vorhanden sind, das schwache Signal durch das starke Signal maskiert und kann nicht gehört werden, so dass das schwache Signal sein kann als redundantes Signal angesehen. Nicht senden. Dies ist der Maskierungseffekt des menschlichen Gehörs, der sich hauptsächlich in dem spektralen Maskierungseffekt und dem Zeitbereichsmaskierungseffekt manifestiert, die im Folgenden dargestellt werden:
Spektrale Maskierungseffekte.
Nachdem die Schallenergie einer Frequenz unter einer bestimmten Schwelle liegt, wird sie vom menschlichen Ohr nicht mehr gehört, und diese Schwelle wird als minimale hörbare Schwelle bezeichnet. Wenn ein anderer Ton mit höherer Energie auftritt, erhöht sich der Schwellenwert nahe der Frequenz des Tons erheblich, was als Maskierungseffekt bekannt ist.

Maskierungseffekte im Zeitbereich.
Beim gleichzeitigen Auftreten von starken und schwachen Signalen kommt es auch im Zeitbereich zu einem Maskierungseffekt. Das heißt, wenn die beiden zeitlich sehr nahe beieinander liegen, tritt auch der Maskierungseffekt auf. Die Zeitdomänenmaskierung ist in drei Teile unterteilt: Vormaskierung, simultane Maskierung und Nachmaskierung. Vormaskierung bezieht sich auf die kurze Zeit, bevor das menschliche Ohr ein starkes Signal hört, das bereits vorhandene schwache Signal wird maskiert und kann nicht gehört werden. Gleichzeitige Maskierung bedeutet, dass bei gleichzeitigem Vorhandensein eines starken und eines schwachen Signals das schwache Signal durch das starke Signal maskiert wird und nicht gehört werden kann. Post-Masking bedeutet, dass es lange dauert, bis das schwache Signal wieder zu hören ist, wenn das starke Signal verschwindet, was als Post-Masking bezeichnet wird. Diese schwach maskierten Signale können als redundante Signale betrachtet werden.


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Audiokomprimierung, wie es funktioniert

Audiokomprimierung, wie es funktioniert

Audio compression

Audiokomprimierung

audio compression

 

Die Audiokomprimierungstechnologie bezieht sich auf die Anwendung einer geeigneten digitalen Signalverarbeitungstechnologie auf den ursprünglichen digitalen Audiosignalstrom (PCM-Codierung), ohne die Menge nützlicher Informationen zu verlieren, oder unter der Bedingung, dass der eingeführte Verlust unbedeutend ist, seinen Code zu reduzieren (komprimieren). Rate und wird auch als Komprimierungscodierung bezeichnet.

Es muss eine entsprechende inverse Transformation haben, die als Dekomprimierung oder Dekodierung bezeichnet wird. Das Audiosignal kann viel Rauschen und einige Verzerrungen einführen, nachdem es ein Codec-System durchlaufen hat

Die Audiokomprimierungstechnologie bezieht sich auf die Anwendung einer geeigneten digitalen Signalverarbeitungstechnologie auf den ursprünglichen digitalen Audiosignalstrom (PCM-Codierung), ohne die Menge nützlicher Informationen zu verlieren, oder unter der Bedingung, dass der eingeführte Verlust unbedeutend ist, wodurch seine Coderate reduziert (komprimiert) wird , und wird auch als Komprimierungscodierung bezeichnet. Es muss eine entsprechende inverse Transformation haben, die als Dekomprimierung oder Dekodierung bezeichnet wird. Audiosignale können nach dem Passieren eines Codec-Systems viel Rauschen und einige Verzerrungen einführen. Die Vorteile des digitalen Signals liegen auf der Hand, aber es hat auch seine eigenen entsprechenden Nachteile, dh erhöhte Speicherkapazitätsanforderungen und erhöhte Kanalkapazitätsanforderungen während der Übertragung. Bei einer CD als Beispiel beträgt die Abtastfrequenz 44,1 kHz und die Quantisierungsgenauigkeit 16 Bit, sodass ein Stereo-Audiosignal für 1 Minute etwa 10 MB Speicherkapazität belegen muss, dh nur die Kapazität eines CD-Plattenspielers etwa 1 Stunde. Natürlich ist das Problem in der Welt von digitalem Video mit viel höherer Bandbreite sogar noch ausgeprägter. Sind all diese Bits notwendig? Die Studie ergab, dass es eine große Redundanz bei der direkten Verwendung des PCM-Codestroms für die Speicherung und Übertragung gibt. Tatsächlich kann Ton unter verlustfreien Bedingungen auf mindestens 4:1 komprimiert werden, dh nur 25 % der digitalen Menge werden verwendet, um alle Informationen zu erhalten, und das Komprimierungsverhältnis im Videobereich kann sogar mehrere hundert Mal betragen. Daher hat die Komprimierungstechnologie seit ihrer Einführung viel Aufmerksamkeit erhalten, um begrenzte Ressourcen zu verwenden. Die Erforschung und Anwendung der Audiokomprimierungstechnologie hat eine lange Geschichte, wie die A-Law-Codierung ist u-Law eine einfache, fast sofortige Komprimierungstechnologie und wurde bei der ISDN-Sprachübertragung angewendet. Die Erforschung von Sprachsignalen wurde zuvor entwickelt und ist ausgereift und weit verbreitet, wie z. B. adaptive differentielle PCM (ADPCM), lineare prädiktive Codierung (LPC) und andere Technologien.

Audiokomprimierung für Musikliebhaber

Audiokomprimierung für Musikliebhaber

Lossy compression

Die Wahrheit über verlustbehaftete Komprimierung mit hoher Bitrate

lossy compression

Nach Meinung der meisten Menschen wird das Wort Musikliebhaber am häufigsten mit einer Person in Verbindung gebracht, die nicht nur Musik liebt und sammelt, sondern auch hochwertige Musik schätzt, und zwar nicht nur in künstlerischer und ästhetischer Hinsicht. aber auch die Qualität der Aufnahme des Tonträgers selbst. Denken Sie nur, vor einigen Jahren galt eine Audio-CD als Standard für die Musikqualität, während ein Computer selbst in Träumen nicht mit der Qualität einer CD mithalten konnte. Die Zeit ist jedoch ein großartiger Witzbold, und er stellt die Dinge oft gerne auf den Kopf. Es scheint, dass eine ganze Weile, ein oder zwei Jahre vergangen sind und … das war’s, die CD auf dem PC trat in den Hintergrund. Fragen Sie nicht “warum?”, Sie kennen die Antwort auf diese Frage selbst. Alles ist schuld an der Revolution in der Welt des Computer-Sounds: Audiokomprimierung (im Folgenden als Audiolo-Komprimierung bezeichnet, was eine verlustbehaftete Komprimierung bedeutet, um die Größe der Audiodatei zu verringern), die es ermöglichte, Musik auf der Festplatte zu speichern hart, viel Musik! Darüber hinaus war es möglich, es über das Internet auszutauschen. Es wurden neue Soundkarten veröffentlicht, die in der Lage sind, Studioqualität aus einer Hardware, die in Bezug auf Musik nutzlos erscheint, fast zu “quetschen”. Selbst wenn Sie heute einen Computer haben, dessen Leistung nicht sehr intelligent ist, haben Sie sich heute einen Creative SoundBlaster Live! und wenn Sie daran denken, dass es seit der Sowjetzeit einen guten Verstärker und eine gute Akustik gibt, erhalten Sie nur ein hochwertiges Musikzentrum, dessen Klang nur sehr teuren Audiogeräten (durchschnittlicher oder sogar höchster HiFi-Kategorie) unterlegen ist ). Fügen Sie dazu die allgemeine Verfügbarkeit von Musikdateien hinzu und Sie verstehen, dass Sie die Macht in Ihren Händen haben. Und dann gibt es eine Revolution, und Sie verstehen, dass eine CD nicht mehr so ​​praktisch ist. Sie sind fasziniert von etwas völlig anderem: den magischen “MP3” -Schildern. Du kannst nicht essen oder schlafen; Sie stehen vor der scheinbar unlösbaren Frage “Huhn und Ei”: Wie man “drückt” und vor allem wie man “drückt” …

Hier werde ich Ihnen helfen. Dieser Artikel ist der Beginn meiner neuen Reihe von Informationsmaterialien zur Musik am Computer. Seit mehr als einem Jahr entwickle ich OrlSoft MPeg eXtension und pflege eine umfangreiche Datenbank mit MP3-Dateien. Ich habe viel über Audiokomprimierung geforscht. Es sind diese Studien, die ich versuchen werde, mit Ihnen zu teilen. Viele Artikel wurden von verschiedenen angesehenen Autoren über Audiokomprimierung geschrieben, daher werde ich versuchen, nicht das zu schreiben, was ich in anderen Informationsquellen leicht finden kann. Ich möchte meine Position zu dem Thema, über das wir nachdenken, einfach und klar darlegen. Wir werden die Audiokomprimierung nicht als möglichst kompaktes Tool betrachten, um Audioinformationen auf Ihre Festplatte zu übertragen (damit Sie dort so viele Stunden Musik aufnehmen können). Ja, mit der Komprimierung können Sie Musik kompakter aufnehmen. Mein Ziel ist es jedoch, den Qualitätsverlust zu minimieren, indem Sie “reines” Audio in komprimiertes Audio konvertieren. Aus diesem Grund werden in diesen Modi nur hohe Bitraten und qualitativ komprimierende Codierer berücksichtigt. So ist es viel bequemer, mit komprimiertem Audio zu arbeiten – sofortiger Zugriff auf jeden Titel von jedem Album aus, praktische Software für die Wiedergabe. Und natürlich wurde auch das finanzielle Problem nicht vergessen.

Von den heute existierenden Audiokomprimierungsformaten verdienen meiner Meinung nach drei Aufmerksamkeit: MP3 (oder MPEG-1 Audio Layer III), LQT (als Vertreter der MPEG-2 AAC / MPEG-4-Familie) und a Komplett neues OGG-Format (Ogg Vorbis), entwickelt von einer Gruppe von Enthusiasten:

MP3 wird bei weitem am häufigsten verwendet (hauptsächlich, weil es kostenlos ist). Ich möchte Sie daran erinnern, dass dank des MP3-Formats die siegreiche Prozession von komprimiertem Audio stattgefunden hat. Wie so oft bei Pionieren, verliert es jedoch nach und nach an Boden und weicht neuen und besseren Formaten.
Das zweite Format, LQT, ist ein Vertreter einer neuen Richtung von Audiocodierungsalgorithmen, ein Vertreter der AAC-Familie. Dies ist ein ziemlich hochwertiges, aber kommerzielles und hoch klassifiziertes Format.
OGG wurde in diesem Sommer in der Öffentlichkeit bekannt und entwickelt sich derzeit rasant weiter. Bald (mit der Einführung von Encoder und Decoder) sollte es MP3 mit besserer Klangqualität und kleinerer Dateigröße übertreffen.