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

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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.

Erfahren Sie, wie die Datenkomprimierung funktioniert

Erfahren Sie, wie die Datenkomprimierung funktioniert

Audio data compression

Vor vielen, vielen Jahren sollte das Internet die Kraft sein, die die Musikindustrie demokratisieren würde, die physische Verbreitung sollte überholt sein und es war möglich, Musik im Internet zu veröffentlichen und von Millionen von Zuschauern gehört zu werden.

Audio Data Compression

In der Tat haben Enthusiasten und Unternehmen Websites erstellt, auf denen Fans neue Musik hören können, das MP3-Format hat es einfach gemacht, Songs für Kritiker zu platzieren, und Musikdemostücke helfen jetzt dabei, eine CD oder LP physisch zu verkaufen. Es ist nicht schwierig, Ihre Musik ins Internet zu stellen. Wenn Sie jedoch kein Star der ersten Größenordnung sind, müssen Sie die Platzierung der Daten in komprimiertem Format akzeptieren, um Speicherplatz auf dem Server zu sparen und den Download zu speichern. Zeit für diejenigen, die ihr Meisterwerk herunterladen. Obwohl es viele Kritiker von MP3 gibt, gibt es Möglichkeiten, einige der Einschränkungen dieses Formats zu umgehen.

Das MP3-Format basiert auf der Verwendung von Datenkomprimierungsalgorithmen, mit denen die zum Abspielen von Musik erforderliche Datenmenge reduziert werden kann. Komprimierungsalgorithmen in MP3 funktionieren mit Datenverlust. Sie funktionieren nicht wie Zip- oder Rar-Komprimierungsalgorithmen, die die Originaldatei ohne Datenverlust wiederherstellen. MP3-Algorithmen verwerfen “unnötige” Daten. Wenn eine Spur beispielsweise viel Sound mit hohem Pegel enthält, kann der Algorithmus davon ausgehen, dass Sie kein Material mit niedrigem Pegel hören können, und denken, dass nur 24 dB Dynamikbereich für diesen Teil des Audiomaterials ausreichen. Es werden nur 4 Datenbits benötigt, ein Viertel der Daten, die für die 16-Bit-Auflösung benötigt werden. Leider ist es schwierig, die Klangqualität von Musik beim Komprimieren beizubehalten, aber es ist möglich. Eine Möglichkeit besteht darin, Algorithmen wie FLAC oder einige von Microsoft und Apple für ihre Audioformate angebotene Algorithmen zu verwenden, die ohne Datenverlust funktionieren. Diese Algorithmen führen jedoch nicht zu einer signifikanten Verringerung der Dateigröße. Bei komplexer Musik kann die Größenreduzierung nur 10-20% betragen.

Obwohl es viele Algorithmen zum Komprimieren von Audiodaten gibt, sind nur einige die häufigsten:

MP3. Dieses Format ermöglicht mehrere Codierungsebenen. Sie können Audiodateien nahezu jeder Größe mit einer kleineren Größe mit größerem Genauigkeitsverlust erstellen. Es gibt viele kostenlose und Shareware-MP3-Player (wie iTunes und Windows Media Player). Zum Codieren von MP3 können Sie iTunes und die meisten digitalen Audio-Editoren verwenden.

AAC. Als natives iPod-Format ist dieses Format sehr beliebt und klingt nach Ansicht der meisten Benutzer bei gleicher Dateigröße besser als MP3. ITunes kann Dateien in AAC konvertieren.

Windows Media Audio. Das Format wird von Windows beworben, jedoch weniger häufig als MP3 oder AAC verwendet. Die WMA-Klangqualität ist im Allgemeinen besser als bei MP3. Während Microsoft Benutzern keine WMA-Wiedergabesoftware für die Mac-Plattform anbietet, kann das Dienstprogramm Flip4Mac (kostenlose Version verfügbar) Windows Media-Formate auf dem Mac abspielen.

Ogg Vorbis. Ein großartiges, aber selten verwendetes Format, das bei gleicher Bitrate besser als MP3 klingt. Im Gegensatz zu MP3 sind die Codierungstools für Entwickler kostenlos. Ogg Vorbis-Dateien sind noch nicht weit verbreitet, aber bei fortgeschrittenen technischen Benutzern beliebt.

FLAC. Dieses beliebte verlustfreie Format wird von vielen tragbaren Musik-Playern nicht unterstützt, aber Musiker verwenden häufig FLAC, um Dateien auszutauschen, wenn sie an gemeinsamen Projekten arbeiten. Hohe Klangqualität bleibt erhalten.

Obwohl MP3 nicht die beste Qualität bietet, wird dieses Format am häufigsten verwendet, wenn Audiodateien im Netzwerk abgelegt werden. Alle Spieler können MP3 abspielen. Es ist wichtig, die richtigen MP3-Einstellungen zu wählen. Beim Codieren von Dateien in MP3 ist es immer am besten, eine hochwertige Quelldatei ohne Komprimierung zu verwenden. Wählen Sie dann die Komprimierungseinstellungen. Beim Speichern im MP3-Format können Sie im Allgemeinen zwischen verschiedenen Bitraten (Bits pro Sekunde) wählen, von 320 kbit / s Stereo (hervorragende Qualität, aber auch eine ziemlich große Datei) bis 8 kbit / s Mono (gut genug für Diktate). Zusätzlich zu den festen Einstellungen gibt es eine VBR-Codierung (Variable Bit Rate), die den Bitstrom entsprechend dem Wiedergabematerial optimiert. Die VBR-Codierung wird daher nicht von allen Spielern unterstützt.