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Was ist Bitrate?

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Was ist Bitrate?

Bitrate

Bitrate: Die Anzahl der Informationsbits, die zum Speichern oder Übertragen einer Sekunde der Datenübertragung verwendet werden: Video- und / oder Audioaufzeichnungen, einschließlich komprimierter.

Die Bitrate wird in Bit pro Sekunde (Bit / s, bps) sowie in abgeleiteten Werten ausgedrückt: Kilo (kbps, kbps), Mega (Mbps, Mbps) usw.

Bei Streaming-Video- und Audioformaten (wie MPEG und MP3), die eine verlustbehaftete Komprimierung verwenden]] drückt die Bitrate den Grad der Komprimierung des Streams aus. Meistens wird die Video- und Audio-Bitrate in Megabit pro Sekunde gemessen.

Durch Erhöhen der Bitrate wird die Videoaufnahmequalität erheblich verbessert, was sich insbesondere bei der Aufnahme dynamischer Szenen und kleiner Details bemerkbar macht.

Codierungsmodi
Es gibt drei Komprimierungsmodi für die Datenübertragung:

CBR (konstante Bitrate): mit konstanter Bitrate;
VBR (variable Bitrate): mit variabler Bitrate;
ABR (Average Bit Rate): mit einer durchschnittlichen Bitrate.

Konstante Bit-Rate
Konstante Bitrate, CBR – Eine Variante der Streaming-Datencodierung, bei der zunächst die erforderliche Bitrate eingestellt wird, die sich in der gesamten Datei nicht ändert.

Der Hauptvorteil ist die Möglichkeit, die Größe der endgültigen Datei ziemlich genau vorherzusagen.

Die Option mit konstanter Bitrate ist jedoch nicht sehr gut für Video- oder Audioinhalte geeignet, deren Dynamik sich im Laufe der Zeit ändert, da sie kein optimales Verhältnis von Größe zu Qualität bietet.

Variable Bitrate
Bei einer variablen Bitrate wählt der VBR-Codec den Wert der Bitrate basierend auf den Parametern (dem Niveau der gewünschten Qualität) aus, und während des codierten Segments kann sich die Bitrate ändern.

Diese Methode bietet das beste Qualitäts- / Größenverhältnis für die Ausgabedatei, ihre genaue Größe ist jedoch sehr unvorhersehbar. Abhängig von der Art des Tons (oder des Bildes bei der Videokodierung) kann sich die Größe der resultierenden Datei mehrmals unterscheiden.

Durchschnittliche Bitrate
Die durchschnittliche Bitrate ABR ist eine Mischung aus konstanten und variablen Bitraten: Der Wert in Mbit / s wird vom Benutzer festgelegt und vom Programm innerhalb bestimmter Grenzen variiert. Im Gegensatz zu VBR achtet der Codec jedoch darauf, die maximal und minimal möglichen Werte zu verwenden, ohne das Risiko einzugehen, über den vom Benutzer angegebenen Durchschnitt hinauszugehen. Diese Methode ermöglicht die flexibelste Einstellung der Verarbeitungsgeschwindigkeit und eine viel höhere Genauigkeit (im Vergleich zu VBR) bei der Vorhersage der Größe der Ausgabedatei.

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Was ist digitales Audio?

Was ist digitales Audio?

Digital Audio

Digitaler Sound ist nichts anderes als eine Kombination von Zahlen.

DIGITAL AUDIO

Mit einem bestimmten Algorithmus wird Ton wie Luftdruck in Datenströme umgewandelt und zur weiteren Verarbeitung und Wiedergabe codiert. Abhängig vom verwendeten Algorithmus hat die Musikdatei das eine oder andere Format, die eine oder andere Erweiterung.

Denken Sie daran, dass es neben digitalem Ton auch analogen Ton gibt, der durch ein kontinuierliches elektrisches Signal dargestellt wird, das die Änderung der Schallwelle widerspiegelt. Die Analog-Digital-Tonumwandlung ist eine Einstellung des numerischen Werts der Amplitude zu einem bestimmten Zeitpunkt mit einer bestimmten Wertedichte. Je mehr Werte aufgezeichnet werden, desto zuverlässiger und genauer wird das Bild des digitalisierten Klangfragments neu erstellt. Bei einer solchen Digitalisierung entstehen sehr umfangreiche Datenmatrizen, die sich je nach verwendetem Format im Verhältnis von Klangqualität zu Lautstärke der endgültigen Datei unterscheiden.

Möglicherweise ist der Hauptvorteil von digitalem Audio gegenüber analogem die Möglichkeit, Daten unbegrenzt zu speichern und zu kopieren, ohne die ursprüngliche Qualität zu verlieren (während beim Kopieren von einem analogen Medium auf ein anderes eine Abnahme der Aufnahmequalität deutlich zu spüren ist).

Das heute am weitesten verbreitete und beliebteste digitale Audioformat ist MP3 (MPEG Layer 3). Es wurde nach einer Reihe von Zwischenformaten und Untersuchungen entwickelt, die 1987 vom Fraunhofer-Institut in Deutschland gestartet wurden.

Die Entwickler des Formats standen vor der Aufgabe, die Kosten für den Versand langer Musikfragmente zu vereinfachen und zu senken. Wie Sie wissen, nimmt eine Minute eines Stereosignals von einer CD (16-Bit-, 44,1-kHz-Abtastrate) etwa zehn Megabyte Speicherplatz ein. Gleichzeitig kann das Audiosignal im Gegensatz zu Text- oder Grafikdateien nicht ohne Qualitätsverlust komprimiert werden. Daher dauert die Modemübertragung einer unkomprimierten Komposition von einer 3-minütigen Audio-CD mit einer Datenübertragungsrate von beispielsweise 24 kbps mehrere Stunden. Wissenschaftlern des Fraunhofer-Instituts gelang es, eine Komprimierung mehrerer Dateigrößen zu erreichen: Durchschnittlich dauert eine Minute eines komprimierten Audiosignals im MP3-Format etwa 1 Megabyte. Das Prinzip der Komprimierung basiert auf der Eliminierung “unnötiger” Geräusche aus der Musikdatei, gegen die das menschliche Ohr immun ist oder die sich gegenseitig duplizieren.

Der Hauptfaktor, der die Beziehung zwischen Dateigröße und Klangqualität innerhalb eines bestimmten Formats bestimmt, ist die Bitrate. Die Bitrate ist ein Indikator dafür, wie viele Informationen eine Sekunde Sound codiert. Je höher es ist, desto weniger Verzerrungen und desto näher ist die codierte Komposition am Original. Die im Internet am häufigsten verwendeten Kompositionen mit Bitraten von 128 und 192 Kbit / s. Die maximale Bitrate, die von Programmen und Geräten unterstützt wird, die mit MP3 arbeiten, beträgt 320 Kbit / s. In der Praxis kann nur ein Experte oder ein Fachmann, der mit Ton arbeitet, die Unterschiede zwischen a und 1 feststellen MP3-Datei mit einer Bitrate von 320.

Um die Größe von MP3-Musikdateien bei gleichbleibender Qualität zu optimieren, wird eine variable Bitrate (Abkürzung VBR – Variable Bitrate) verwendet. In diesem Fall unterteilt das Codierungsprogramm die Datei in Fragmente unterschiedlicher spektraler Sättigung und codiert sie mit einer geeigneten Bitrate. Die meisten modernen MP3-Player unterstützen die Wiedergabe mit variabler Bitrate. Ein wesentlicher Vorteil von MP3-Dateien besteht darin, dass sie den Namen des Künstlers, den Namen des Titels und des Albums, das Jahr seiner Veröffentlichung usw. enthalten können. Der Satz dieser Daten wird als ID3-Tags bezeichnet. Die meisten modernen Spieler können sie lesen und auf dem Bildschirm anzeigen.

Im Jahr 2001 entwickelten Swedish Coding Technologies und Thomson Multimedia den MP3 Pro-Codec. Es ist MP3-basiert und daher vollständig MP3-abwärtskompatibel und nur teilweise vorwärtskompatibel. Es verwendet die SBR-Technologie (Spectral Band Replication), sodass der Codec bei niedrigen Bitraten eine gute Qualität bietet. Die Codierungsqualität bei mittleren bis hohen Bitraten ist jedoch schlechter als die der meisten anderen Codecs. Aus diesem Grund wird dieses Format hauptsächlich für Sendungen im Internet und Demonstrationen von Fragmenten neuer Musikkompositionen verwendet.

Eine andere Art von MP3 war die Entwicklung von MP3 Surround, die kürzlich von den Machern von MP3 eingeführt wurde: dem Fraunhofer-Institut. Dieses Format wiederholt alle Eigenschaften von Mehrkanalton und ist dennoch mit Standard-Stereo-MP3 kompatibel: Informationen, die die räumlichen Eigenschaften des Tons beschreiben, werden auf einer zusätzlichen Spur aufgezeichnet. Durch Abspielen von Dateien dieses Formats auf speziellen Geräten, die diese Spur lesen können, erhalten Sie Surround-Sound, der dem Surround 5.1-Standard entspricht.

Missverständnisse über digitales Audio

Missverständnisse über digitales Audio

Digital Audio

Je höher die Bitrate, desto besser die Spur

Dies ist nicht immer der Fall. Lassen Sie mich zunächst daran erinnern, welche Bitrate t (Bitrate statt Bitterkeit). Tatsächlich ist dies die Datenrate in Kilobit pro Sekunde während der Wiedergabe. Das heißt, wenn wir die Größe der Spur in Kilobit nehmen und durch ihre Dauer in Sekunden dividieren, erhalten wir ihre Bitrate, den Aufruf. Dateibasierte Bitrate (FBR), die sich normalerweise nicht zu stark von der Bitrate des Audiostreams unterscheidet (der Grund für die Unterschiede ist das Vorhandensein von Metadaten auf der Spur: Tags, “eingebettete” Bilder usw.) .

Digital audio

Nehmen wir nun ein Beispiel: Die auf einer normalen Audio-CD aufgezeichnete unkomprimierte PCM-Audio-Bitrate wird wie folgt berechnet: 2 (Kanäle) × 16 (Bits pro Abtastung) × 44100 (Abtastungen pro Sekunde) = 1411200 (bps) ) = 1411.2 kbps … Lassen Sie uns nun den Track mit einem verlustfreien Codec (“verlustfrei” – “verlustfrei”, dh einem, der nicht zu Datenverlust führt), zum Beispiel dem FLAC-Codec, greifen und komprimieren. Infolgedessen erhalten wir eine niedrigere Bitrate als das Original, aber die Qualität bleibt unverändert. Hier ist deine erste Gegenargumentation.

Hier ist noch etwas hinzuzufügen. Die verlustfreie Komprimierungsausgangsbitrate kann sehr unterschiedlich sein (ist jedoch im Allgemeinen niedriger als bei unkomprimiertem Audio). Dies hängt von der Komplexität des komprimierten Signals bzw. von der Datenredundanz ab. Einfachere Signale werden also besser komprimiert (dh wir haben eine kleinere Dateigröße bei gleicher Dauer => niedrigere Bitrate), und komplexere Signale sind schlechter. Deshalb hat verlustfreie klassische Musik eine niedrigere Bitrate als beispielsweise Rock. Es muss jedoch betont werden, dass die Bitrate hier in keiner Weise ein Indikator für die Qualität des Klangmaterials ist.

Lassen Sie uns nun über verlustbehaftete Komprimierung sprechen. Zunächst müssen Sie verstehen, dass es viele verschiedene Encoder und Formate gibt, und selbst innerhalb desselben Formats kann sich die Codierungsqualität für verschiedene Encoder unterscheiden (z. B. QuickTime AAC-Codierungen sind viel besser als veraltete FAAC), ganz zu schweigen von der Überlegenheit von moderne Formate (OGG Vorbis, AAC, Opus) in MP3. Einfach ausgedrückt, von zwei identischen Spuren, die von verschiedenen Encodern mit derselben Bitrate codiert wurden, klingen einige besser und andere schlechter.

Es gibt auch eine Aufwärtskonvertierung. Das heißt, Sie können einen Titel im MP3-Format mit einer Bitrate von 96 kbps aufnehmen und in MP3 mit 320 kbps konvertieren. Die Qualität wird sich nicht nur nicht verbessern (schließlich können Daten, die während der vorherigen 96-kbit / s-Codierung verloren gegangen sind, nicht zurückgegeben werden), sondern auch noch schlechter werden. Es ist erwähnenswert, dass bei jeder verlustbehafteten Codierungsstufe (bei jeder Bitrate und jedem Codierer) eine gewisse Verzerrung in das Audio eingeführt wird.

Und noch mehr. Es gibt noch eine Nuance. Wenn beispielsweise die Bitrate eines Audiostreams 320 kbit / s beträgt, bedeutet dies nicht, dass die 320 kbit / s genau in dieser Sekunde codiert wurden. Dies ist typisch für die Codierung mit konstanter Bitrate und für Fälle, in denen eine Person in der Hoffnung auf höchste Qualität eine zu hohe konstante Bitrate erzwingt (z. B. Einstellen von CBR auf 512 kbps für Nero AAC ). Wie Sie wissen, wird die Anzahl der einem bestimmten Rahmen zugewiesenen Bits durch das psychoakustische Modell reguliert. Falls der zugewiesene Betrag jedoch viel niedriger als die eingestellte Bitrate ist, wird auch die Bitablagerung nicht gespeichert (Begriffe siehe Artikel “Was ist CBR, ABR, VBR?”) – Als Ergebnis erhalten wir nutzlose “Null-Bits”, die die Frame-Größe einfach auf die gewünschte “umbrechen” (dh die Größe des Streams auf die angegebene Größe erhöhen). Dies ist übrigens leicht zu überprüfen: Komprimieren Sie die resultierende Datei mit einem Aktenschrank (vorzugsweise 7z) und betrachten Sie das Komprimierungsverhältnis – je mehr, desto mehr Null-Bits (da sie zu Redundanz führen), desto mehr Speicherplatz wird verschwendet.

Verlustbehaftete Codecs (MP3 und andere) können mit moderner elektronischer Musik umgehen, aber klassische (akademische), Live- und Instrumentalmusik nicht effizient codieren.
Die “Ironie des Schicksals” ist hier, dass tatsächlich alles genau das Gegenteil ist. Wie Sie wissen, folgt akademische Musik in den allermeisten Fällen melodischen und harmonischen Prinzipien sowie der Instrumentalkomposition. Aus mathematischer Sicht führt dies zu einer relativ einfachen harmonischen Komposition der Musik.