Mit welchen Methoden wird digitales Audio effektiv komprimiert?
Derzeit sind Audio MPEG, PASC und ATRAC die bekanntesten. Alle verwenden die sogenannte “Wahrnehmungscodierung” (Wahrnehmungscodierung), bei der Informationen, die vom Ohr kaum wahrgenommen werden, aus dem Tonsignal entfernt werden.
Infolgedessen bleibt Ihre Hörwahrnehmung trotz der Änderung der Form und des Spektrums des Signals praktisch unverändert, und das Kompressionsverhältnis rechtfertigt eine leichte Qualitätsminderung. Eine solche Codierung bezieht sich auf verlustbehaftete Komprimierungsverfahren, bei denen es nicht mehr möglich ist, die ursprüngliche Wellenform aus dem komprimierten Signal genau wiederherzustellen.
Techniken zum Entfernen einiger Informationen basieren auf einer Eigenschaft des menschlichen Gehörs, die als Maskierung bezeichnet wird: Wenn das Schallspektrum ausgeprägte Spitzen (dominante Harmonische) aufweist, werden die schwächsten Frequenzkomponenten in unmittelbarer Nähe praktisch nicht wahrgenommen (maskiert) nach Ohr. Während der Codierung wird der gesamte Audiostream in kleine Frames unterteilt, von denen jeder in eine Spektraldarstellung umgewandelt und in mehrere Frequenzbänder unterteilt wird. Innerhalb von Bändern werden maskierte Töne erkannt und entfernt, wonach jeder Frame direkt in spektraler Form einer adaptiven Codierung unterzogen wird. All diese Vorgänge ermöglichen es, die Datenmenge erheblich (mehrmals) zu reduzieren und gleichzeitig die für die meisten Hörer akzeptable Qualität beizubehalten.
Jedes der beschriebenen Codierungsverfahren ist durch die Bitrate gekennzeichnet, mit der die komprimierte Information in den Decodierer eintreten muss, wenn das Audiosignal wiederhergestellt wird. Der Decodierer wandelt eine Reihe komprimierter Momentansignalspektren in eine herkömmliche digitale Wellenform um.
Audio MPEG ist eine Gruppe von Audiokomprimierungstechniken, die von MPEG (Moving Pictures Experts Group) standardisiert wurden. Es gibt verschiedene Arten von MPEG-Audiomethoden: MPEG-1, MPEG-2 usw.; Derzeit ist MPEG-1 der häufigste Typ.
Es gibt drei MPEG-1-Audioebenen zum Komprimieren von Stereosignalen:
Komprimierungsverhältnis 1 – 1: 4 mit einem Datenstrom von 384 kbps;
2-1: 6..1: 8 bei 256..192 kbps;
3 – 1: 10..1: 12 bei 128..112 kbps.
Die minimale Datenrate auf jeder Schicht ist als 32 kbps definiert. Die angegebenen Bitraten halten die Signalqualität nahe an der einer CD.
Alle drei Schichten verwenden eine Frameingangsspektraltransformation, die in 32 Frequenzbänder unterteilt ist. Der hinsichtlich Datenvolumen und Klangqualität optimalste Pegel wird als Pegel 3 mit einer Bitrate von 128 kbps und einer Datendichte von ca. 1 Mb / min erkannt. Beim Komprimieren bei niedrigeren Geschwindigkeiten beginnt die erzwungene Begrenzung des Frequenzbandes auf 15-16 kHz, und es treten auch Phasenverzerrungen der Kanäle auf (Effekt wie ein Phaser oder Flanger).
MPEG-Audio wird in Computer-Soundsystemen, CD-i / DVD, “Audio” -CD-ROM, digitalem Radio / Fernsehen und anderen Massen-Audioübertragungssystemen verwendet.
PASC (Precision Adaptive Subband Coding) ist ein Sonderfall von Audio MPEG-1 Layer 1 mit einer Bitrate von 384 kbps (1: 4-Komprimierung). Wird im DCC-System verwendet.
ATRAC (Adaptive TRansform Acoustic Coding) basiert auf einem Stereo-Audioformat mit 16-Bit-Quantisierung und einer Abtastrate von 44,1 kHz. Bei der Komprimierung ist jeder Frame in 52 Frequenzbänder unterteilt, was zu einer Übertragungsrate von 292 kbps (1: 5-Komprimierung) führt. Wird im MiniDisk-System verwendet.