Audio-Codecs
Codecs spielten gleichzeitig, wenn nicht sogar als Schlüssel, eine sehr wichtige Rolle bei der Entwicklung von Technologien im Bereich des digitalen Klangs.
Die rasche Verbreitung von Mobilkommunikation, Internettelefonie und tragbaren Playern – all dies sind Beispiele für die Verwendung von Codecs. Nur dank seiner Erfindung und Implementierung war es möglich, Audioinformationen über Kanäle zu übertragen, deren Bandbreite damals sehr begrenzt war. Dieses Problem könnte gelöst werden, indem die Kapazität aller Übertragungskanäle erhöht wird, was eine unglaubliche Materialinvestition bedeuten würde, die mit dem Umbau und dem Austausch der meisten Elemente der vorhandenen Infrastruktur verbunden ist, oder indem ein Algorithmus entwickelt wird, mit dem die Datenmenge erheblich reduziert werden kann. resultierend aus der Analog-Digital-Wandlung und damit in der Lage sein, die vorhandene Infrastruktur zu nutzen. Der zweite Weg war viel vernünftiger.
Was sind Codecs?
Ein Codec ist ein Algorithmus, der in der Regel auf dem einen oder anderen psychoakustischen Modell basiert, das weiter unten erläutert wird, und zwei Module enthält: einen Codierer und einen Decodierer.
Der Encoder codiert digitales Audio in einen Datenstrom, dessen Lautstärke im Vergleich zur ursprünglichen Lautstärke des Rohmaterials erheblich geringer ist. Abhängig vom verwendeten Codec und den Codierungsparametern ist es möglich, ein optimales Gleichgewicht zwischen der Klangqualität und dem gewünschten Datenvolumen zu erreichen.
Um den auf diese Weise codierten Ton wiederzugeben, ist jedoch ein Decoder erforderlich, dessen Aufgabe es ist, den digitalen Audiostream zurück in das Standardformat (PCM) zu decodieren.
Codecs und ihre Familien
Im Allgemeinen können alle Codecs, von denen es derzeit sehr viele gibt, in zwei Kategorien unterteilt werden:
Ratlos
Wie oben erwähnt, basieren die Codecs im Wesentlichen auf dem einen oder anderen psychoakustischen Modell, das bestimmt, welche Audioinformationen für unser Gehirn nicht wichtig sind und geopfert und verworfen werden können, wodurch die Datenmenge verringert wird. Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, dass beim Decodieren der Übertragung die verlorenen Audioinformationen nicht wiederhergestellt werden können. Das Komprimierungsverhältnis kann bis zu 90% des ursprünglichen Datenvolumens erreichen, während für die meisten normalen Benutzer eine zufriedenstellende Klangqualität erhalten bleibt. Die bekanntesten Vertreter dieser Familie sind die bekannten und vielleicht häufigsten MP3- und WMA-Vertreter.
Kein Verlust
In diesem Fall erfolgt die Codierung ohne Datenverlust, sodass alle Informationen im ursprünglichen Audiosignal nach dem Decodierungsprozess vollständig wiederhergestellt werden können. Der Grad der Datenkomprimierung, der mit diesen Codecs erreicht werden kann, ist jedoch viel geringer als der der Lossy-Codec-Familie. Im Allgemeinen ist abhängig von den Codierungsparametern eine Komprimierung von bis zu 60% des ursprünglichen Volumens möglich. Die beliebtesten Codecs der Lossless-Familie sind FLAC, APE und Apple Lossless auf der Apple-Plattform.
Es ist zu beachten, dass die überwiegende Mehrheit der Videoformate auch komprimiertes Video und Audio enthält. Formate wie Dolby Digital, DTS und ihre Varianten sind nichts anderes als Codecs. Ohne einen geeigneten Decoder ist es nicht möglich, die Audiodaten zu lesen. In diesem Fall ertönt maximales weißes Rauschen. Daher müssen Sie darauf achten, Ihre eigenen Ohren und Geräte nicht zu beschädigen.
Codierungsoptionen
Die Codierungsparameter bestimmen die Qualität des resultierenden Sounds und die Datenmenge in der resultierenden Datei. Eine aggressivere Komprimierung verringert die Klangqualität und verringert die Datenmenge, dh erhöht das Komprimierungsverhältnis. Abhängig vom verwendeten Algorithmus kann sich das Ergebnis bzw. die Klangqualität erheblich unterscheiden, selbst wenn dieselben Codierungsparameter verwendet werden.
Eine der wichtigsten ist die Datenflussrate pro Zeiteinheit: kbps (Kilobit pro Sekunde, Anzahl der Kilobit pro Sekunde). Je höher dieser Parameter ist, desto weniger aggressiv ist die Datenkomprimierung. Als Faustregel gilt, dass für Codecs der Lossy-Familie die optimalen Werte 192 bis 320 kbps betragen. Wenn niedrigere Werte verwendet werden, wird der Qualitätsverlust signifikanter und wird selbst von normalen Benutzern bemerkt, die keine besonderen Rechte auf Klangqualität haben.
Psychoakustische Codecs und Modelle
Die überwiegende Mehrheit der Audio-Codecs basiert auf psychoakustischen Algorithmen, die die Einschränkungen des menschlichen Hörsystems nutzen. Diese Prinzipien basieren auf Forschungen auf dem Gebiet der Psychoakustik, zu deren wichtigsten Schlussfolgerungen der Maskierungseffekt gehört.
