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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.

Digitale Audioformate: So wählen Sie das beste aus (Teil 2)

Digitale Audioformate: So wählen Sie das beste aus (Teil 2)

Digital Audio

Je höher die Bitrate, desto besser die Klangqualität. Bei einer Bitrate von 128 Kilobit pro Sekunde benötigen fünf Minuten Musik beispielsweise nur etwa fünf Megabyte auf einer Festplatte oder einem Flash-Laufwerk. Es wird angenommen, dass die optimale Bitrate zum Speichern von MP3-Musikdateien 256 oder 320 Kilobit pro Sekunde beträgt.

Digital Audio

Ein weiteres beliebtes verlustbehaftetes Komprimierungsformat ist OGG Vorbis. Im Gegensatz zu MP3 war es ursprünglich kostenlos und Open Source, sodass es bei unabhängigen Entwicklern schnell an Beliebtheit gewann. In Bezug auf die Qualität ist es MP3 in keiner Weise unterlegen, obwohl es ein eigenes psychoakustisches Modell für die Dateikomprimierung verwendet.

WMA ist ein verlustbehaftetes Audiokomprimierungsformat, das von der Microsoft Corporation entwickelt wurde. Es kann auf jedem Windows-Betriebssystem gefunden werden, ist aber bei Benutzern nicht sehr beliebt. Ein weiterer relativ häufiger verlustbehafteter Audiokomprimierungscodec ist AAC, der sich von MP3 durch einen geringfügig geringeren Qualitätsverlust bei gleicher Bitrate unterscheidet.

Audio-Codecs für Musikliebhaber
Neuere Formate bieten verlustfreie Audiokomprimierung. Am beliebtesten bei Benutzern ist das kostenlose FLAC-Format, das 2001 eingeführt wurde. FLAC eignet sich perfekt zum Archivieren Ihrer Audiosammlung sowie zum Hören von Musik auf hochwertigen Tonwiedergabegeräten.

In sogenannten verlustfreien Codecs können codierte Daten immer bitgenau abgerufen werden. Die Codierung erfolgt nach einem mathematischen Schema: In den Anfangsdaten wird eine bestimmte Regelmäßigkeit gefunden, und unter Berücksichtigung dieser Regelmäßigkeit wird eine zweite Sequenz erzeugt, die das Original vollständig beschreibt.

Das zweitbeliebteste verlustfreie Komprimierungsformat ist Monkey’s Audio, das als kostenlose Software für Microsoft Windows vertrieben wird. Das WavPack-Format unterstützt Mehrkanal-Streaming und ein etwas besseres Komprimierungsverhältnis. Apple hat 2004 seinen eigenen verlustfreien ALAC-Codec eingeführt, der FLAC ähnelt.

Digitales Audio hat gegenüber analogen Dateien enorme Vorteile. Der Benutzer kann sein Material unendlich lange speichern und replizieren, ohne die ursprüngliche Qualität zu verlieren. Gleichzeitig ist das Speichern der “Ziffer” kostengünstiger, da sie im Gegensatz zu einer Sammlung von Datensätzen oder Kassetten viel weniger Platz beansprucht.
Somit kann ein leistungsstarker ZIP-Archivierer eine WAV-Datei nur um 10 bis 20% komprimieren, während FLAC für die meisten Audiodateien Komprimierungsraten von 30 bis 50% erreicht. Gleichzeitig ermöglicht der Audio-Codec die Wiederherstellung teilweise beschädigter Daten, und der Decodierungsprozess selbst ist für die Prozessorressourcen sehr anspruchslos.

Um Ihre Musiksammlung zu archivieren, ist es jetzt optimal, verlustfreie Komprimierungsformate zu verwenden, z. B. FLAC, das mit den meisten Playern kompatibel ist. Zum Speichern von Hörbüchern, bei denen keine hohe Wiedergabetreue des Originaltons erforderlich ist, können Sie jedoch billigere MP3- oder OGG-Dateien verwenden.

Digitale Audioformate: So wählen Sie das beste aus

Digitale Audioformate: So wählen Sie das beste aus

Digital Sound

Die meisten Benutzer speichern Musik und andere Audiodateien in verschiedenen digitalen Formaten. Es gibt ungefähr hundert digitale Audiokodierungsalgorithmen, aber alle haben ihre eigenen Eigenschaften. Welches Format wählen Sie zum Speichern Ihrer Heim-Audiosammlung und warum verliert die bekannte MP3-Datei an Popularität?

digital sound

Analoges Audio ist eine Welle. Fast jeder Prozess in unserer Welt kann mit Mathematik beschrieben werden. Digitales Audio ist die Beschreibung einer analogen Wellenform unter Verwendung einer Folge von Zahlen. Beispielsweise werden mehr als 44.000 digitale Werte verwendet, um eine Sekunde Musik auf einer CD zu digitalisieren.
Wie digitaler Sound geboren wurde
Die theoretischen Grundlagen des digitalen Klangs im Jahr 1928 wurden von Harry Nyquist in seiner Arbeit “Bestimmte Probleme in der Theorie der telegraphischen Übertragung” gelegt, in der erstmals die “Breite” der Kommunikationsleitung für die Übertragung eines Signals bestimmt werden konnte Puls ohne Verzerrung. Unabhängig vom Amerikaner veröffentlichte der sowjetische Wissenschaftler Vladimir Kotelnikov 1933 ähnliche Studien.

Kotelnikov und Nyquist entdeckten unabhängig voneinander, dass die Wiederherstellung eines analogen Signals unter Verwendung eines bestimmten mathematischen Algorithmus aus diskreten Abtastwerten, dh fragmentarischen Daten, garantiert werden kann. Anstelle der vollständigen Daten können Sie aus wirtschaftlichen Gründen nur einen kleinen Teil codieren und dann das Original wiederherstellen.

Sie begannen, analogen Klang mittels Pulscodemodulation zu digitalisieren. Diese Technologie ist bis heute am weitesten verbreitet. Die Schallwelle wird durch drei aufeinanderfolgende Vorgänge in Zahlen umgewandelt: Zeitabtastung, Amplitudenquantisierung und endgültige Codierung. Batteriekalibrierung: So verlängern Sie die Lebensdauer des Smartphones

Was ist Probenahme? Dies ist eine Stichprobe von Werten in regelmäßigen Zeitintervallen. Der Algorithmus liest die Pegel der analogen Wellenform mit einer unglaublichen Geschwindigkeit: 44.100 Lesungen pro Sekunde für den CD-Standard. Dieser Indikator wird als Abtastrate bezeichnet. Beispielsweise ist Audio in Filmen auf eine Abtastrate von 48.000 Hertz standardisiert.

Um diese Geschwindigkeit zu erreichen, werden alle Werte leicht auf zuvor berechnete Werte gerundet. Dieser Vorgang wird als Quantifizierung bezeichnet. Je öfter der Algorithmus die Messwerte liest, desto besser klingt die digitale Aufzeichnung. Ein mikroskopischer Quantifizierungsfehler ist jedoch unvermeidbar.

Computer verwenden Speicher zum Speichern von Informationen – Milliarden winziger elektrischer Schalter, die sich nur in zwei Positionen befinden können: Ein oder Aus. Die Position eines dieser Schalter ist etwas informativ. Der CD-Standard bietet 16 Bit für Audio, was 65.536 verschiedene Werte für die Codierung bietet.

Wie unterscheiden sich digitale Audioformate?
Digitaler Ton ist eine sehr lange Folge von Zahlen. Diese Nummern können jedoch auf unterschiedliche Weise codiert werden. Auf einer CD werden beispielsweise Musikdateien im WAV-Format gespeichert. Das Hauptproblem besteht darin, dass es zu viel Platz beansprucht, da alle Informationen ohne Verwendung von Komprimierungsalgorithmen digitalisiert werden.

Um den Platzbedarf zu reduzieren, wurden mathematische Algorithmen erfunden – Audio-Codecs, die digitale Audiodaten nach bestimmten psychoakustischen Modellen komprimieren. Es gibt jedoch zwei Haupttypen der Komprimierung: verlustfreie Komprimierung und verlustbehaftete Komprimierung.

Das bekannteste verlustbehaftete Komprimierungsformat ist MP3. Die Entwickler haben sich darauf verlassen, dass das menschliche Ohr nicht perfekt ist und viele redundante Informationen in unkomprimiertem Ton übertragen werden. Der Algorithmus unterteilt das gesamte Frequenzspektrum in kleine Teile und eliminiert dann Geräusche, die vom Menschen praktisch nicht wahrgenommen werden.

Die Qualität von MP3-Dateien ist im Vergleich zum Original unwiederbringlich beeinträchtigt, aber die Datei selbst kann zehnmal “leichter” sein als das Original. In diesem Fall kann der Benutzer den Komprimierungsgrad der Datei auswählen. Dafür gibt es eine Bitrate; In der Tat ist dies der Platz, der benötigt wird, um eine Sekunde Musik zu speichern.