Tag: mp3-Audioformat codieren

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Aufbau einer mp3

 

 

Audiokomprimierung

 

Das MP3-Format begann Mitte der 1980er Jahre, und das Fraunhofer-Institut in Erlangen, Deutschland, engagierte sich für hochwertige Audiocodierung mit niedriger Datenrate.

Die MP3-Audiokomprimierung umfasst die Kodierung und Dekodierung in zwei Teilen. Beim Codieren werden die Daten in der WAV-Datei in ein stark komprimiertes Bitstream-Format konvertiert, und beim Decodieren wird der Bitstream akzeptiert und in die WAV-Datei rekonstruiert.

MP3 verwendet den Verzerrungsalgorithmus von Perceptual Audio Coding (PerceptualAudioCoding). Der Frequenzbereich des vom menschlichen Ohr wahrgenommenen Schalls reicht von 20 Hz bis 220 kHz. MP3 schneidet viele redundante Signale und irrelevante Signale heraus. Der Encoder transformiert den Originalton durch eine hybride Filterbank in den Frequenzbereich. Unter Verwendung des psychoakustischen Modells wird geschätzt, dass es einfach sein kann. Der wahrgenommene Geräuschpegel wird quantisiert und in Huffman-Codierung umgewandelt, um einen MP3-Bitstrom zu bilden. Der Decoder ist viel einfacher und seine Aufgabe besteht darin, das Tonsignal aus den codierten Spektrallinienkomponenten durch inverse Quantisierung und inverse Transformation zu extrahieren.

Beim Komprimieren von Audiodaten werden die ursprünglichen Tondaten zuerst in feste Blöcke unterteilt, und dann wird eine direkte MDCT durchgeführt. MDCT selbst führt keine Datenkomprimierung durch, sondern wandelt nur einen Satz von Zeitbereichsdaten in Frequenzbereichsdaten um, um Zeitbereichsdaten zu erhalten. Im Falle einer Änderung wandelt die direkte MDCT den Wert jedes Blocks in 512 MDCT-Koeffizienten um. Die Quantisierung komprimiert Daten, und wenn Bits nach der Quantisierung transformierten Abtastwerten zugewiesen werden, muss in Betracht gezogen werden, den gesamten quantisierten Block auf den kleinsten zu bringen, was zu einer verlustbehafteten Komprimierung führt. Beim Dekomprimieren werden die 512 Koeffizienten durch umgekehrte MDCT in den Originaltondaten wiederhergestellt, und die Originaltondaten davor und danach sind inkonsistent, weil redundante und irrelevante Daten während des Komprimierungsprozesses entfernt werden.

MP3-Dateistruktur
MP3-Dateien werden grob in drei Teile unterteilt: TAG_V2(ID3V2), Rahmen, TAG_V1(ID3V1)

ID3V2 Enthält Informationen wie Autor, Komponist, Album usw., die Dauer ist nicht festgelegt, wodurch die Informationsmenge von ID3V1 erweitert wird
Rahmen

Eine Reihe von Frames, deren Anzahl durch die Dateigröße und Framelänge bestimmt wird

Die Länge jedes Rahmens kann variabel oder fest sein, bestimmt durch die Bitrate.

Jeder FRAME ist in zwei Teile unterteilt: Frame-Header und Datenentität

Der Frame-Header zeichnet die Bitrate, Abtastrate, Version und andere MP3-Informationen auf, und jeder Frame ist voneinander unabhängig.

ID3V1　　　 Enthält Autor, Komponist, Album und andere Informationen, Länge ist 128BYTE

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Aufbau einer mp3

Der vollständige Name von MP3 lautet MPEG Audio Layer3, was ein effizientes Computer-Audiocodierungsschema ist.

Es konvertiert Audiodateien in kleinere Dateien mit der Erweiterung .MP3 mit einem höheren Komprimierungsverhältnis und behält im Wesentlichen die Klangqualität der Originaldatei bei. MP3 ist Teil des ISO/MPEG-Standards. Der ISO/MPEG-Standard beschreibt die Audiokomprimierung unter Verwendung eines hochleistungsfähigen Wahrnehmungscodierungsschemas. Dieser Standard wurde kontinuierlich aktualisiert, um dem Streben nach „hohe Qualität bei geringem Volumen“ gerecht zu werden. MPEGLayer1, Layer2 und Layer 3 haben nun drei Audio-Codec-Schemata gebildet. Die Kompressionsrate von MPEGLayer3 kann von 1:10 bis 1:12 reichen. Eine 1 MB große MP3-Datei kann 1 Minute lang wiedergegeben werden, während eine 1-minütige WAV-Datei in CD-Qualität (44100 Hz, 16 Bit, zwei Kanäle, 60 Sekunden) 10 MB Speicherplatz beansprucht. , Eine 650 MB MP3-Disc sollte mehr als 10 Stunden lang abgespielt werden, während eine CD mit der gleichen Kapazität etwa 70 Minuten lang abgespielt werden sollte. Die Vorteile von MP3 werden von CD nicht erreicht.

MPEG-Audiostandard
MPEG (Motion Picture Experts Group) ist eine Expertengruppe für bewegte Bilder unter ISO, und der von ihr erstellte MPEG-Standard wird in verschiedenen Multimediabereichen weit verbreitet verwendet. MPEG-Standards umfassen Video- und Audiostandards, unter denen MPEG-1-, MPEG-2-, MPEG-2AAC- und MPEG-4-Audiostandards entwickelt wurden.

Die MPEG-1- und MPEG-2-Standards verwenden dieselbe Familie von Audio-Codecs: Layer 1, 2 und 3. Ein neues Merkmal von MPEG-2 ist die Verwendung einer Erweiterung mit niedriger Abtastrate, um den Datenverkehr zu reduzieren, und ein weiteres Merkmal ist Multi -Kanalerweiterung, die die Anzahl der Hauptkanäle auf fünf erhöht. Der MPEG-2AAC-Standard (MPEG-2 Advanced Audio Coding) wurde 1997 von FraunhoferIIS und AT&T mit dem Ziel veröffentlicht, den Datenverkehr erheblich zu reduzieren. MPEG22AAC verwendet den Modified Discrete Cosine Transform (MDCT)-Algorithmus und die Abtastrate kann zwischen 8 und 8 liegen kHz und 96 kHz. Die Anzahl der Kanäle kann zwischen 1 und 48 liegen.

MPEG Audio Layer1, 2 und 3 verwenden die gleiche Filterbank, Bitstream-Struktur und Header-Informationen, und die Abtastrate beträgt entweder 32 KHz, 4411 KHz oder 48 KHz. Schicht1 ist für digitales Kompressionsband DCC (DigitalCompactCassette) ausgelegt, die Datenrate beträgt 384 kbps, Schicht2 ist ein Kompromiss zwischen Komplexität und Leistung eingegangen, und die Datenrate wurde auf 256 kbps-192 kbps reduziert. Layer 3 wurde von Anfang an für geringen Datenverkehr ausgelegt, und der Datenverkehr reicht von 128 kbps bis 112 kbps. Schicht 3 fügt eine MDCT-Transformation hinzu, wodurch die Frequenzauflösung 18-mal höher ist als bei Schicht 2. Schicht 3 verwendet auch EntropyCoding ähnlich wie MPEGVid2eo, wodurch redundante Informationen reduziert werden. Die überwiegende Mehrheit der MP3s verwendet den MPEG21-Standard.

Was sind MP3-Dateien?

Das Audioformat steht in direktem Zusammenhang mit der Qualität und dem Zweck der Audiospur, d.h. wo und auf welchem ​​Gerät sie abgespielt wird und wozu sie dient.

Aber bevor Sie den Unterschied zwischen ihnen herausfinden und das beste Audioformat für Ihre Musik auswählen können, müssen Sie wissen, in welche Kategorien sie fallen. Lasst uns weitergehen!

Unkomprimiertes Audio ist wie ein Bild, und unkomprimiertes Audio ist von besserer Qualität, größerer Dateigröße, sicherer zu kopieren und nahezu identisch im Detail mit dem Originalton.

WAV ist das am weitesten verbreitete dieser Audioformate und spielt Musik genauso genau ab, wie es sie aufnimmt.

komprimiertes Audio
Wenn Musik komprimiert wird, werden die Dateien kleiner und können problemlos auf einem Gerät gespeichert werden. Aufgrund dieses Vorteils entscheiden sich Benutzer eher für komprimiertes Audio.

Es muss jedoch beachtet werden, dass einige Audioformate in dieser Kategorie je nach gewählter Option an Qualität verlieren können, genau wie MP3 und AAC.

Was ist das beste Audioformat?
Wie wir bereits gesagt haben, besteht der erste Schritt bei der Entscheidung für ein Audioformat darin, das endgültige Ziel des Tracks zu kennen. Ob für Musikunterricht, Aufführungen, Karaoke, Vorsprechen oder Aufnahmeversionen, Sie müssen die Vor- und Nachteile jeder Option verstehen.

WAV
WAV (Waveform Audio File Format) ist ein unkomprimiertes Format und benötigt daher viel Speicherplatz. Dies ist für diejenigen geeignet, die bereits mit Musik arbeiten, wie z. B. Fachexperten, oder Benutzer, die Audio bearbeiten möchten.

Bei hoher Wiedergabetreue gibt WAV die Elemente und Eigenschaften des Original-Soundtracks originalgetreu wieder. Außerdem können Sie bei diesem Format zwischen verschiedenen Abtastraten und Bitraten wählen und es kann auf mehreren Plattformen verwendet werden.

FLAC
FLAC (Free Lossless Audio Codec) ist heutzutage eines der am häufigsten verwendeten Komprimierungsformate von Musikliebhabern.

Die digitale Audiocodierung ermöglicht es Ihnen, die Qualität beizubehalten, aber die resultierende Datei wird kleiner. Im Laufe der Jahre wurde dieses Format immer häufiger verwendet und ist mit verschiedenen Geräten und Plattformen kompatibel.

FLAC ist kostenlos und Open Source, sofort einsatzbereit und kann problemlos auf Smartphones und anderen Geräten abgespielt werden.

MP3
Bevor Sie sich für das beste Audioformat entscheiden, lohnt sich ein Blick auf das bekannteste Format der Musikwelt: MP3.

MP3 ist eines der führenden Audiokomprimierungsformate und ist zum Synonym für die Bequemlichkeit und Effizienz geworden, Dateien schnell, mit kleineren Dateien und auf einem bestimmten Qualitätsniveau zu produzieren.

Viele Geräte und Programme können dieses Format wiedergeben. Aber MP3 ist in der professionellen Audioverarbeitung und fortgeschrittenen Audiobearbeitung schwierig zu verwenden.

Dieses Format existiert bekanntlich auf fast allen Plattformen und ist ideal zum Teilen von Audio.

Ein weiterer interessanter Faktor ist die Bitrate, obwohl sie in einem komprimierten Format je nach den Zielen und Qualitätsverbesserungen des Benutzers variieren kann.

AAC Wie MP3 ist Advanced Audio Coding (AAC) ein effizienteres Audioformat als sein Vorgänger.

Wenn Sie kleinere Dateien mit weniger Speicherplatz erstellen müssen, ist AAC eine gute Wahl, da es die Dateigröße für den Benutzer reduziert und gleichzeitig eine qualitativ hochwertige Audiospur beibehält.

Kompatibel mit verschiedenen Plattformen und Geräten, ist es bequem in verschiedenen Situationen anzuwenden.

Die Analyse der oben genannten Audioformate führt zu dem Schluss, dass es unmöglich ist zu sagen, welches Format besser ist als das andere, nur dass jedes Ziel sein eigenes ideales Format hat. Überprüfen Sie also vor dem Herunterladen oder Hochladen einer Datei, auf welcher Plattform die Musik abgespielt wird und wofür sie bestimmt ist.

Was sind MP3-Dateien?

Eine Datei mit der Erweiterung .mp3 ist ein digital codiertes Dateiformat für Audiodateien, das offiziell auf MPEG-1 Audio Layer III oder MPEG-2 Audio Layer III basiert.

Es wurde von der Moving Picture Experts Group (MPEG) entwickelt und verwendet die Audiokomprimierung Layer 3. Die durch das MP3-Dateiformat erreichte Komprimierung beträgt 1/10 der Größe einer .WAV- oder .AIF-Datei. Dieses Format bietet den Vorteil, solche Audiodateien zum Online-Hören über das Internet zu streamen, was bisher aufgrund der großen Größe von Audiodateien nicht möglich war. Die Klangqualität von MP3-Audiodateien kann durch die Einstellung von Parametern wie Bitrate, Abtastrate, gemeinsames oder normales Stereo gesteuert werden.

Eine kurze Geschichte von MP3

Das MP3-Format wurde von der deutschen Firma Fraunhofer-Gesellshart erfunden und entwickelt. Der Algorithmus verfügt über lizenzierte Patente für die von ihm verwendeten Komprimierungstechniken. Hier ist ein hilfreicher MP3-Zeitplan:

• 1987: Das Fraunhofer-Institut in Deutschland beginnt mit der Forschung an qualitativ hochwertiger Audiocodierung mit niedriger Bitrate. Es heißt EUREKA-Projekt EU147, Digital Audio Broadcasting.

• Januar 1988: Die Moving Picture Experts Group (MPEG) wird gegründet.

• **April 1989**: Fraunhofer patentierte den MP3 in Deutschland.

• 1992 – Dieter Seitzer, der Fraunhofer bei seiner Forschung half, integrierte seine Audiokodierung mit MPEG-1.

• 1993 – Veröffentlichung des MPEG-1-Standards.

• 1994 – Der MPEG-2-Standard wurde entwickelt und ein Jahr später veröffentlicht.

• 26. November 1996: US-Patent für MP3 wird veröffentlicht.

• September 1998 – Fraunhofer beginnt mit der Durchsetzung des Patents. Personen, die den MP3-Audiocodec nutzten, zahlten Fraunhofer eine Lizenzgebühr.

• Februar 1999 – SubPop, ein Plattenlabel, veröffentlicht als erstes Musik im MP3-Format.

• 1999 – Der erste tragbare MP3-Player erscheint.

Dateiformat MP3##
MP3-Dateien bestehen aus MP3-Frames, wobei jeder Frame aus einem Header und einem Datenblock besteht. Frames sind nicht unabhängig und können im Allgemeinen nicht an beliebigen Frame-Grenzen abgebaut werden. Die Datenblöcke einer Datei enthalten Frequenz- und Amplitudeninformationen über das Audio. Das Synchronisationswort im Header identifiziert den Beginn eines gültigen Rahmens. Darauf folgen 3 Bits, wobei das erste Bit anzeigt, dass es sich um einen MPEG-Standard handelt, und die verbleibenden 2 Bits anzeigen, dass Schicht 3 verwendet wird; daher MPEG-1 Audio Layer 3 oder MP3. Danach variiert der Wert je nach MP3-Datei. ISO/IEC 11172-3 definiert den Wertebereich für jeden Teil des Headers und die Header-Spezifikation. Die meisten aktuellen MP3-Dateien enthalten ID3-Metadaten, die wie gezeigt vor oder nach dem MP3-Frame stehen. Datenströme können eine optionale Prüfsumme enthalten.