MP3 digitales Audioformat


Free Download Mp4Gain
picture

MP3 digitales Audioformat

MP3 File Format

Hochwertiges digitalisiertes Audio erfordert viel Speicherplatz.

mp3 file

Versuche, die Größe von Dateien mithilfe von Standardarchivierern (RAR, GZIP usw.) zu reduzieren, führen aufgrund der Spezifität der Audiodaten nicht zu signifikanten Gewinnen. Es ist jedoch möglich, mit speziellen Methoden, die auf der Analyse der Datenstruktur und der anschließenden Komprimierung mit einigen Verlusten basieren, ein ziemlich signifikantes Maß an Komprimierung der Audioinformationen zu erreichen.

Die reale Möglichkeit einer Klangverarbeitung, deren Qualität mit den vorhandenen analogen Beispielen vergleichbar ist, trat erst Ende der 1980er Jahre auf.

1988 bildete die Internationale Organisation für Normung (ISO) das MPEG-Komitee (Moving Picture Experts Group), dessen Hauptaufgabe darin besteht, Standards für die Kodierung von bewegten Bildern, Ton und deren Kombination zu entwickeln. In den zehn Jahren seines Bestehens hat das Komitee eine Reihe von Normen zu diesem Thema entwickelt. Zusammenfassend wurden mehrere spezifische Formate für die Speicherung von Daten empfohlen, die sich durch hervorragende Qualität der Ergebnisse und Datenfluss auszeichnen.

Derzeit gibt es drei Videospeicherstandards: MPEG-1, MPEG-2 und MPEG-4.

Innerhalb der ersten beiden Formate gibt es auch Formate zum Speichern von Audioinformationen: Layer-1, Layer-2 und Layer-3. Diese drei Audioformate sind für MPEG-1 definiert und kleinere Erweiterungen werden in MPEG-2 verwendet. Die drei Formate sind einander ähnlich, verwenden jedoch unterschiedliche Kompromisse zwischen Komprimierung und Komplexität.

Schicht-1 ist die einfachste, erfordert keine signifikanten Komprimierungskosten, bietet aber auch ein vernachlässigbares Komprimierungsverhältnis.

Layer-3 ist am zeitaufwändigsten und bietet die beste Komprimierung. In letzter Zeit hat dieses Format immense Popularität erlangt. Es wird oft als MP3 bezeichnet. Dieser Name ist mit der Erweiterung der in diesem Format gespeicherten Audiodateien verbunden.

Die Grundidee aller verlustbehafteten Audiokomprimierungstechniken besteht darin, die subtilen Details des Originaltons zu vernachlässigen, die außerhalb der Reichweite des menschlichen Ohrs liegen. Hier können mehrere Punkte hervorgehoben werden.

Geräuschpegel . Die Klangkomprimierung basiert auf einer einfachen Tatsache: Wenn sich eine Person in der Nähe einer lauten Sirene befindet, ist es unwahrscheinlich, dass sie die Konversation der Personen in der Nähe hört. Und dies geschieht nicht, weil eine Person einem lauten Geräusch große Aufmerksamkeit schenkt, sondern in größerem Maße, weil das menschliche Ohr tatsächlich Geräusche übersieht, die im gleichen Frequenzbereich wie ein lauteres Geräusch liegen. Dieser Effekt wird als Maskierung bezeichnet und ändert sich mit dem Unterschied in Lautstärke und Frequenz des Klangs.

Der zweite Punkt ist die Aufteilung des Audiofrequenzbandes in Teilbänder, von denen jedes separat weiterverarbeitet wird. Das Codierungsprogramm extrahiert die lautesten Töne in jedem Band und verwendet diese Informationen, um einen akzeptablen Rauschpegel für dieses Band zu bestimmen. Die besten Codierungsprogramme berücksichtigen auch den Einfluss benachbarter Bänder. Ein sehr lauter Ton in einem Band kann den Maskierungseffekt und benachbarte Bänder beeinflussen.

Ein weiterer Punkt der Kodifizierung ist die Verwendung eines psychoakustischen Modells, das auf den Besonderheiten der menschlichen Wahrnehmung von Schall basiert. Die von diesem Modell verwendete Komprimierung basiert auf dem Entfernen von Frequenzen, von denen bekannt ist, dass sie unhörbar sind, während Geräusche, die vom menschlichen Ohr leicht gehört werden können, sorgfältiger beibehalten werden. Leider kann es hier keine genauen mathematischen Formeln geben.

Die menschliche Wahrnehmung von Geräuschen ist ein komplexer Prozess, der nicht vollständig verstanden wird. Daher basiert die Auswahl der Komprimierungsmethoden auf der Analyse des Hörens und dem unterschiedlichen Vergleich komprimierter Geräusche durch Expertenteams. Hier gibt es jedoch praktisch unbegrenzte Möglichkeiten, psychoakustische Modelle zu verbessern. Die meisten der vorhandenen Algorithmen zum Codieren der menschlichen Stimme basieren auf der hohen Vorhersagbarkeit des Signals; Universelle MPEG-Komprimierungsalgorithmen haben versucht, diese Technik mit variablem Erfolg anzuwenden.

Eine weitere Komprimierungstechnik ist die Verwendung von sogenanntem Joint Stereo. Es ist bekannt, dass das menschliche Hörgerät nur die Richtung der Mittenfrequenzen, des hohen und des niedrigen Tons sozusagen getrennt von der Quelle bestimmen kann. Dies bedeutet, dass diese Hintergrundfrequenzen in ein Monosignal codiert werden können. Darüber hinaus nutzt die Komprimierung den Unterschied in der Komplexität der Flüsse in den Kanälen.


Free Download Mp4Gain
picture

Warum MP3 für Sie genug ist, aber verlustfrei ist nicht notwendig

Warum MP3 für Sie genug ist, aber verlustfrei ist nicht notwendig

mp3

Warum MP3 für Sie genug ist, aber verlustfrei ist nicht notwendig
Hast du das Gewächshaus fertiggestellt? Damit Sie nicht verlieren müssen, hören Sie sich hochwertige MP3-Dateien an.

MP3

Sehr oft gibt es Leute, die komprimierte Formate grundsätzlich verachten. Sie sollten sich nicht von Ihrer Meinung leiten lassen. Die folgenden Mods, die im Studio mit einer Wahrscheinlichkeit von 90% die Unterschiede zwischen komprimiertem und unkomprimiertem Audio nicht hören.

MP3 wurde nicht nur erfunden, um die Qualität zu verringern. Es wurde von der Fraunchhofer-Gesellschaft entwickelt, einem Verband angewandter Forschungsinstitute in Deutschland. Später kamen sie auf AAC, das das wichtigste komprimierte Audioformat werden könnte … Aber es funktionierte nicht.

Wussten Sie, dass MP3 mit variabler (VBR) und konstanter (CBR) Bitrate geliefert wird? Die konstante Bitrate wird aufgrund der Funktionsweise des Algorithmus jedes Mal als erste codiert. Daher kann es zu ungleichmäßiger Qualität kommen, was bedeutet, dass nicht alle Töne in dieser Situation in hoher Qualität aufgenommen werden.

Da es MP3 schon lange gibt, gibt es viele Einschränkungen. Die Bitbreite beträgt 16-24 Bit. Die Abtastrate wird durch die folgenden Optionen dargestellt: 8; 11.025; 12; Sechszehn; 22.05; 24; 32; 44,1; 48. Die maximale Bitrate überschreitet 320 kbps nicht. Die maximale Anzahl von Kanälen beträgt 2. Aber wir reden immer noch über Musik, wir müssen immer noch nach Mehrkanalaufnahmen suchen.

Nun wollen wir sehen, wie MP3 codiert ist. Die Abbildung zeigt die Zeit-Frequenz-Verteilung des Tons. Gleiche Aufnahme: Audio-CD, OGG-Datei, MP3 gut codiert. Was wir beobachten ist, dass die Stücke rechts und links fast vollständig zusammenfallen. Dies bedeutet, dass die MP3-Datei fast genauso klingt wie die ursprüngliche CD-Aufnahme.

Das menschliche Gehör und seine Grenzen – Psychoakustik

Tatsache ist, dass die Hauptaufgabe der Fraunchhofer-Gesellschaft die Entwicklung psychoakustischer Modelle der menschlichen Klangwahrnehmung ist. Und hier sind viele Feinheiten. Die Hauptsache ist, dass wir keine Delfine sind.

Zweitens gibt es bestimmte Einschränkungen hinsichtlich der Anzahl der gleichzeitig wahrgenommenen Geräusche. Eine Person kann nicht mehr als 250 Töne aus 24 Bereichen gleichzeitig hören (außerdem ist die Anzahl der gleichzeitigen Töne in dem Bereich auch recht gering).

Drittens beträgt der hörbare Bereich 16 Hz bis 20 kHz und wird im Alter von 60 Jahren um fast die Hälfte reduziert. Idealerweise und während des Trainings (ja, du musst es trainieren!).

Alle Frequenzen unter 100 Hz werden nicht von den Hörzellen wahrgenommen, sondern … von der Haut. Dann werden die tiefen Wellen im Gehörgang reflektiert; Diese Wellen werden als Infrabass wahrgenommen. (Dies ist aus dem Bereich der Knochenleitung).
mp3_7_resize
Auch die Anzahl der Zellen, die Schallwellen registrieren, ist für jede unterschiedlich. Aber was ist da? Für jede Person ist ihre Anzahl im rechten und linken Ohr unterschiedlich.

Übrigens ist die Wahrnehmung jedes Ohrs unterschiedlich. Wechseln Sie die Kanäle Ihres Lieblingssongs – erhalten Sie einen neuen Sound.

Wenn Sie tiefer graben, stellt sich heraus, dass jede Schallfrequenz nur bei einer bestimmten Lautstärke wahrgenommen wird. Wenn es erreicht ist, wird die Stille durch ein scharfes und ganz anderes Geräusch ersetzt. Danach kann eine Person einen niedrigeren Ton dieser Frequenz hören.

Digitale Audioformate: das MP3-Phänomen

Digitale Audioformate: das MP3-Phänomen

MP3 format

Das MP3-Musikformat (MPEG-1 Layer 3) ist eines der weltweit am häufigsten verwendeten digitalen Audioformate.

MP3 format

Es ist mit allen tragbaren und stationären Audiogeräten kompatibel. Im Mai 2017 kündigten die Entwickler des Formats seinen “Tod” an. Am 23. April 2017 wurde das von Technicolor und Fraunhofer IIS lizenzierte kommerzielle Programm annulliert: Das letzte im Programm enthaltene Patent lief ab und machte das Format zum Standard im öffentlichen Bereich.
Können wir sagen, dass die Tage des beliebtesten Formats gezählt sind? Die MP3-Entwicklung begann Ende der 1980er Jahre am Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen (IIS). 1987 arbeiteten die Universität Erlangen-Nürnberg und das Fraunhofer IIS gemeinsam am Projekt EU147 EUREKA Digital Audio Broadcasting (DAB). Das erste Ergebnis der Arbeit der Allianz war der LC-ATC-Codec, der es ermöglichte, Stereomusik in Echtzeit zu codieren.

Der nächste Schritt war die Entwicklung eines OCF-Codierungsalgorithmus (Optimal Frequency Domain), der bereits einige Merkmale des zukünftigen MP3-Codecs aufwies. Zum ersten Mal ist es möglich, Musik in guter Qualität mit 64 kbit / s für ein Monosignal zu codieren. OCF war der Beginn des Weges zur Standardisierung MPEG (Moving Picture Expert): eine Organisation, die für die Entwicklung und Implementierung internationaler Standards für die Komprimierung und Übertragung digitaler Video- und Audioinhalte verantwortlich ist.

1989 erhielt MPEG 14 Vorschläge zur Implementierung eines Audiokodierungsstandards, sodass die Teilnehmer aufgefordert wurden, ihre Entwicklungen zu kombinieren. Dies führte zur Entstehung von vier potenziellen Kandidaten, darunter MUSICAM vom Institut für Rundfunktechnologie IRT und Philips sowie ASPEC (Adaptive Spectral Perceptual Entropy Coding), was das Ergebnis weiterer Verbesserungen des OCF Fraunhofer IIS zusätzlich zu Beiträgen ist von der Universität Hannover in Zusammenarbeit mit AT & T und Thomson.

Nach umfangreichen Tests schlug MPEG vor, MUSICAM und ASPEC zu kombinieren, um eine Familie von drei Codierungsmethoden zu erstellen: Stufe 1: eine Version von MUSICAM mit geringer Komplexität; Stufe 2 – MUSICAM-Codec; Level 3 (später MP3 genannt): basierend auf ASPEC. Die technische Entwicklung des MPEG-1-Standards wurde im Dezember 1991 abgeschlossen. 1994 stellte Fraunhofer IIS den weltweit ersten MP3-Encoder L3enc vor, und 1995 akzeptierten die Fraunhofer-Forscher einstimmig “.mp3” als Dateierweiterung für MPEG-Schicht 3 [1].

Dank des im MP3-Audioformat verwendeten Komprimierungsalgorithmus wird die Größe der Daten, die für die Wiedergabe der Aufnahme und die Sicherstellung der Tonwiedergabequalität erforderlich sind, je nach Bitrate der Aufnahme erheblich auf das 10-12-fache des Originals reduziert. . Die Bitrate bezieht sich auf die Codierungs- / Decodierungsrate eines digitalen Audiostreams. Die Klangqualität verbessert sich mit zunehmender Bitrate. Das MP3-Format weist die folgenden Bitraten auf: 32 kbit / s (sehr niedrige Qualität, nur für Sprache akzeptabel), 96 kbit / s, 128 kbit / s (mittlere Qualität), 160 kbit / s, 192 kbit / s, 256 kbit / s, 320 kbit / s (maximale optimale Qualität). Das Prinzip des Komprimierungsalgorithmus lautet wie folgt: Während des Komprimierungsprozesses analysieren die Audio-Codecs die Signale und konzentrieren sich dabei auf die hörbaren Fragmente, die für die spätere Wiedergabe oder Übertragung gespeichert werden.

Dies schließt Geräusche außerhalb des Wahrnehmungsbereichs des menschlichen Ohrs (20 bis 20.000 Hz) aus. Deshalb wird MP3 als verlustbehaftet bezeichnet. Es gibt drei Möglichkeiten, MP3-Dateien zu codieren: konstante Bitrate (CBR), variable Bitrate (VBR) und mittlere Bitrate (ABR). CBR ist der Standardverschlüsselungsmodus. In diesem Modus ist die Bitrate für die gesamte Datei konstant. Dies bedeutet, dass jeder Teil der MP3-Datei die gleiche Anzahl von Bits verwendet. Unabhängig von der Komplexität eines Musikstücks verwendet der Encoder dieselbe Bitrate, sodass die Qualität der endgültigen Datei variabel ist.

Komplexe Teile sind von geringerer Qualität als einfachere. Der Hauptvorteil dieses Modus besteht darin, dass sich die Größe der endgültigen Dateien nicht ändert und genau vorhergesagt werden kann. Beim Codieren im VBR-Modus wählt der Benutzer die gewünschte Qualität auf einer Skala von 9 (niedrigste Qualität, höchste Verzerrung) bis 0 (höchste Qualität / niedrigste Verzerrung). Der Codec versucht dann, eine bestimmte Qualität in der gesamten Datei beizubehalten, indem er die optimale Anzahl von Bits für jeden Teil der Audioaufzeichnung auswählt. Der Hauptvorteil ist die Möglichkeit, das zu erreichende Qualitätsniveau anzugeben, der wesentliche Nachteil ist jedoch die Unvorhersehbarkeit der endgültigen Dateigröße.