Tag: mp3-Maskierung auf dem Fuß

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Audiokomprimierung, wie es funktioniert Teil 4

Andere Unterteilungen von Kompressionsverfahren.

Auf dem Gebiet der Audiokomprimierung gibt es zwei Komprimierungsverfahren, verlustbehaftete Komprimierung und verlustfreie Komprimierung. Häufig gesehene MP3, WMA, OGG werden als verlustbehaftete Komprimierung bezeichnet. Wie der Name schon sagt, reduziert die verlustbehaftete Komprimierung die Audio-Samplerate und Bitrate, und die ausgegebene Audiodatei ist kleiner als die Originaldatei. Eine andere Audiokomprimierung wird als verlustfreie Komprimierung bezeichnet, worüber wir sprechen. Die verlustfreie Komprimierung kann die Lautstärke der Audiodatei unter der Prämisse, 100 % aller Daten in der Originaldatei zu speichern, auf eine kleinere Größe komprimieren, und nach der Wiederherstellung der komprimierten Audiodatei kann sie dieselbe Größe und dieselbe Bitrate wie die Quelle erreichen Datei. Zu den verlustfreien Komprimierungsformaten gehören APE, FLAC, WavPack, LPAC, WMALossless, AppleLossless, La, OptimFROG, Shorten, während gängige und herkömmliche verlustfreie Komprimierungsformate nur APE und FLAC sind. [1]
Hauptklassifikationen und typische Vertreter von Audiokomprimierungsalgorithmen.Streaming bearbeiten
Allgemein können Audiokomprimierungstechniken in zwei Kategorien eingeteilt werden: verlustfreie Komprimierung und verlustbehaftete Komprimierung, und gemäß unterschiedlichen Komprimierungsschemata können sie in Zeitdomänenkomprimierung, Transformationskomprimierung und Zeitdomänenkomprimierung, Teilband sowie unterteilt werden hybride Komprimierung, bei der mehrere Technologien miteinander kombiniert werden. Verschiedene Komprimierungstechniken weisen große Unterschiede in der Algorithmuskomplexität (einschließlich Zeitkomplexität und Raumkomplexität), Audioqualität, Algorithmuseffizienz (dh Komprimierungsverhältnis) und Codec-Verzögerung auf. Auch die Anwendungen verschiedener Komprimierungstechniken sind unterschiedlich.
Zeitbereichskomprimierungstechnologie (oder Wellenformcodierung)
Es verarbeitet direkt die Abtastwerte des Audio-PCM-Codestroms und komprimiert den Codestrom mithilfe von Stilleerkennung, nichtlinearer Quantisierung und Differenz. Gemeinsame Merkmale dieser Art von Komprimierungstechnologie sind eine geringe Algorithmuskomplexität, durchschnittliche Klangqualität, ein kleines Komprimierungsverhältnis (CD-Qualität > 400 kbps) und die kürzeste Codec-Verzögerung (im Vergleich zu anderen Technologien). Diese Art von Komprimierungstechnologie wird im Allgemeinen für Anwendungen mit Sprachkomprimierung und niedriger Bitrate (kleine Quellsignalbandbreite) verwendet. Die Zeitbereichskomprimierungstechnologie umfasst hauptsächlich G.711, ADPCM, LPC, CELP und Blockkomprimierungstechnologie, die auf diesen Technologien entwickelt wurde, wie z. B. NICAM, Subband ADPCM (SB-ADPCM)-Technologie.
Subband-Komprimierungstechnologie
Die Subband-Codierungstheorie wurde erstmals 1976 von Crochiere et al. vorgeschlagen. Die Grundidee besteht darin, das Signal in die Summe der Komponenten in mehrere Subbänder zu zerlegen und dann unterschiedliche Komprimierungsstrategien für jede Subbandkomponente gemäß ihren unterschiedlichen Layoutmerkmalen anzuwenden, um die Coderate zu reduzieren . Die unten beschriebene übliche Teilbandkompressionstechnologie und Transformationskompressionstechnologie basieren auf dem menschlichen Wahrnehmungsmodell (psychoakustisches Modell) des Tonsignals und der Quantisierungsreihenfolge der Teilbandabtastwerte oder der Abtastwerte. Der Frequenzbereich wird durch Analysieren des Spektrums des Signals bestimmt . andere Parameter ausgewählt werden, so dass es auch als wahrnehmungsbezogene Kompressionscodierung (Perceptual) bezeichnet werden kann. Im Vergleich zur Time-Domain-Kompressionstechnik sind diese beiden Kompressionsverfahren deutlich aufwendiger, gleichzeitig wird aber auch die Codiereffizienz und Tonqualität stark verbessert und die Codierverzögerung entsprechend erhöht. Im Allgemeinen ist die Komplexität der Teilbandcodierung etwas geringer als die der Transformationscodierung, und die Codierungsverzögerung ist relativ kurz.
Standardisierung der Audiokomprimierungstechnologie und MPEG-1-Übertragung
Da die digitale Audiokompressionstechnologie ein breites Anwendungsspektrum und gute Marktaussichten hat, scheuen einige Forschungsinstitute und Unternehmen keine Mühe, ihre eigenen proprietären Technologien und Produkte zu entwickeln. Die Standardisierung dieser Audiokompressionstechniken ist sehr wichtig. Ein großer Erfolg bei der Standardisierung der Audiokomprimierung ist MPEG-1 Audio (ISO/IEC11172-3). In MPEG-1 sind drei Modi für die Audiokomprimierung spezifiziert, nämlich Schicht I, Schicht II (dh MUSICAM, auch bekannt als MP2) und Schicht III (auch bekannt als MP3). die drei Modi

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Audiokomprimierung, wie es funktioniert Teil 3

Maskieren in einem mp3

Außerdem wird gemäß den physiologischen und psychoakustischen Phänomenen des menschlichen Ohrs, wenn ein starkes Signal und ein schwaches Signal gleichzeitig vorhanden sind, das schwache Signal durch das starke Signal maskiert und kann nicht gehört werden, so dass das schwache Signal sein kann als redundantes Signal angesehen. Nicht senden. Dies ist der Maskierungseffekt des menschlichen Gehörs, der sich hauptsächlich in dem spektralen Maskierungseffekt und dem Zeitbereichsmaskierungseffekt manifestiert, die im Folgenden dargestellt werden:
Spektrale Maskierungseffekte.
Nachdem die Schallenergie einer Frequenz unter einer bestimmten Schwelle liegt, wird sie vom menschlichen Ohr nicht mehr gehört, und diese Schwelle wird als minimale hörbare Schwelle bezeichnet. Wenn ein anderer Ton mit höherer Energie vorhanden ist, erhöht sich der Schwellenwert nahe der Frequenz des Tons erheblich, was als Maskierungseffekt bekannt ist.

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Kombinierter Atlas (2)
Maskierungseffekte im Zeitbereich.
Beim gleichzeitigen Auftreten von starken und schwachen Signalen kommt es auch im Zeitbereich zu einem Maskierungseffekt. Das heißt, wenn die beiden zeitlich sehr nahe beieinander liegen, tritt auch der Maskierungseffekt auf. Die Zeitdomänenmaskierung ist in drei Teile unterteilt: Vormaskierung, simultane Maskierung und Nachmaskierung. Vormaskierung bezieht sich auf die kurze Zeit, bevor das menschliche Ohr ein starkes Signal hört, das bereits vorhandene schwache Signal wird maskiert und kann nicht gehört werden. Simultane Maskierung bedeutet, dass bei gleichzeitigem Vorhandensein eines starken und eines schwachen Signals das schwache Signal durch das starke Signal maskiert wird und nicht gehört werden kann. Post-Masking bedeutet, dass es lange dauert, bis das schwache Signal wieder zu hören ist, wenn das starke Signal verschwindet, was als Post-Masking bezeichnet wird. Diese schwach maskierten Signale können als redundante Signale betrachtet werden.

KomprimierungscodierungsmethodeBearbeitungsstrom
Die Codierung von Audiosignalen wird nach unterschiedlichen Komprimierungsprinzipien in Wellenformcodierung, Parametercodierung und Codierungsformen unterteilt, die verschiedene Technologien integrieren.
(1) Wellenformcodierung tastet direkt die Zeitdomänen- oder Frequenzdomänenwellenform des Audiosignals mit einer bestimmten Rate ab und quantisiert dann die Amplitudenabtastungen hierarchisch, wandelt sie in digitale Codes um und gibt ein aus den Wellenformdaten rekonstruiertes Signalcodierungssystem aus . , ist die Wellenform so konsistent wie möglich mit der ursprünglichen Tonwellenform, wobei detaillierte Signaländerungen und verschiedene Übergangseigenschaften erhalten bleiben.
(2) Parametrische Codierung Zunächst wird ein Merkmalsmodell basierend auf verschiedenen Signalquellen wie Sprachsignalen, natürlichen Geräuschen usw. durch Merkmalsparameterextraktion und Codierungsverarbeitung erstellt, wobei versucht wird, dass das rekonstruierte Tonsignal so laut wie möglich ist. um die Semantik des ursprünglichen Tons beizubehalten, aber rekonstruiert.Die Wellenform des Signals kann sich von der Wellenform des ursprünglichen Tonsignalsstark unterscheiden. Zu den allgemein verwendeten charakteristischen Parametern gehören Formant, linearer Prädiktionskoeffizient, Frequenzbandteilungsfilter und andere Parametercodierungstechniken, die eine langsame Tonsignalcodierung realisieren können, und die Bitrate kann auf 2 Kbit / s – 4,8 Kbit / s komprimiert werden. aber die Klangqualität kann nur mäßig erreichen, insbesondere der geringe Grad an Natürlichkeit, nur für Sprachübertragung und Ausdruck geeignet.
(3) Hybridcodierung Die Codierungsmethode, die Wellenformcodierung und Parametercodierung kombiniert, überwindet die Schwächen der ursprünglichen Wellenformcodierung und Parametercodierung und strebt danach, eine hohe Qualität der Codierung von Wellenformen und der Parametercodierung mit niedriger Rate bei einer Rate von 4–16 Kbit aufrechtzuerhalten /s Es kann ein hochqualitatives synthetisches Tonsignal erhalten werden. Die Basis der hybriden Codierung ist die lineare prädiktive Codierung (LPC), häufig verwendete Codierungsverfahren wie z .