verlustbehaftete Audiokomprimierungsformate

Über Lossy

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Über Lossy

Lossy

Wir alle lieben gute Musik. In jüngerer Zeit war die Audio-CD gute digitale Musik. Dies sind 44100 Hz, Stereo, 16 Bit (linear) pro Kanal, in keiner Weise komprimiert, was laut Wikipedia 1411,2 kbps bedeutet.

Lossy

Aber am Ende des 20. Jahrhunderts, in der Ära der Geburt von Multimedia, als Musik nicht nur auf Playern, sondern auch auf Computern abgespielt wurde, stellte sich heraus, dass die Audio-CD (dh nacktes PCM) gerade ist besser. Kompresse. Es gab zum Beispiel Microsoft ADPCM, das diesen Fall in WAV-Dateien ein wenig komprimierte, ohne an Qualität zu verlieren. Aber im Allgemeinen würde die ursprüngliche 44-kHz-Stereoanlage auf diese Weise immer noch viel Platz benötigen. Daher sank die Qualität auf 22 kHz Mono. Eines der ersten Multimedia-Alben dieser Zeit: “Immersion” der Gruppe “Nautilus Pompilius” ist immer noch da draußen, und ich habe es getan.

Also hat MP3 gewonnen. Speichern und Verteilen von komprimierter Musik. Bei 128 kbps “CD-Qualität”.

MP3 kam seltsamerweise hoch. Technisch gesehen ist dies MPEG-1 Audio Layer 3. Eine Schicht zum Komprimieren von Audiodaten zu einem modernen, progressiven Standard zum Speichern von Videodaten auf Video-CDs. Nur in seinem eigenen MP3-Dateiformat gepackt. Die Video-CD ist für niemanden mehr interessant. Der folgende MPEG-2-Standard wird für DVD- und digitale Fernsehsendungen (nicht HD) verwendet. Der nächste MPEG-4-Standard wird jetzt für HD-Videos verwendet und entwickelt sich weiter.

MP3 war revolutionär. Es war (fast) das erste verlustbehaftete Komprimierungsformat. Wenn wir nicht versuchen, alles zu bewahren, was im ursprünglichen Signal enthalten war, sondern basierend auf einem psychoakustischen Modell herausschneiden, was eine Person sowieso nicht hören wird, und den Rest komprimieren. Wie JPEG.

Dann habe ich versucht, die gesammelte Audiosammlung zu digitalisieren. Kompaktkassetten (nur “Kassetten”, aber richtiger “Kompaktkassetten”) erwiesen sich als völlige Scheiße. Der Frequenzbereich ist so, dass es keinen Sinn macht, mit mehr als 22 kHz abzutasten. Es gab keine Rekorder von Rolle zu Rolle im Haus. Aber Schallplatten erschütterten die Klangqualität. Mit guter Ausrüstung können Sie eine bessere Qualität als mit einer CD zeichnen. Sie müssen nur die Klicks loswerden.

Und dann wurde mir klar, dass MP3 auch Scheiße ist. Bei diesen 128 kbps leidet die Klangqualität stark. Und das Schrecklichste ist, dass abscheuliche Metalltöne dort erscheinen, wo sie nicht sein sollten. Meine Ohren brauchen mindestens 192 kbps und je mehr desto besser.

Nehmen wir einen Hinweis von einer berühmten Punkrock-Band aus der Vergangenheit. Wie FLAC. Es ist ein so moderner verlustfreier Kompressionsstandard, dass es WAV erfolgreich ersetzt hat. Weil es kostenlos ist.

Das Original ist in CD-Qualität, sodass erwartungsgemäß Frequenzen bis zu 22 kHz vorhanden sind.

Original flac

Wir werden mit FFmpeg oder besser gesagt mit LAME ernten.

Mit 320 kbps und 256 kbps sieht das Spektrogramm fast wie das Original aus.

Bei 192 kbps gibt es Anzeichen für eine 16-kHz-Abschaltung. Das Spektrogramm “verdunkelt” sich anscheinend, das psychoakustische Modell hat etwas herausgeschnitten. Nach Gehör verschwanden die höherfrequenten “Bursts” wirklich.

MP3 192 kbps

Bei den berüchtigten 128 kbit / s ist bei 16 kHz bereits alles speziell abgeschaltet. Hintergrundgeräusche sind “unscharf” und beginnen zu sprudeln. Nichts mit dem Original zu tun, um die musikalischen Details zu genießen.

MP3 128 kbps

Aber Sie können 64 kbps in MP3 machen. Die Stereoanlage ist weg. Alles gurgelt furchtbar und irritiert mit völlig seltsamen Geräuschen.

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In welchem Format und mit welcher Qualität ist Musik im Radio zu hören?

In welchem Format und mit welcher Qualität ist Musik im Radio zu hören?

Radio most used audio file formats

Tatsächlich können wir sagen, dass es derzeit zwei Haupt-Audioformate gibt: verlustbehaftet (komprimiert) und verlustfrei (unkomprimiert). Sie werden in viele Typen eingeteilt.

Radio audio file formats

Lossy benötigt weniger Speicherplatz, beeinträchtigt jedoch die Qualität der Audiospur. Bei der Komprimierung mit dem MPEG-Protokoll (daher der Name mp3 – mp4 für Dateien mit Videosequenzen) werden die für das Ohr kaum wahrnehmbaren Farbtöne und Übergangstöne abgeschnitten. Dies macht die Datei klarer, verschlechtert sie aber auch. Der letzte Platz wird von der Bitrate dieser Datei belegt: der Grad der Komprimierung jeder Sekunde der Audiospur. Je niedriger die Bitrate, desto weniger Speicherplatz nimmt die Datei ein und desto schlechter ist die Qualität. Eine Komposition von drei Minuten in MP3 mit einer Bitrate von 320 Kilobit pro Sekunde belegt somit bis zu 3 Megabyte auf der Festplatte. Eine ähnliche Zusammensetzung mit einer Bitrate von 96 Kilobit belegt etwa 400 Kilobyte.

Lossless kommt dem ursprünglichen analogen Sound * so nahe wie möglich und ist daher bei Toningenieuren sehr beliebt. Verlustfreie Formate beanspruchen sogar im Vergleich zu mp3-320 viel mehr Speicherplatz. Unter diesen Formaten sind WAV (Standard), FLAC (wirtschaftlich) und AIFF (Apple) am häufigsten. Ersteres wird am häufigsten verwendet.

Professionelle Tonaufnahmen werden nur im unkomprimierten Format durchgeführt. Nur mit ihm arbeiten Toningenieure.

Im Radio ist die Situation etwas komplizierter. Dies ist auf die Besonderheiten der Arbeit der Medien zurückzuführen, nämlich Effizienz und wirtschaftliche Rentabilität. Die Verwendung von Servern mit hoher Kapazität ist teuer und daher codieren die meisten Radiosender Audiospuren im MP3-Format mit einer Bitrate von 256 Kilobit pro Sekunde. Dies ist jedoch hauptsächlich für nationale Sender typisch. Aus dem Ausland gekaufte Geräte verfügen über Standardkonfigurationen, die eine WAV-Codierung voraussetzen.

Warum konzentrieren sich Softwareentwickler auf WAV? Weil sich das Funksignal nicht störungsfrei ausbreiten kann. Daher empfängt der Hörer immer noch ein kleines und manchmal erheblich verzerrtes Signal. Rundfunkveranstalter stehen daher vor einer vernünftigen Frage: Welche Klangqualität wird der Hörer am besten wahrnehmen: verzerrtes Ideal oder verzerrte Verzerrung? Aus diesem Grund wird in Europa und den USA der WAV-Standard (AIFF, wenn die Station mit Apple-Geräten betrieben wird) in Russland übernommen – MP3 mit einer Bitrate von 256 Kilobit pro Sekunde.

Die analoge Datenübertragung basiert auf den physikalischen Eigenschaften von Schall. Der Wiedergabemechanismus basiert auf den Prinzipien der menschlichen Hörwahrnehmung. Das heißt, die Schallwelle vibriert die Membran (in Analogie zum Trommelfell des Ohrs) und wird mit einer Nadel im Träger in der Form fixiert, in der sie erhalten wurde. Wiedergabe daher auch ohne Abweichungen und Änderungen im Zusammenhang mit der digitalen Konvertierung.

Die Kategorie Audiodateien umfasst komprimierte und unkomprimierte Audioformate, die ein Datensignal enthalten und von Audioprogrammen abgespielt werden können. Diese Kategorie umfasst auch MIDI-Dateien, Musikpartituren und Audioprojektdateien, die im Allgemeinen keine Audiodaten enthalten.

Die häufigsten Erweiterungen sind .WAV, .AIF, .MP3 und .MID.

Verlustbehaftete Audiokomprimierung

Verlustbehaftete Audiokomprimierung

MP3: Lossy compression

Ich beginne mit dem bekannten und weit verbreiteten (wenn auch nicht immer geliebten) MP3-Format.

Lossy audio format

Dieses Audioformat wird überall und überall aktiv verwendet, wo es benötigt wird und wo es nicht benötigt wird. Dies bedeutet jedoch nicht, dass es des Platzes, den es in seiner Nische einnimmt, nicht würdig ist. Sehr würdig. Obwohl er seit ungefähr zwei Jahrzehnten in seiner Nische “sitzt”, hat ihn noch niemand “rausgeschmissen”. Und es gab viele, die es sagen wollten. Und der Hauptfavorit von ihnen ist WMA (Windows Media Audio), das von Microsoft als Alternative zu MP3 konzipiert wurde. Infolgedessen ist es eine Alternative, und dies trotz der besten Bemühungen der Entwickler. Das nächste Zeichen ist OGG. Trotz der breiteren Möglichkeiten als beispielsweise MP3 wurde es nie allgemein akzeptiert. Obwohl es mit vielen Betriebssystemen kompatibel ist. Vielleicht ist das AAC-Audioformat erwähnenswert, das MP3 im Relais ersetzen sollte. Die Codierungsqualität wurde verbessert und der Komprimierungsverlust verringert. Aber ja.

Der Hauptvorteil dieser Formate ist ihre geringe Größe. Der Nachteil ist der Qualitätsverlust.

Verschiedene Formate
In der heutigen Welt finden Sie eine große Anzahl verschiedener Klangerweiterungen. Erinnern wir uns auf einen Blick:

MP3 (Na wo ohne?)
WMA
OGG
CAA
Und viele andere
Natürlich ist jedes dieser Formate gut, insbesondere MP3, das wahrscheinlich das beliebteste Format ist. Aber heute sprechen wir nicht über Popularität. MP3 und andere ähnliche Formate, egal wie gut sie klingen, sind komprimierte Originale. Und selbst wenn Sie die maximale Qualität auf 320 btrate einstellen, wird sie nicht von höchster Qualität sein. Es wurde komprimiert, reduziert, so dass es gewisse Verluste geben wird.

Audiokomprimierungsformate

Audiokomprimierungsformate

Audio Compression Formats

Jetzt gibt es viele Audiokomprimierungsformate, die ursprünglich für einen Computer entwickelt wurden, aber später auf Haushaltsgeräte migriert wurden. Einige von ihnen sind veraltet und praktisch unbenutzt, andere sind kürzlich erschienen und hatten noch keine Zeit, ihre Nische zu besetzen. Hier werde ich mich nur auf die verlustbehafteten Komprimierungsformate konzentrieren, mit denen Sie den höchsten Grad an Komprimierung der Audiodaten erzielen können. Was bedeutet “verlustbehaftete Komprimierung”? Erst nach dem Codieren von einer WAV-Datei in ein komprimiertes Format und dem erneuten Codieren von einem komprimierten Format in eine WAV-Datei unterscheiden sich die Originaldatei und die endgültige Datei. Vielleicht nicht zum Besseren.

audio compression formats

Das komprimierte Audioformat bedeutet, dass sich die Klangqualität trotz mehrfacher Verringerung der Dateigröße praktisch nicht ändert. Wie schaffen Sie es, ein solches Ergebnis zu erzielen? Die Wissenschaft der Psychoakustik antwortet darauf. Das menschliche Gehirn ist so konzipiert, dass wir das Flüstern von Büchern im Hintergrund eines Gesprächs nicht bemerken, obwohl wir diesen Ton auf einem Computer mit genauem Hören verfolgen können. Es stellt sich also heraus, dass es so aussieht, aber es sieht nicht so aus …

Durch die Kombination herkömmlicher Datenkomprimierungsmethoden und das Wissen darüber, welche Informationen von unserem Gehirn wahrgenommen werden und welche nicht, können Sie ein Musikkomprimierungsverhältnis von bis zu 10-fach bei akzeptabler Klangqualität erzielen. Im Folgenden habe ich einen kurzen Überblick über die gängigsten und bekanntesten Komprimierungsformate für Musikdateien gegeben, mit denen eine Home-Musiksammlung erstellt werden kann.

MP3
MPEG 1 Layer III (seltener MPEG 2 Layer III), manchmal auch als inkompetentes MPEG 3 bezeichnet (dieses Format existiert nicht), ist seit vielen Jahren für viele die einzige Assoziation mit dem Begriff “Computermusik” Benutzer. Das Ende der 1980er Jahre entwickelte Format, mit dem Musik ohne katastrophalen Qualitätsverlust bis zu zehnmal komprimiert werden konnte, setzte sich schnell in Heimcomputern durch.

Die optimale Kompressionsbitrate beträgt ca. 192 Kb / s. Obwohl alle Ohren anders sind: Jemand unterscheidet Verzerrungen besser, jemand schlechter. Ein anständiges Minimum ist 128 Kb / s. Es ist möglich, eine variable Bitrate zu verwenden. Das heißt, in dem Moment, in dem der Bereich der Schallfrequenzen klein ist, nimmt die Bitrate ab, und wenn viele Dinge gleichzeitig ertönen, nimmt sie im Gegenteil zu. Eine konstante Bitrate von mehr als 320 Kb / s ist häufig zu hoch und führt zu Platzverlust. Außerdem enthält die MP3-Datei ein bestimmtes ID3-Tag für den Bereichskopf. Enthält grundlegende Informationen zur Datei. Es gibt 2 verschiedene Versionen dieses Tags. Die zweite ist folglich umfangreicher, aber es wurde nichts Revolutionäres hinzugefügt. Die Klangqualität einer MP3-Datei kann je nach ausgewähltem Encoder und Player stark variieren.

MPEGplus / Musepack (MP + / MPC / MPP)
Dieser Encoder ähnelt im Prinzip MPEG Layer II (MP2), verwendet jedoch einen fortgeschritteneren Algorithmus. Im Gegensatz zu den meisten modernen Codecs war es das Ziel der Entwickler von Musepack überhaupt nicht, die höchstmögliche Qualität bei niedrigen Bitraten zu erreichen. Das Format wird am besten bei mittleren und hohen Bitraten angezeigt (die typische Dateibitrate liegt normalerweise im Bereich von 160 bis 180 Kb / s). Ein hervorragendes psychoakustisches Modell, das VBR-Codierung für eine hervorragende Klangqualität verwendet. Infolgedessen bietet der Codec bei ähnlichen Bitraten eine bessere Leistung als die meisten seiner Konkurrenten. Die Qualität der Dateien, die beim Komprimieren in MPC erhalten werden, übertrifft die Qualität ähnlicher MP3-Dateien erheblich. Einer der schwerwiegenden Mängel der aktuellen Version von Musepack ist die Einschränkung des Dateiformats: 44 kHz, 16 Bit, Stereo, wodurch es beispielsweise nicht anwendbar ist, Audiospuren für DVD-Filme zu komprimieren. Wenn Ihnen die MP3-Kompatibilität nicht allzu wichtig ist und Sie die höchste Qualität der endgültigen Datei wünschen, ist die Auswahl von Musepack möglicherweise die ideale Lösung. Die Verwendung dieses Formats ist eine echte Alternative zur verlustfreien Komprimierung zum Codieren von Musik von CDs für diejenigen, die bereits von den Möglichkeiten des MP3-Formats enttäuscht sind. und es ist wünschenswert, dass die Qualität der endgültigen Datei so hoch wie möglich ist. Die Wahl von Musepack kann die ideale Lösung sein. Die Verwendung dieses Formats ist eine echte Alternative zur verlustfreien Komprimierung zum Codieren von Musik von CDs für diejenigen, die bereits von den Möglichkeiten des MP3-Formats enttäuscht sind. und es ist wünschenswert, dass die Qualität der endgültigen Datei so hoch wie möglich ist. Die Wahl von Musepack kann die ideale Lösung sein.