was Digitales Audio ist

Bitrate

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Bitrate

sampling

In der Kommunikation gibt es an, wie viele Datenbits pro Stunde übertragen werden und wird im Allgemeinen in bps (Bit / s) ausgedrückt, wie viele Bits pro Sekunde übertragen (verarbeitet) werden.

Sample Rate

Wenn sie niedrig ist, ist die Größe beim Speichern als Datei klein und es ist Platz auf der Übertragungsleitung für die Kommunikation vorhanden. Wenn beispielsweise ein Audio (1 Kanal) auf 1/3 komprimiert wird, kann das 3-Kanal-Audio mit derselben Bitrate gesendet werden. Entschuldigen Sie die alte Geschichte, aber in Anbetracht des Zeitalters der analogen Kommunikation (analoge Mobiltelefone) unterstützt die Digitalisierung + Komprimierung mehrere Anrufe mit den gleichen Funkwellen.

Schließlich
Ich höre oft, was Hi-Res Audio genannt wird. Die Abtastfrequenz soll 96 kHz oder 192 kHz betragen, was über 48 kHz liegt, die Anzahl der Quantisierungsbits beträgt 24 Bits und die Grenze (hoher Bereich) des menschlichen Gehörs liegt bei etwa 20 kHz, aber es drückt Frequenzen darüber aus . Es wird sein. Es ist die gleiche Bitrate wie das Bild von vor langer Zeit. .. ..
Übrigens scheinen Hunde bis zu 60 kHz und Katzen bis etwa 64 kHz zu hören.

Hi-Res-Beispiel (Hi-Res Audio)
Abtastfrequenz Anzahl der Quantisierungsbits Anzahl der Kanäle Bitrate Ausdrückbare Frequenz
192 kHz 24 2 9.216 kbps 96 kHz
192 kHz 16 16 2 6.144 kbps 96 kHz
96 kHz vierundzwanzig 2 4,608 kbps 48 kHz
96 kHz 16 16 2 3.072 kbps 48 kHz
48 kHz vierundzwanzig 2 2.304 kbps 24 kHz
Betrachtet man die Grenze des menschlichen Hörvermögens (ca. 20 kHz), sind nach dem Abtasttheorem 48 kHz oder 44,1 kHz eine ausreichende Frequenz, aber was ist mit allen? .. ..
In meinem Fall kann ich den hochauflösenden Bereich nicht unterscheiden, aber er sollte in der Lage sein, die verworfene Frequenz bei 48 kHz bis 96 kHz wiederzugeben, und wenn die Anzahl der Quantisierungsbits im 24-Bit-Bereich liegt, der Schalldruck (dB) ist ein bisschen. Fühlt sich an, als würde ich aufsteigen (?) (Es sind nur meine Ohren).
Ich würde gerne einen Vergleich anstellen, wenn ich die Gelegenheit habe, aber ich habe das Gefühl, dass ich nicht nach Gehör sagen kann, dass ich keinen richtigen Regenerator (wie einen teuren analogen Verstärker) habe.

Ist es endlich an der Zeit, dass sich Katzen und Hunde in der Akustikbranche verifizieren lassen? .. ..

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Abtastrate und Bitrate

sample rate

Ich habe beim letzten Mal über Audiodateien geschrieben, aber wenn Sie die Dateigröße reduzieren (Code mit einer niedrigeren Bitrate), verschlechtert sich die Tonqualität tendenziell. Wie viel sollte es wirklich sein? .. ..

Beim Komprimieren mit Audiocodierung (AAC, MP3 usw.) wird die Komprimierungsrate durch die Bitrate zum Zeitpunkt der Codierung bestimmt. Insbesondere wenn Sie eine niedrige Bitrate einstellen, ist die Komprimierungsrate höher und die Dateigröße beim Speichern kleiner, aber zuerst, wie hoch ist die Bitrate für die unkomprimierte Originaltonquelle (PCM)?
Wenn Sie es als PCM speichern, entspricht die Tonqualität dem Originalton, aber es kann etwas umständlich sein, es zu speichern, ohne sich über die Dateigröße Gedanken zu machen. Außerdem finde ich, dass die Speicherkapazität je nach Anwendung auch für die Größe des Originaltons ausreichend ist und die Kommunikationsgeschwindigkeit gut ist. Daher möchte ich über die Samplerate und Bitrate schreiben, die oft bei digitalem Audio zu hören sind.

Die Bitrate von digitalem Audio wird durch die Abtastfrequenz, die Anzahl der einem Sample zugewiesenen Bits (Anzahl der Quantisierungsbits) und die Anzahl der Kanäle (Stereo, Mono usw.) bestimmt.

PCM-Bitrate (unkomprimiert) = Abtastrate x Anzahl Quantisierungsbits x Anzahl Kanäle
Wie ich letztes Mal etwas geschrieben habe, zum Beispiel in Dateicontainern wie wav und mp4 Format, werden diese Informationen als Header angehängt, damit die Anwendung den Header sehen und abspielen kann. Die Komprimierungsrate der Codierung wird durch die zum Zeitpunkt der Codierung angegebene Bitrate für diese PCM-Bitrate (unkomprimiert) bestimmt.
Wie viele von Ihnen beispielsweise von Musik-CDs wissen, ist dies mit 44,1 kHz Stereo die nächste Bitrate.

Bitrate der Musik-CD: 44100 Hz x 16 Bit x 2 Kanäle (Stereo) = 1411,2 kbps
Bei der Kodierung mit MP3, AAC usw. ist es selbstverständlich, eine Bitrate von weniger als 1411,2 kbps anzugeben. Bei einer Kodierung mit 256 kbps beträgt die Komprimierungsrate beispielsweise etwa 18 %, wenn der Originalton 100 % beträgt und die Dateigröße 1/5 oder weniger beträgt.

Musik-CDs mit 256 kbps codieren: 256 kbps / 1.411,2 kbps = ca. 18 %
Im Allgemeinen betragen die Abtastraten von Audiogeräten, die tatsächlich an PCs angeschlossen sind, 48 kHz und 44,1 kHz für Musik, 16 kHz und 8 kHz für Audio wie Mikrofone und Kopfhörer und 32 kHz, 24 kHz, 22,05 kHz usw.

Die Bitrate von PCM (unkomprimierte Tonquelle) mit 16-Bit-Quantisierungsbits ist wie folgt.

Stereo (für Musik) PCM 16-Bit-Bitrate (Beispiel)
Abtastfrequenz Anzahl Quantisierungsbits Anzahl Kanäle Bitrate Kommentare
48 kHz 16 16 2 1.536 kbps
44,1 kHz 16 16 2 1.411,2 kbps Musik-CD
32 kHz 16 16 2 1.024 kbps
24 kHz 16 16 2 768 kbps
22,05 kHz 16 16 2 705,6 kbps
16-Bit monaurale PCM-Bitrate (für Audio) (Beispiel)
Abtastfrequenz Anzahl Quantisierungsbits Anzahl Kanäle Bitrate Kommentare
32 kHz 16 16 1 512 kbps Superbreitband
24 kHz 16 16 1 384 kbps
16 kHz 16 16 1 256 kbps Breitband
8 kHz 16 16 1 128 kbps Schmalband

Abtastrate
Wenn Sie im Internet nachsehen, finden Sie Erklärungen wie das Sampling, das erforderlich ist, um analoge Wellenformen in eine digitale Umwandlung umzuwandeln. Es zeigt beispielsweise an, wie viele Samples eines von einem Mikrofon eingegebenen Audiosignals pro Sekunde aufgenommen und digitalisiert werden. Je größer das Sample, desto größer der Bereich, der aufgezeichnet werden kann. Wenn eine analoge Wellenform digitalisiert wird, ist die ausdrückbare Frequenz die Hälfte der Abtastfrequenz (Abtasttheorem). Bei einer Abtastfrequenz von 48 kHz ist es beispielsweise möglich, bis zu 24 kHz auszudrücken. Bei 8 kHz (Schmalband) und 16 kHz (Breitband), die oft für Audio verwendet werden, können Sie nur bis zu 4 kHz bzw. 8 kHz hören. Je höher die Abtastrate, desto höher die Bitrate.

Abtasttheorem
Es ist eine sehr einfache Erklärung, aber sie kann bis zur Hälfte der Abtastrate ausdrücken. Wenn beim Abtasten eines Signals das Intervall klein ist, kann es nahe am Originalsignal wiederhergestellt werden, aber wenn es zu dick ist, kann es nicht wiederhergestellt werden (ich möchte etwas mehr Details schreiben, wenn es um Signalverarbeitung oder andere Zeiten geht ).

Abtasttheorem

Digital Audio Sampling

Es ist eine sehr einfache Erklärung, aber sie kann bis zur Hälfte der Abtastrate ausdrücken.

Sampling

Wenn beim Abtasten eines Signals das Intervall klein ist, kann es nahe am Originalsignal wiederhergestellt werden, aber wenn es zu dick ist, kann es nicht wiederhergestellt werden (ich möchte etwas mehr Details schreiben, wenn es um Signalverarbeitung oder andere Zeiten geht ).

44,1 kHz
Warum wird der Satz von 44,1 angenommen, der nicht gut getrennt ist? .. ..
Trägt der Techniker nicht absichtlich eine lästige Uhr, um das Kopieren von Musik-CDs zu verhindern? Ich habe so etwas gehört. Als ich gesucht habe, scheint dies passiert zu sein (?) aufgrund der Bequemlichkeit eines alten PCM-Recorders. In diesem Zeitalter ist es schwierig zu wissen, was 44,1 kHz in der Entwicklung ist. Die Abtastumwandlung von 44,1 kHz ↔ 48 kHz bereitet Kopfzerbrechen. USB-Audio (USB-Audiogeräteklasse) tauscht beispielsweise Daten in Intervallen von 1 ms aus. Im Fall von 48 kHz sind die Daten 48 Samples, aber wenn man 44,1 kHz berücksichtigt, sind es 44 Samples (x9) und 45 Samples (x1) in 10 ms. Wenn Sie bei 45 Samples (vorläufig) bei einem Sample schummeln, beträgt es 44,0 kHz. Ich denke, bei Stimme und Musik ist es eher so, und ich denke, das menschliche Ohr ist meistens irreführend (es ist nur meine persönliche Meinung).
Mit einer objektiven Bewertungsmethode wird es jedoch bald ans Licht kommen. Sie können zum Beispiel sehen, dass Sie von einer Sinuswelle (Sinuswelle) eindeutig getäuscht wurden (vielleicht sind Sie unerwartet auf dem Markt).

Anzahl Quantisierungsbits
Die Abtastung musste einen Wert in Zeitrichtung annehmen (Diskretisierung), aber die Quantisierung musste einen Wert in Amplitudenrichtung annehmen. Der Bereich, in dem die Lautstärke des oft gehörten Tons angezeigt werden kann, “96 dB Dynamikbereich” bedeutet, dass die Anzahl der Quantisierungsbits 16 Bit beträgt und das Musiksignal im Bereich von 0 bis 65535 abgespielt wird. Ich kann es tun. Die Anzahl der Quantisierungsbits wird auch als Bittiefe oder Bittiefe bezeichnet.

Bitrate
In der Kommunikation gibt es an, wie viele Datenbits pro Stunde übertragen werden und wird im Allgemeinen in bps (Bit / s) ausgedrückt, wie viele Bits pro Sekunde übertragen (verarbeitet) werden. Wenn sie niedrig ist, ist die Größe beim Speichern als Datei klein und es ist Platz auf der Übertragungsleitung für die Kommunikation vorhanden. Wenn beispielsweise ein Audio (1 Kanal) auf 1/3 komprimiert wird, kann das 3-Kanal-Audio mit derselben Bitrate gesendet werden. Entschuldigen Sie die alte Geschichte, aber in Anbetracht des Zeitalters der analogen Kommunikation (analoge Mobiltelefone) unterstützt die Digitalisierung + Komprimierung mehrere Anrufe mit den gleichen Funkwellen.

Missverständnisse über digitales Audio

Missverständnisse über digitales Audio

Digital Audio

Je höher die Bitrate, desto besser die Spur

Dies ist nicht immer der Fall. Lassen Sie mich zunächst daran erinnern, welche Bitrate t (Bitrate statt Bitterkeit). Tatsächlich ist dies die Datenrate in Kilobit pro Sekunde während der Wiedergabe. Das heißt, wenn wir die Größe der Spur in Kilobit nehmen und durch ihre Dauer in Sekunden dividieren, erhalten wir ihre Bitrate, den Aufruf. Dateibasierte Bitrate (FBR), die sich normalerweise nicht zu stark von der Bitrate des Audiostreams unterscheidet (der Grund für die Unterschiede ist das Vorhandensein von Metadaten auf der Spur: Tags, “eingebettete” Bilder usw.) .

Digital audio

Nehmen wir nun ein Beispiel: Die auf einer normalen Audio-CD aufgezeichnete unkomprimierte PCM-Audio-Bitrate wird wie folgt berechnet: 2 (Kanäle) × 16 (Bits pro Abtastung) × 44100 (Abtastungen pro Sekunde) = 1411200 (bps) ) = 1411.2 kbps … Lassen Sie uns nun den Track mit einem verlustfreien Codec (“verlustfrei” – “verlustfrei”, dh einem, der nicht zu Datenverlust führt), zum Beispiel dem FLAC-Codec, greifen und komprimieren. Infolgedessen erhalten wir eine niedrigere Bitrate als das Original, aber die Qualität bleibt unverändert. Hier ist deine erste Gegenargumentation.

Hier ist noch etwas hinzuzufügen. Die verlustfreie Komprimierungsausgangsbitrate kann sehr unterschiedlich sein (ist jedoch im Allgemeinen niedriger als bei unkomprimiertem Audio). Dies hängt von der Komplexität des komprimierten Signals bzw. von der Datenredundanz ab. Einfachere Signale werden also besser komprimiert (dh wir haben eine kleinere Dateigröße bei gleicher Dauer => niedrigere Bitrate), und komplexere Signale sind schlechter. Deshalb hat verlustfreie klassische Musik eine niedrigere Bitrate als beispielsweise Rock. Es muss jedoch betont werden, dass die Bitrate hier in keiner Weise ein Indikator für die Qualität des Klangmaterials ist.

Lassen Sie uns nun über verlustbehaftete Komprimierung sprechen. Zunächst müssen Sie verstehen, dass es viele verschiedene Encoder und Formate gibt, und selbst innerhalb desselben Formats kann sich die Codierungsqualität für verschiedene Encoder unterscheiden (z. B. QuickTime AAC-Codierungen sind viel besser als veraltete FAAC), ganz zu schweigen von der Überlegenheit von moderne Formate (OGG Vorbis, AAC, Opus) in MP3. Einfach ausgedrückt, von zwei identischen Spuren, die von verschiedenen Encodern mit derselben Bitrate codiert wurden, klingen einige besser und andere schlechter.

Es gibt auch eine Aufwärtskonvertierung. Das heißt, Sie können einen Titel im MP3-Format mit einer Bitrate von 96 kbps aufnehmen und in MP3 mit 320 kbps konvertieren. Die Qualität wird sich nicht nur nicht verbessern (schließlich können Daten, die während der vorherigen 96-kbit / s-Codierung verloren gegangen sind, nicht zurückgegeben werden), sondern auch noch schlechter werden. Es ist erwähnenswert, dass bei jeder verlustbehafteten Codierungsstufe (bei jeder Bitrate und jedem Codierer) eine gewisse Verzerrung in das Audio eingeführt wird.

Und noch mehr. Es gibt noch eine Nuance. Wenn beispielsweise die Bitrate eines Audiostreams 320 kbit / s beträgt, bedeutet dies nicht, dass die 320 kbit / s genau in dieser Sekunde codiert wurden. Dies ist typisch für die Codierung mit konstanter Bitrate und für Fälle, in denen eine Person in der Hoffnung auf höchste Qualität eine zu hohe konstante Bitrate erzwingt (z. B. Einstellen von CBR auf 512 kbps für Nero AAC ). Wie Sie wissen, wird die Anzahl der einem bestimmten Rahmen zugewiesenen Bits durch das psychoakustische Modell reguliert. Falls der zugewiesene Betrag jedoch viel niedriger als die eingestellte Bitrate ist, wird auch die Bitablagerung nicht gespeichert (Begriffe siehe Artikel “Was ist CBR, ABR, VBR?”) – Als Ergebnis erhalten wir nutzlose “Null-Bits”, die die Frame-Größe einfach auf die gewünschte “umbrechen” (dh die Größe des Streams auf die angegebene Größe erhöhen). Dies ist übrigens leicht zu überprüfen: Komprimieren Sie die resultierende Datei mit einem Aktenschrank (vorzugsweise 7z) und betrachten Sie das Komprimierungsverhältnis – je mehr, desto mehr Null-Bits (da sie zu Redundanz führen), desto mehr Speicherplatz wird verschwendet.

Verlustbehaftete Codecs (MP3 und andere) können mit moderner elektronischer Musik umgehen, aber klassische (akademische), Live- und Instrumentalmusik nicht effizient codieren.
Die “Ironie des Schicksals” ist hier, dass tatsächlich alles genau das Gegenteil ist. Wie Sie wissen, folgt akademische Musik in den allermeisten Fällen melodischen und harmonischen Prinzipien sowie der Instrumentalkomposition. Aus mathematischer Sicht führt dies zu einer relativ einfachen harmonischen Komposition der Musik.