Digitale Audiokodierung
Tatsächlich ist die eine oder andere digitale Form der Darstellung von analogen Audiosignalen bereits eine Codierungsmethode – eine Folge von Zahlen, die ein analoges Audiosignal beschreibt, ist selbst ein digitaler Code.
Die Kodierung, über die wir jetzt sprechen werden, ist jedoch etwas anderes. Schauen wir uns nun die Methoden zum Codieren digitaler Audiosignale an.
Ein digitalisiertes Audiosignal “in seiner reinen Form” ist eine ziemlich genaue, aber nicht die kompakteste Art, das ursprüngliche analoge Signal aufzuzeichnen.
Urteile selbst. Um vollständige Informationen über das ursprüngliche analoge Signal im Frequenzbereich 0-20 kHz (im hörbaren Frequenzbereich) zu erhalten, muss das analoge Signal mit einer Frequenz von mindestens 40 kHz abgetastet werden. Daher legt der CD-DA-Standard (der Standard zum Aufzeichnen von Daten auf Audio-CDs, die allen bekannt sind) die folgenden Codierungsparameter fest: Aufzeichnen von zwei oder einem Kanal im PCM-Format mit einer Abtastfrequenz von 44,1 kHz und einer 16-Bit-Quantisierungsbittiefe . Eine Stunde Musik in diesem Format nimmt ungefähr 600 MB Speicherplatz ein (60 Minuten * 60 Sekunden * 2 Kanäle * 44100 Samples pro Sekunde * 2 Bytes pro Sample = ungefähr 605 MB). Wenn man berücksichtigt, dass beispielsweise die Musiksammlung eines gewöhnlichen Musikliebhabers 5.000 Titel mit einer durchschnittlichen Länge von jeweils etwa 3 Minuten enthält, ist der Speicherbedarf, der erforderlich ist, um sie in ihrer ursprünglichen digitalen Form zu speichern, ziemlich bedeutend. Daher erfordert das Speichern relativ großer Mengen von Audiodaten, um eine ziemlich gute Klangqualität sicherzustellen, die Verwendung verschiedener “Tricks”, um die Daten zu komprimieren.
Im Allgemeinen können alle vorhandenen Methoden zum Codieren von Audioinformationen bedingt in nur zwei Typen unterteilt werden.
1. Die verlustfreie Datenkomprimierung (“verlustfreie Codierung”) ist eine Methode zum Codieren (Komprimieren) digitaler Audioinformationen, die eine hundertprozentige Wiederherstellung der Originaldaten aus der komprimierten Übertragung ermöglicht (der Begriff “Originaldaten” bedeutet hier die ursprüngliche Form von die digitalisierten Audiodaten). Diese Methode der Datenkomprimierung wird in Fällen verwendet, in denen eine hundertprozentige absolute Erhaltung der Qualität der ursprünglichen Audiodaten erforderlich ist. Die heute existierenden verlustfreien Komprimierungsalgorithmen können das Datenvolumen um 20-50% reduzieren und gleichzeitig eine 100% ige Wiederherstellung des ursprünglichen digitalen Materials aus den komprimierten Daten gewährleisten. Die Betriebsmechanismen solcher Codierer ähneln den Betriebsmechanismen allgemeiner Datenarchivierer wie ZIP oder RAR, sind jedoch gleichzeitig speziell für die Komprimierung von Audiodaten angepasst. Verlustfreie Codierung Obwohl sie im Hinblick auf die Aufbewahrung ideal ist Aufgrund der Qualität der Audiomaterialien kann kein hohes Maß an Komprimierung erzielt werden.
2. Es gibt eine andere modernere Möglichkeit, Daten zu komprimieren. Diese sogenannte verlustbehaftete Datenkomprimierung (engl. “Lossy Coding”) Der Zweck der Codierung besteht darin, mit allen Mitteln die höchste Datenkomprimierungsrate zu erzielen und gleichzeitig die Klangqualität auf einem akzeptablen Niveau zu halten. Die Idee hinter verlustbehafteter Codierung basiert auf zwei einfachen Überlegungen:
Die ursprünglichen digitalen Audiodaten sind redundant: Sie enthalten viele unnötige Informationen, die für das Ohr unbrauchbar sind und entfernt werden können, wodurch das Komprimierungsverhältnis erhöht wird.
Die Anforderungen an die Klangqualität von Audiomaterial können variieren und hängen von bestimmten Zwecken und Anwendungsbereichen ab.
Eine verlustbehaftete Codierung wird daher als “verlustbehaftet” bezeichnet, was zum Verlust einiger Audioinformationen führt. Eine solche Codierung führt dazu, dass das decodierte Signal bei seiner Wiedergabe ähnlich wie das Original klingt, in Wirklichkeit jedoch nicht mehr mit diesem identisch ist. Die meisten verlustbehafteten Codierungsmethoden beruhen auf der Verwendung der psychoakustischen Eigenschaften des menschlichen Hörsystems sowie auf verschiedenen Tricks, die mit dem Resampling und Resampling des Signals verbunden sind. In der Frequenz analysiert der Encoder während des Komprimierungsprozesses die Audiodaten, um verschiedene Details des Sounds zu identifizieren, die ignoriert werden können. Verdeckte Frequenzen, unhörbare und unhörbare Klangdetails können für ein höheres Kompressionsverhältnis geopfert werden. Wenn Verständlichkeit nur für den Ton wichtig ist (z. B. in der Telefonie, wo das Vorhandensein von Frequenzen über 4 kHz nicht erforderlich ist), werden die Audioinformationen während des Codierungsprozesses ernsthaft “vereinfacht”, was zusammen mit der Verwendung von ” intelligente “Quantifizierer” und “gierige” Datenkomprimierungsalgorithmen.