Was ist Bitrate? Kenntnisse des Audioformats MP3.


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Was ist Bitrate? Kenntnisse des Audioformats MP3.

mp3

Digitale Audioformate sind Audiosignale, die in digitaler Form aufgezeichnet, verarbeitet und wiedergegeben werden.

MP3

Das Aufkommen digitaler Audioformate dient dazu, die Anforderungen an High-Fidelity-Wiedergabe, -Speicherung und -Übertragung zu erfüllen. Einfach ausgedrückt, hatten frühe analoge Audioformate Probleme mit Wiedergabeverzerrungen und Störungen aufgrund von Medienverschleiß. Seit dem Aufkommen der CD sind Audiodateien im digitalen Format populär geworden, aber es ist ein weiteres Problem aufgetreten: die Begrenzung des Speichervolumens, und die CD weist immer noch das Phänomen des Verschleißes auf. Das Speichern auf Festplatte (relativ längere Speicherzeit) ist keine gute Lösung, wenn Speichermedien (hauptsächlich Festplatten) zu diesem Zeitpunkt noch teuer sind. Der Aufstieg des Internets hat eine Notwendigkeit für die Übertragung von Dateien über große Entfernungen geschaffen. Unter der Einschränkung der Bandbreite ist die Forderung, die Dateigröße zu reduzieren, intensiver geworden. All dies hat zur Erzeugung verlustbehafteter komprimierter digitaler Audioformate durch externe Faktoren geführt!

In Bezug auf interne Faktoren hat der Fortschritt verschiedener akustisch-psychologischer Modelle mit der Verbesserung der Computerbetriebs- und Codierfähigkeiten das Aufkommen verschiedener verlustbehafteter komprimierter digitaler Audioformate gefördert. Einige der am häufigsten verwendeten Audioformate in MP3-Playern werden im Folgenden kurz vorgestellt: MP3 (CBR, VBR, ABR), WMA, WAV, ADPCM und die aufkommenden Audioformate AAC, ASF und OGG.

Bevor wir verschiedene digitale Audioformate vorstellen, wollen wir ein Konzept klären: Bitrate.

Im Bereich der Informatik werden alle Informationen digitalisiert Bit ist die kleinste Dateneinheit in einem Computer, es bezieht sich auf eine Zahl von 0 oder 1, was eine mathematische Binärzahl, eine „0“ oder „1“, ist bisschen. Wenn wir beispielsweise eine zweistellige Zahl sagen, bedeutet dies, dass es sich um eine zweistellige Binärzahl handelt, und es gibt 4 Kombinationen aus “00”, “01”, “10” und “11”, die 0 darstellen. “11” jeweils dezimal. 1, 2 und 3 sind vier Zahlen.

Die Bitrate ist ein Benchmark-Indikator für die Effizienz der digitalen Musikkomprimierung. Die Bitrate stellt die Anzahl der Bits bps (Bit pro Sekunde, Bits pro Sekunde) dar, die pro Zeiteinheit (1 Sekunde) übertragen werden. Wir verwenden normalerweise kbps (einfach ausgedrückt, es ist pro Sekunde) als Einheit. Die Bitrate von digitaler Musik auf CD beträgt 1411,2 kbps (dh die Aufnahme von 1 Sekunde CD-Musik erfordert 1411,2 × 1024 Datenbits). Je höher die Bitrate der Musikdatei, desto mehr Daten (Bit) müssen in einer Zeiteinheit (1 Sekunde) verarbeitet werden und desto besser ist die Klangqualität der Musikdatei. Wenn die Bitrate jedoch hoch ist, nimmt die Dateigröße zu, was eine große Menge an Speicherkapazität beansprucht. 8 bis 320 kbit/s.

1. WMA (Windows Media-Audio, Windows Media-Audio)

Als Microsoft-Medienkomprimierungsverfahren stellt es einen Teil der Technologie dar, die nur Audiodaten in Windows Media Technologies komprimiert Die Klangqualität ist ähnlich wie bei MP3 und kann mit der halben Technologie von MP3 komprimiert werden. Es verfügt über den urheberrechtlich geschützten Windows Media Rights Manager und kann abgespielt werden, indem es in WMP (Windows Media Player, Windows Media Player) installiert wird. Aufgrund des starken Einflusses von Microsoft und Windows sowie aus wichtigen urheberrechtlichen Gründen haben die großen amerikanischen Plattenfirmen EMI und BMG offiziell bestätigt, dass sie das von Microsoft entwickelte und produzierte WMA-Verfahren verwenden. Es wird angenommen, dass diese fortschrittliche Methode in Zukunft noch beliebter werden wird.


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PRINZIPIEN DES MP3-FORMATS ENCODIEREN.

PRINZIPIEN DES MP3-FORMATS ENCODIEREN.

Mp3 Encoding

MP3 oder MPEG-1, 2 und 2.5 Layer 3 ist einer der beliebtesten und am weitesten verbreiteten Standards zum Speichern von Audiodaten.

MP3 ENCODING

In diesem Artikel werden wir uns nicht mit der Geschichte der Entstehung und Weiterentwicklung befassen, sondern die Grundprinzipien des Standards und Beispiele für dessen Umsetzung betrachten.

Der MP3-Standard legt keinen spezifischen Komprimierungsalgorithmus zum “Codieren” der Quelldaten fest, sondern beschreibt das Wesentliche der möglichen Methoden.

Die Qualität des erhaltenen Ergebnisses hängt von der Modifikation des verwendeten Algorithmus ab, der in ein beliebiges Codierungsprogramm des “Codecs” eingebettet ist, und von der Qualität der ursprünglichen Audiodaten.

Es gibt 3 häufigste Änderungen des MP3-Formats, die sich in den Komprimierungsverhältnisparametern der ursprünglichen Audiodaten unterscheiden.

Name
Änderung der Regel
Datenrate pro Sekunde (Bitrate) Mögliche Abtastraten
MPEG-1-Schicht 3
32 – 320 kbps 32000 Hz
44100 Hz
48000 Hz
MPEG-2 Layer 3 16 – 160 kbps 16000 Hz
22050 Hz
24000 Hz
MPEG-2.5 Layer 3 8 – bis zu 160 kbps 8000 Hz
11025 Hz

Die Verarbeitung beginnt mit der Aufteilung des ursprünglichen Audiosignals in gleiche Zeitintervalle: gleiche Bilder, beispielsweise 0,05 oder 0,26 Sekunden, wonach jedes Bild nach allgemeinen oder individuellen Parametern analysiert und komprimiert wird basierend auf den Daten des vorherigen und nächsten Frames.

Die meisten verwendeten Komprimierungsalgorithmen basieren auf den Wahrnehmungseigenschaften des menschlichen Ohrs. Betrachten wir die Hauptoptionen, die in der Regel auf komplexe Weise angewendet werden.

Es lohnt sich, mit der Tatsache zu beginnen, dass die durchschnittliche Person nach Gehör einen Frequenzbereich von ungefähr 10 Hz bis 20.000 Hz wahrnehmen kann. Mit dem Wachstum treten Änderungen im Hörgerät und für die meisten in der Empfindlichkeit auf Der höhere Frequenzbereich nimmt ab, wodurch bei einigen MP3-Modifikationen während der Komprimierung alle Frequenzen über 16000 Hertz abgeschnitten werden, was die Informationsmenge erheblich reduzieren kann.

Audioaufnahmen können in Stereo (ein Surround-Sound-Effekt, der separate Kanäle für den linken und rechten Lautsprecher verwendet) oder Mono (das Gegenteil von Stereo) codiert werden. Im MP3-Format werden nicht für jeden Ihrer Lautsprecher unterschiedliche Titel aufgezeichnet, sondern Informationen zu den Unterschieden zwischen dem linken und dem rechten Kanal.

In der Akustik gibt es ein Konzept wie “Harmonische”, dies sind die Frequenzen der “Klänge”, die zusammen mit dem Haupt- und dem prominentesten Ton klingen. Wenn Sie beispielsweise auf eine Trommel schlagen, ist der lauteste Klang der Ton und der kleinere, schwächere Klang die Harmonischen.

Nach einem so lauten Geräusch tritt die sogenannte “Periode der Taubheit” während eines Zeitraums auf, in dem das Gehör einer Person praktisch nicht auf Veränderungen reagiert.

Wenn in den Intervallen der “Taubheitsperiode” alle Frequenzen entfernt werden, können die Wahrnehmungsfehler ihre Abwesenheit praktisch nicht bemerken, da während der Komprimierung die schwächsten Harmonischen abgeschnitten werden, die sich in der Nähe der meisten Töne befinden. stark: Töne.

Ein Verfahren wird verwendet, um die Nahspitzenwerte des Signals “Spitzen” (in Bezug auf das Volumen) durch einen Durchschnittswert zu ersetzen.

Es gibt ein Konzept als Bitrate: Dies ist ein Wert, der die Anzahl der übertragenen Informationsbits “Einheiten” während eines Zeitraums, normalerweise einer Sekunde, kennzeichnet.
Je höher die Bitrate, desto besser sind die Audiodetails, solange die ursprünglichen, nicht komprimierten Audiodaten von hoher Qualität sind.

Wie Sie sich vorstellen können, bestehen digitale Formate aus bestimmten Codesequenzen, dh aus den Sequenzen 0 und 1.
Um Platz zu sparen, werden häufigen Verknüpfungen innerhalb einer Datei eindeutige Bezeichner zugewiesen, die lange Sequenzen ersetzen.

Dank dieser komplexen Einflüsse ist es möglich, das ursprüngliche Audiosignal mit Qualitätsverlust in eines der gängigen Formate zu komprimieren – das MP3-Format.

Verschiedene Experimente wurden viele Male durchgeführt, um zu zeigen, wie signifikant die Unterschiede vor und nach der Komprimierung in mp3 sind. Wie Tests gezeigt haben, waren Unterschiede, einige ähnliche Momente nicht immer möglich, schnell und zu unterscheiden, selbst wenn sie auf Geräten mit höherer Wiedergabetreue reproduziert wurden.

Für diejenigen, die noch nie die Möglichkeit hatten, die ursprüngliche und komprimierte Audioaufnahme direkt zu vergleichen, wird es in den meisten Fällen einige Zeit dauern oder sogar offensichtliche Unterschiede feststellen.