Digitale audiocodering

In feite is een of andere digitale vorm van weergave van analoge audiosignalen al een coderingsmethode – een reeks getallen die een analoog audiosignaal beschrijft, is zelf een digitale code.

De codering waarover we het nu gaan hebben, is echter iets anders. Laten we nu eens kijken naar de methoden voor het coderen van digitale audiosignalen.

Een gedigitaliseerd audiosignaal “in zijn pure vorm” is een redelijk nauwkeurige, maar niet de meest compacte manier om het originele analoge signaal op te nemen.

Oordeel zelf. Om volledige informatie te krijgen over het originele analoge signaal in het frequentiebereik 0-20 kHz (in het hoorbare frequentiebereik), moet het analoge signaal worden bemonsterd met een frequentie van minimaal 40 kHz. Daarom stelt de CD-DA-standaard (de standaard voor het opnemen van gegevens op audio-cd’s die iedereen kent) de volgende coderingsparameters vast: opname van twee of één kanaal in PCM-indeling met een bemonsteringsfrequentie van 44,1 kHz en een 16-bits kwantiseringsbitdiepte . Een uur muziek in dit formaat neemt ongeveer 600 MB ruimte in beslag (60 minuten * 60 seconden * 2 kanalen * 44100 samples per seconde * 2 bytes per sample = ongeveer 605 MB). Rekening houdend met het feit dat bijvoorbeeld de muziekcollectie van een gewone muziekliefhebber 5.000 nummers kan hebben met een gemiddelde lengte van ongeveer 3 minuten elk, is de hoeveelheid geheugen die nodig is om het in zijn oorspronkelijke digitale vorm op te slaan behoorlijk aanzienlijk. Daarom vereist het opslaan van relatief grote hoeveelheden audiogegevens, waardoor een redelijk goede geluidskwaliteit wordt gegarandeerd, het gebruik van verschillende “trucs” om de gegevens te comprimeren.

In het algemeen kunnen alle bestaande methoden voor het coderen van audio-informatie voorwaardelijk worden onderverdeeld in slechts twee typen.

1. Lossless datacompressie (‘Lossless Encoding’) is een methode voor het coderen (comprimeren) van digitale audio-informatie, waarmee honderd procent van de oorspronkelijke gegevens uit de gecomprimeerde transmissie kan worden hersteld (de term ‘originele gegevens’ betekent hier de oorspronkelijke vorm van de gedigitaliseerde audiogegevens). Deze methode van datacompressie wordt gebruikt in gevallen waarin honderd procent absoluut behoud van de kwaliteit van de originele audiogegevens vereist is. Lossless compressie-algoritmen die tegenwoordig bestaan, kunnen het datavolume met 20-50% verminderen en tegelijkertijd een 100% herstel van het originele digitale materiaal uit de gecomprimeerde data garanderen. De bedieningsmechanismen van dergelijke encoders zijn vergelijkbaar met de bedieningsmechanismen van algemene gegevensarchiveerders, zoals ZIP of RAR, maar tegelijkertijd zijn ze speciaal aangepast om audiogegevens te comprimeren … Lossless codering Hoewel het ideaal is in termen van bewaring de kwaliteit van audiomateriaal, kan het geen hoog compressieniveau bieden.

2. Er is nog een modernere manier om gegevens te comprimeren. Deze zogenaamde lossy datacompressie (Engl. “Lossy encoding”) Het doel van codering is om met alle middelen de hoogste datacompressiesnelheid te bereiken terwijl de geluidskwaliteit op een acceptabel niveau wordt gehouden. Het idee achter lossy-codering is gebaseerd op twee eenvoudige onderliggende overwegingen:

originele digitale audiogegevens zijn overbodig: ze bevatten veel onnodige informatie die nutteloos is voor het oor, die kan worden verwijderd, waardoor de compressieverhouding toeneemt;
Vereisten voor de geluidskwaliteit van audiomateriaal kunnen variëren en zijn afhankelijk van specifieke doeleinden en toepassingsgebieden.
Lossy-codering wordt daarom “lossy” genoemd, wat resulteert in het verlies van een deel van de audio-informatie. Een dergelijke codering leidt ertoe dat het gedecodeerde signaal, wanneer het wordt gereproduceerd, hetzelfde klinkt als het origineel, maar in werkelijkheid niet langer identiek is. De meeste coderingsmethoden met verlies zijn gebaseerd op het gebruik van de psycho-akoestische eigenschappen van het menselijke gehoorsysteem, evenals op verschillende trucs die verband houden met het opnieuw bemonsteren en opnieuw bemonsteren van het signaal. In frequentie analyseert de encoder tijdens het compressieproces de audiogegevens om verschillende details van het geluid te identificeren die kunnen worden genegeerd. Verkapte frequenties, onhoorbare en onhoorbare geluidsdetails kunnen worden opgeofferd voor een hogere compressieverhouding. Waar verstaanbaarheid alleen belangrijk is in geluid (bijvoorbeeld in telefonie, waar de aanwezigheid van frequenties boven 4 kHz niet nodig is), ondergaat de audio-informatie tijdens het coderingsproces een serieuze ‘vereenvoudiging’, die, samen met het gebruik van succesvolle ‘ slimme “kwantoren en” hebzuchtige “datacompressie-algoritmen.