A digitális hangtömörítés alapjai

Nemrég beszéltünk arról, hogyan működik az analógról digitálisra való átalakítás, és elmagyaráztuk a digitális hangfájlokhoz kapcsolódó alapvető terminológiát. Ebben a cikkben megvizsgáljuk, hogyan működnek a különböző digitális hangtömörítési algoritmusok a fájlméret csökkentése érdekében, hogy a fájlok könnyebben megoszthatók legyenek.

A digitális audio alapjai

Amint azt korábban kifejtettük, az analóg hanghullámforma CD-minőségű felbontású mintavételezéséhez másodpercenként 44 100 mintára van szükség 16-os felbontással. bitek egy pár sztereó csatorna számára. Ez 1411 kilobit/s adatfolyamot eredményez. Egy egyperces dalhoz 84 672 000 bitnyi információt kell tárolnia. Ez körülbelül 50 megabájt egy ötperces dalnál.

Ha tömörítetlen formátumban tároljuk a hangot, a fájlban lévő információk nem befolyásolják a fájl méretét. Lehetne egy szimfonikus zenekar felvételét tartalmazó szám, egy hangteszt vagy a Rolling Stones utolsó, utolsó, utolsó előadása. A fájl mérete azonos lesz, ha a műsorszám hossza azonos.

Veszteségmentes hangtömörítés

A fájlméret csökkentése mindig is gondot okozott a fájlok továbbításakor. Amikor még volt betárcsázós internetszolgáltatásunk, órákba telt letölteni egy teljes dalt tömörítetlen formátumban. Az akusztikus modemek optimális átviteli sebessége körülbelül 300 bit/s volt. A nagy sebességű analóg modemek 48 kilobit/s csúcsot értek el adattömörítési algoritmusok segítségével. A kiváló minőségű hang átviteléhez körülbelül 30 másodpercre lenne szükség minden másodperc zeneszámhoz. Látja a problémát?

Az egyik legnépszerűbb és legismertebb fájltömörítési módszer a fájlok tömörítése. A fájl tömörítése elemzi a fájl tartalmát, és lecseréli az ismétlődő adatsorokat egy, az azonos információhoz vezető parancsikonra. Amikor kicsomagolja a fájlt, minden módosítás nélkül visszakapja az eredetit.

A hangtömörítési formátumok tekintetében a legnépszerűbb veszteségmentes formátumok a Free Lossless Audio Codec (FLAC), az Apple Lossless Audio Codec (ALAC) és a távoli harmadik helyen a Monkey’s Audio (APE) formátum.

Ami a tömörítést illeti, a 70,69 megabájtos hangfájlunk FLAC formátumba konvertálása 37,5 megabájtos fájlméretet eredményez. Ez körülbelül 50 százalékos csökkenést jelent a hangminőség, a pontosság vagy a részletek csökkenése nélkül.

Veszteséges hangtömörítés

Akár egy hangfájlt, akár egy fényképet próbál kicsinyíteni, a fájlméret csökkentésének egyik legegyszerűbb módja, ha dobjon ki néhány részletet az eredeti fájlból. Az audiofájlok esetében ez gyakran a magas frekvenciájú információk korlátozását és az alacsony szintű jelek részletezettségének csökkentését vagy megszüntetését jelenti.

Ha az eredeti hangfájlunkat 320 kbps-os MP3 fájllá alakítjuk, a fájl elképesztő 16,0 megabájtra zsugorodik. Ezt úgy tesszük, hogy nehezen hallható hanginformációkat dobunk ki. Például, ha hangos gitárriff van az egyik csatornán, a tömörítési algoritmus drámaian csökkentheti a viszonylag alacsony szintű hanginformáció részleteit a másik csatornán anélkül, hogy jelentősen megváltozna a lejátszás észlelt minősége. Ezt perceptuális hangkódolásnak nevezik, mert az algoritmus kifejezetten a nehezebben hallható (vagy észlelhető) információkat befolyásolja.

320 kbps-os tömörítési sebesség mellett a legtöbb hallgató nem tudja megkülönböztetni az eredeti fájlt a tömörített verziótól. A tömörítés növekedésével a különbségek sokkal nyilvánvalóbbá válnak. Kezdjük elveszíteni a nagyfrekvenciás információkat és részleteket.

Ha tovább szeretnénk kicsinyíteni a fájlt, konvertálhatjuk 128 kbps-os MP3 fájllá. Az extrém adattömörítés előnye, hogy hangfájlunk mérete immár 6,59 megabájt. Ennél a méretnél a dal csatolható e-mailhez anélkül, hogy különösebb gondot kellene fordítani a sávszélességre vagy a letöltési időre a modern szélessávú internetkapcsolaton.

A legnépszerűbb veszteséges fájltömörítési formátumok az MP3 (korábban MPEG-1 Audio Layer III vagy MPEG-2 Audio Layer III), Adaptive Transform Acoustic Coding (ATRAC), Advanced Audio Coding (AAC) és Windows Media Audio (WMA).

Számít a fájl mérete?

Mint említettük, hangtömörítési algoritmusokat hoztak létre, hogy lehetővé tegyék számunkra a hang továbbítását korlátozott sávszélességű kapcsolatokon. Ma az adattárolás hihetetlenül olcsó. Kevesebb mint 25 dollárért vásárolhat egy 128 GB-os USB-memóriát. Körülbelül 400 órányi kiváló minőségű FLAC hangot tárolhat egy 128 GB-os memóriakártyán. Ugyanakkor az internet sávszélessége történelmi csúcson van. A legtöbb LTE-vel rendelkező okostelefon 150 mpbs sebességgel képes letölteni az adatokat. Ez gyorsabb, mint a legtöbb ember otthoni nagy sebességű internetje. Egy 37 megabájtos fájl letöltése ilyen kapcsolaton körülbelül öt másodpercet vesz igénybe.

Hacsak nincs korlátozva a sávszélesség, letöltheti zenéit legalább CD-minőségű FLAC vagy tömörítetlen WAV formátumban. Így a lehető legjobb hangminőséget kapja audiorendszeréből. Ha kérdése van azzal kapcsolatban, hogy hány zeneszámot tárolhat egy memóriakártyán, vagy milyen digitális médiafájl-formátumok kompatibilisek az autórádióval, keresse fel a helyi mobiltartozék-kereskedőt. Meg kell tudniuk válaszolni az esetlegesen felmerülő kérdéseket.