14010

Компрессия аудиоданных Сжатие информации без потерь (Lossless)

Лекция

Музыка

Компрессия аудиоданных Сжатие информации без потерь Lossless Алгоритмы выискивающие повторяющиеся последовательности в двоичных данных и заменяющих эти последовательности кодами Методы ЛемпелаЗиваУэлча LZW встречавшаяся ранее последовательность заменяется сс...

Русский

2013-05-20

98 KB

4 чел.

Компрессия аудиоданных

Сжатие информации без потерь (Lossless)

Алгоритмы, выискивающие повторяющиеся последовательности в двоичных данных и заменяющих эти последовательности кодами

Методы Лемпела-Зива-Уэлча LZW (встречавшаяся ранее последовательность заменяется ссылкой-маркером), дефляция, Берроуза-Уиллера Burroughs-Wheeler основаны на поиске повторяющихся последовательностей байтов.

Методы Хаффмана (1-самое часто встречающееся значение, 01-следующее и т.д.) и арифметическое кодирование основаны на поиске часто встречающихся значений байтов.

Плюсы: точное восстановление исходных данных. Минусы: непредсказуемая степень сжатия, низкая эффективность.

FLAC — см. ниже; APE - Monkey’s Audio (официально под Windows, есть и др.)

Сжатие информации с потерей качества (Lossyless)

Нелинейная ИКМ

Основана на том, что потеря точности для слабых звуков острее, чем для громких. Наиболее распространенный формат, использующий мю-функцию (μ-Law) сжимающий 12-битные отсчеты в 8-битные

Дифференциальная ИКМ (дельта-модуляция)

Основана на том, что соседние отсчеты обычно мало отличаются друг от друга. Если приращение значения превышает диапазон, то промежуточные значения искажаются.

Нелинейная дельта-модуляция.

Код

-8

-7

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

5

6

7

Фибоначчи

-34

-21

-13

-8

-5

-3

-2

-1

0

1

2

3

5

8

13

21

Экспонента

-128

-64

-32

-16

-8

-4

-2

-1

0

1

2

4

8

16

32

64

Адаптивная ДИКМ

Вместо использования заранее заданных приращений используется набор на основе предварительного анализа данных (обычно масштабного коэффициента). Наиболее распространено компрессирование 4:1.

IMA ADPCM (Interactive Multimedia Association) адаптивная дифференциальная импульсно-кодовая модуляция. Алгоритмы: Microsoft для WAVE и Apple для AIFF-C и QuicTime.

Методы компрессии с прогнозированием

Моделирование данных позволяет «предсказать» последующие значения. При использовании одинакового алгоритма моделирования в устройствах кодирования и декодирования можно передавать информацию о величине ошибки. Чем точнее данные моделируются, тем меньше ошибка и объем информации. Минусы: необходимость очень сложного алгоритма снижающего скорость вычислений.

Кодирование в частотных поддиапазонах

Разделение сигнала на частотные поддиапазоны позволяет использовать оптимальные для различных частот алгоритмы. В низкочастотных сигналах преобладают малые приращения, а в высокочастотных – большие. Точность в полосе высокой чувствительности слуха должна быть выше, чем в полосах, где чувствительность слуха ниже. MPEG-аудио, Dolby AC, Sony MiniDisk (ATRAC).

mp3 - формат сжатия с потерей качества

Кодеки mp-3:

  •  Fraunhofer-IIS Формат МР3 был создан исследователями Института Фраунгофера (Германия) в начале прошлого десятилетия. Срок действия патентов на технологию истек в 2010 году, теперь формат MP3 любой производитель сможет бесплатно. Наилучшее качество до 128 кбит/с
  •  Кодеры Xing Technologies – высокая скорость при минимальном качестве.
  •  Кодеры на основе стандарта ISO/IEC 11172-3 (LAME-codec) создают наилучшие по качеству MP3 файлы для битрейтов 128 – 320 кбит/с.

битрейт - величина потока информации. Качество зависит не только от битрейта, но и от кодека.

Constant Bit Rate - постоянный битрейт (битрейт кратен 16)

Average Bit Rate - то есть усредненный битрейт (подгоняет под заданный)

Variable Bit Rate - то есть изменяющийся битрейт или переменный битрейт (максимальное качество)

Mp-3 Pro – наивысшее качество, но плееры, не поддерживающие формат, воспроизводят их без ВЧ.

wma - лицензируемый формат файла с более высокими характеристиками, чем mp3, но нестойкий к ошибкам (последние версии без потери качества)

aac - Advanced Audio Coding — патентованный формат аудиофайла с увеличенным размером «окна» в 2048 пунктов, частотами дискретизации до 96 кГц и до 48 каналов (.aac, .mp4, .m4a, .m4b, .m4p, .m4r)

VQF - Vector Quantization — векторное квантование, Япония (на 30-35 % компактнее MP3при равном качестве за счет загрузки процессора)

ogg - контейнер для различного типа медиа. Открытый бесплатный стандарт. В контейнере Ogg можно хранить звук и видео в различных форматах (таких как MPEG-4, Dirac, MP3 и другие), но обычно Ogg используется со следующими:

  •  Speex — для сжатия речевого сигнала на низких битрейтах (~8—32 кбит/канал);
  •  Vorbis — для сжатия звука на средних и высоких битрейтах (~16—500 кбит/канал).
  •  FLAC — мультиплатформенный кодек сжатия без потерь для обработки звуковых архивов и других аудиоданных высокого качества воспроизведения.

Компрессия речи

Моделирование звуков на основе анализа параметров и пауз позволяет сохранить хорошее качество при сжатии 100:1 и выше. На основе алгоритмов компрессии были разработаны алгоритмы модификации голоса. Speex см. выше.

Опорные точки

При сжатии звука используется накопление информации. Для возможности использования в потоковом аудио необходимо периодически создавать опорные точки.

Прогрессивная компрессия

В условиях переменной полосы пропускания используется прогрессивная компрессия:

  •  Блок данных с максимальной компрессией исходных данных
  •  Блок данных с максимальной компрессией данных об ошибке компрессии
  •  Блок данных об ошибке второго порядка
  •  Блоки данных об ошибках 3 и т.д. порядков.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

57741. Що таке милосердя 162.5 KB
  Мета уроку: розкрити зміст понять милосердя співчуття благодійність; навчити наводити приклади милосердя у вчинках; розвивати в учнях здібність робити самоаналіз своїх вчинків; формувати власне ставлення...
57742. Узагальнення та систематизація знань з теми «Многочлен» 350.5 KB
  МЕТА: Організувати діяльність учнів по узагальненню і систематизації знань і умінь учнів з теми Многочлен домогтися засвоєння учнями математичних понять сприяти формуванню специфічних вмінь і навичок з даної теми...
57743. Арифметичні дії з многочленами. Розв’язування вправ 1.23 MB
  Мета уроку: актуалізувати знання учнів необхідні для сприйняття нового матеріалу підвести поняття алгоритму додавання і віднімання многочленів множення одночлена на многочлен та многочленна на многочлен...
57745. Многогранники навколо нас 598 KB
  Діапазон застосувань геометрії у різних сферах діяльності людини дуже широкий тому на даному занятті студенти розглядають многогранники з математичної точки зору означення властивості моделі пяти правильних многогранників...
57746. Застосування різних способів розкладання многочленів на множники 163 KB
  Систематизувати і узагальнити знання і вміння про різні способи розкладання многочленів на множники; сформулювати загальний алгоритм виконання дій під час розкладання многочленів на множники декількома способами...
57747. Інтегрований урок з математики та біології. Математичні моделі в біології. Відсоткові розрахунки 313.5 KB
  Мета: Систематизувати знання учнів про види задач на відсоткові розрахунки і доповнити їх алгоритмом цих задач за допомогою пропорцій, вчити бачити красу природи в поєднанні з красою математики...
57748. Разнообразие моллюсков 56.5 KB
  Цели урока: сегодня на уроке мы с вами: установим взаимосвязь особенностей строения и способа жизни моллюсков; выясним в чем проявляется приспособленность разных классов моллюсков к условиям обитания; сравним организацию разных классов моллюсков...
57749. Загальна характеристика молюсків. Клас Черевоногі молюски 59 KB
  Мета: почати формувати знання учнів про тип Молюски; дати загальну характеристику представникам; розкрити особливості зовнішньої і внутрішньої будови тіла молюсків на прикладі Черевоногих...