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

59469. Європейська культурна спадщина 51 KB
  Якими міжнародними документами в Європі регулюються проблеми культурної спадщини Чому потрібно зберігати культурноісторичну спадщину ІІ. У 1991 році Рада Європи офіційно запровадила щорічні вересневі Дні європейської спадщини...
59470. Релігія в житті сучасного європейця 102.5 KB
  Релігія явище дуже складне і має соціальний характер тобто воно виникло в суспільстві цілком закономірно й існує разом з ним. Слово релігія походить від латинського religio що означає звязок.
59471. Релігійні, етнічні, мовні конфлікти та їх вирішення у європейському домі 83.5 KB
  На цьому уроці Ви дізнаєтесь: Про причинно-наслідкові звязки конфліктів у Європі. Які заходи для врегулювання та попередження конфліктів провадяться в європейських державах. Чи існує загроза виникненню етнічних конфліктів в Україні В яких саме регіонах.
59472. Освіта. Європейський вимір 88.5 KB
  Які особливості освіти європейського виміру. Основи європейської освіти було закладено в часи Античності вони збереглися в епоху Середньовіччя були розвинуті в новий час. Освіта в Європі освіта для Європи Формування індустріального та інформаційного суспільства...
59473. Українці – співтворці європейської культури 411 KB
  До списку Світової культурної спадщини було включено собор Софії Київської Києво-Печерську Лавру та історичний центр міста Львова. Собор Святої Софії у Києві Красуня-церква біла наречена Що загубилась на стежках небесних...
59474. Проблеми війни і миру та їхній прояв в історії Європи 41 KB
  Свого часу Леонардо да Вінчі зробив досить невтішний прогноз щодо розвитку людства: На землі завжди будуть відбуватися руйнівні війни Ні на землі ні під нею ні під водою не залишиться нічого не ушкодженого. Та серед цієї безлічі воєн гігантськими вершинами височать дві...
59475. Демографічна проблема 39 KB
  Потім відбулося неймовірне: кількість населення Землі почала збільшуватись фантастичними вибухоподібними темпами. Зявились песимістичні прогнози перенаселення планети. населення світу уже складали 4 млрд.
59476. Екологічні проблеми та їхні наслідки 46 KB
  Характеризуючи стан навколишнього середовища вони дають йому такі визначення як деградація глобальної екологічної системи екологічна дестабілізація руйнування екологічних систем екологічна криза. Виникла екологічна криза в основному під впливом трьох чинників...
59477. Небезпечні хвороби та їхнє поширення в Європі 50.5 KB
  У результаті численних досліджень вчені дійшли висновку що серед чинників від яких залежить здоровя людини котра проживає в цивілізованій країні в умовах миру і за відсутності природних катаклізмів приблизно 2022 припадає на екологічні та соціальні чинники; 2022 на спадковість і генетичні порушення...