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

75441. Організація медичного захисту особового складу 219.5 KB
  Методика проведення: Штучне дихання: Потерпілого положити на тверду поверхню на спину. Однією рукою підтримують голову потерпілого в запрокинутому положенні стиснувши пальцями ніздрі другою підтримують наполовину відкритим його рот. Роблять вдих щільно прикладають рот через хустку бинт до рота потерпілого і вдувають повітря.
75442. Захист населення від надзвичайних ситуацій природного характеру. Радіаційна, хімічна і біологічна небезпека. Завдання та особливості дій підрозділів міліції 108.5 KB
  Захист населення від надзвичайних ситуацій природного характеру. Захист населення від надзвичайних ситуацій природного характеру. Засоби колективного захисту населення. Література: Закон України Про захист населення і територій від надзвичайних ситуацій техногенного та природного характеру.
75443. Єдина державна система запобігання і реагування на надзвичайні ситуації техногенного та природного характеру. Організаційна структура цивільної оборони МВС України 294 KB
  Основні завдання і рішення начальника функціональної підсистеми ОГП на проведення необхідних заходів. Основні завдання і рішення начальника функціональної підсистеми ОГП на проведення необхідних заходів. Відповідно до постанов Кабінету Міністрів України...
75444. Основні поняття про надзвичайні ситуації та оповіщення. Дії особового складу за сигналами ЦО. Небезпечні чинники виробничих аварій, їх вплив на екологічну безпеку та безпеку життя та здоров’я людей 123.5 KB
  Надзвичайний стан це особливий правовий режим який може тимчасово вводитися в Україні чи в окремих її місцевостях при виникненні надзвичайних ситуацій техногенного або природного характеру не нижче загальнодержавного рівня що призвели чи можуть призвести до людських і матеріальних втрат створюють загрозу життю і здоров’ю громадян або при спробі захоплення державної влади чи зміни конституційного ладу України шляхом насильства і передбачає надання відповідним органам державної влади військовому командуванню та органам місцевого...
75445. Цели и задачи управленческого учета в ИС Project Expert 28.5 KB
  Расчет группы финансовых коэффициентов и показателей характеризующих финансовое состояние предприятия: ликвидность активов и платежеспособности; финансовая устойчивость предприятия; деловая активность и эффективность управления; рентабельность; вероятность банкротства предприятия. Для общей оценки динамики финансового состояния предприятия необходимо сгруппировать статьи баланса в специфические группы по признаку ликвидности статьи актива и срочности обязательств статьи пассива. Она позволяет определить структуру имущества предприятия и...
75446. Анализ хозяйственной деятельности в системе 1С: Предприятие 23.5 KB
  Анализ хозяйственной деятельности в системе 1С: Предприятие Конфигурация Универсал: Анализ Хозяйственной Деятельности для 1С: Предприятия 8. Анализ себестоимости основного и вспомогательных производств по произвольно организованным статьям калькуляции. Анализ расхода материалов на производство по произвольно организованным номенклатурным группам. Специфические формы отчетности для сельскохозяйственного производства: анализ движения сельскохозяйственных животных птицы анализ работы автопарка и машиннотракторного парка МТП.
75447. Издержки, классификация и учет в ИС Project Expert 46.5 KB
  Подобный же принцип используется для сглаживания колебаний накладных расходов. Учет накладных расходов К накладным расходам относят все издержки производства которые невозможно прямо включить в состав стоимости продукции. Для включения данных издержек производства в состав себестоимости изделий применяют различные методы пропорционального распределения разнесения накладных. Разнесение по единой ставке Данный метод заключается в том что для разнесения накладных расходов выбирается какаято единая для всего предприятия величина часто ...
75448. Принципы построения инфологических моделей данных 31.5 KB
  Основными конструктивными элементами инфологических моделей являются сущности связи между ними и их свойства атрибуты. Необходимо различать такие понятия как тип сущности и экземпляр сущности. Понятие тип сущности относится к набору однородных личностей предметов событий или идей выступающих как целое. Экземпляр сущности относится к конкретной вещи в наборе.
75449. Схема учета производственных и непроизводственных затрат в ИС Project Expert 32 KB
  Схема учета производственных и непроизводственных затрат в ИС Project Expert Производственные и непроизводственные затраты Важнейшим принципом учета издержек в рыночной экономике является разделение затрат costs и издержек expenses. Если бы все товары производимые в отчетный период в тот же период и продавались то этих двух понятий было бы достаточно для определения полученной прибыли: прибыль = доход затраты. Тогда прибыль за отчетный период составит Прибыль = Доход Себестоимость проданной продукции Расходы за период Как же...