Verlustfreie Audiodatenkompression
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Als Verlustfreie Audiodatenkompression, auch weniger präzise, kürzer Verlustfreie Audiokompression bzw. in entsprechendem Kontext Verlustfreie Kompression oder englisch lossless (verlustfrei), bezeichnet man Verfahren, die aus Eingangs-Signaldaten Daten erzeugen, die eine bitidentische Rekonstruktion des Ausgangssignales erlauben (siehe Datenkompression).
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[Bearbeiten] Verwendung
Die Verfahren finden Anwendung in Tonstudios, auf neueren Tonträgern wie der SACD oder der DVD-Audio oder auch zunehmend in privaten Musikarchiven qualitätsbewusster Musikhörer, die z. B. Generationsverluste vermeiden wollen. Daneben sind viele Datenkompressionsverfahren aus dem Audiobereich auch für andere Signale wie z. B. biologische Daten, medizinische Kurven oder seismische Daten interesssant.
[Bearbeiten] Problemstellung
Die Mehrzahl der Tonaufnahmen sind natürliche Töne, aufgenommen aus der realen Welt; solche Daten sind schwer zu komprimieren. Ähnlich wie sich Photos nicht so gut komprimieren lassen wie computergenerierte Bilder.
[Bearbeiten] Sparsamere Repräsentationen finden
Schallwellen lassen sich im Allgemeinen schwer vereinfachen ohne eine zwangsweise verlustbehaftete Konvertierung in Frequenzfolgen, wie sie im menschlichen Ohr stattfinden.
Verlustfreie Audiocodecs sind im Unterschied zu allgemeinen Algorithmen zur Datenkompression speziell an die typische Datenstruktur von Audiodaten angepasst und komprimieren in fast allen Fällen Audiodaten besser als nicht spezialisierte Verfahren wie ZIP- oder RAR-Algorithmen (Diese allgemeinen Datenkompressionsalgorithmen scheitern nämlich daran, dass sich die Werte der Audiosamples sehr schnell ändern und sich dadurch selten Folgen von gleichen Bytes ergeben).
Im Falle von Audiodaten können
- Ähnlichkeiten zwischen den (Stereo-)Kanälen und
- Abhängigkeiten zwischen aufeinanderfolgenden Abtastwerten (durch Dekorrelation)
ausgenutzt werden.
[Bearbeiten] Technik
[Bearbeiten] Vorhersage
Zur Ausbeute von Abhängigkeiten zwischen aufeinanderfolgenden Abtastwerten wird eine Dekorrelation vorgenommen, indem versucht wird, den Verlauf der Klangkurve vorherzusagen. Dadurch kann ein Restsignal errechnet werden, das möglichst nur noch aus weißem Rauschen besteht und mit einer Entropiekodierungsmethode effizient komprimiert werden kann. Dazu werden in den meisten Fällen Abtastwerte mit ausgefeilten, sich anpassenden (adaptiven) Vorhersageverfahren aus anderen extrapoliert oder auch, wie beim Free Lossless Audio Codec, durch die Erzeugung einer verlustbehaftet codierten Klangkurve mittels eines Transformationsverfahrens. Ein Verfahren ist symmetrisch, wenn zum Dekodieren das Signal die gleichen Schritte wie bei der Kodierung umgekehrt durchläuft.
[Bearbeiten] Verfahrensmerkmale
Bei verlustfreien Codecs sollten per Definition Qualitätsunterschiede des Audiosignals ausgeschlossen sein, Verfahrensunterschiede liegen hier in folgenden Merkmalen:
- Kompressionsrate
- direktes Abspielen der komprimierten Daten
- Anspringen beliebiger Positionen in einem Audiostrom
- Ressourcenbedarf der Kompression sowie der Dekompression
- Soft- und Hardwareunterstützung
- Flexibilität im Umgang mit Metadaten
- Art der Lizenz
- Plattformübergreifende Verfügbarkeit
- Unterstützung von Mehrkanal-Signalen
- Unterstützung unterschiedlicher Auflösungen – zeitlich (Abtastfrequenz) bzw. der Klangtiefe (Abtasttiefe)
- eventuell zusätzliche verlustbehaftete, oder sogar Hybrid-Modi (verlustbehaftete + Korrekturdatei)
- Streaming-Unterstützung
- Fehlertoleranz/-korrekturmechanismen
- Eingebettete Prüfsummen zur schnellen Überprüfung einer Datei auf Vollständigkeit
- Symmetrische und asymmetrische Kodiermöglichkeiten (Un-/Abhängigkeit der Dekodier- von der Kodiergeschwindigkeit)
- Unterstützt die Erstellung selbstentpackender Dateien
- Kompatibilität zum Replay-Gain-Standard
- Unterstützung eingebetteter Cuesheets
- eventuelle Speicherung von Kopfdaten des Originalformates
[Bearbeiten] Beispiele
- Apple Lossless (auch: Apple Lossless Encoding oder Apple Lossless Audio Codec (ALAC))
- Free Lossless Audio Codec (FLAC)
- Lossless Audio (LA)
- Meridian Lossless Packing (MLP)
- Monkey's Audio
- MPEG-4 Audio Lossless Coding (ALS)
- OptimFROG
- Shorten
- True Audio (TTA)
- WavPack
[Bearbeiten] Vergleiche verlustfreier Audio-Codecs
[Bearbeiten] Siehe auch
- Verlustbehaftete Kompression unter Datenkompression
- Audioformat
- Codec
