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Das Geheimnis der Audiokomprimierung: Welche erstaunliche Technologie verbirgt sich hinter MP3 und AAC?
In der Welt des digitalen Audios sind Audiokodierungsformate wie MP3 und AAC zu einem Teil unseres täglichen Lebens geworden. Diese Formate ermöglichen uns nicht nur das einfache Speichern und Übertragen von Musik, sie nutzen auch komplizierte Techniken, die es uns ermöglichen, den Klangqualitätsverlust während des Komprimierungsprozesses kaum zu hören. Welche erstaunlichen Technologien verbergen sich hinter diesen Formaten?
Grundlegende Konzepte von Audiokodierungsformaten
Ein Audiokodierungsformat ist ein Inhaltsdarstellungsformat, das zum Speichern oder Übertragen von digitalem Audio verwendet wird. Diese Formate können die Dateigröße effektiv reduzieren und das Online-Streaming erleichtern. Beispielsweise sind MP3 und AAC die gebräuchlichsten Audiokodierungsformate, die beide modifizierte diskrete Kosinustransformation (MDCT) und wahrnehmungsbezogene Kodierungsalgorithmen verwenden.
Der Audioinhalt wird nach der Codierung normalerweise in ein Containerformat verpackt, sodass der Benutzer keine rohe AAC-Datei, sondern eine .m4a-Audiodatei hat, bei der es sich um einen MPEG-4 Part 14-Container handelt, der AAC-codiertes Audio enthält.
Wählen Sie zwischen verlustbehafteten und verlustfreien Komprimierungsformaten
Audiokodierungsformate können normalerweise in verlustfreie Formate und verlustbehaftete Formate unterteilt werden. Verlustfreie Formate reduzieren die Audiodaten auf die Gesamtdatenmenge, die zur Darstellung des Tons erforderlich ist, können jedoch wieder in die ursprüngliche, unkomprimierte Form dekodiert werden. Im Gegensatz dazu reduzieren verlustbehaftete Formate die Bitauflösung des Audios weiter, was die Datenmenge erheblich reduzieren kann, aber zu einem unwiederbringlichen Verlust der Klangqualität führt.
Die meisten übertragenen (gestreamten) Audiodaten verwenden normalerweise eine verlustbehaftete Audiokodierung, da kleinere Dateigrößen einfacher zu verteilen sind.
Historischer Hintergrund der technologischen Entwicklung
Die Geschichte der Audiokodierungstechnologie lässt sich bis in die 1950er Jahre zurückverfolgen, als Bell Labs ein Patent für die differenzielle Pulscodemodulation (DPCM) einreichte. Im Laufe der Zeit wurden viele Techniken zur Wahrnehmungskodierung entwickelt, darunter die lineare prädiktive Kodierung (LPC) und der in den 1980er Jahren vorgeschlagene Coding-Excited-Linear-Prediction-Algorithmus (CELP).
Etwa 1974 wurde die diskrete Kosinustransformation (DCT) entwickelt, die später die Grundlage für die modifizierte diskrete Kosinustransformation (MDCT) bildete, die in modernen Audiokomprimierungsformaten wie MP3 und AAC verwendet wird.
Technische Grundlagen von MP3 und AAC
Der Grund, warum MP3 und AAC eine effektive Audiokomprimierung erreichen können, liegt darin, dass sie die Wahrnehmungseigenschaften des menschlichen Ohrs für Klang nutzen und unnötige Daten durch ein wahrnehmungsbezogenes Codierungsmodell entfernen. Das Hauptmerkmal von MP3 besteht darin, dass es in Form eines Datenstroms vorliegt, während AAC als moderneres und effektiveres Kodierungsformat gilt, das insbesondere bei hohen Bitraten eine bessere Klangqualität bieten kann.
Wie viele andere Audiokodierungsformate folgen MP3 und AAC den Prinzipien der wahrnehmungsbezogenen Kodierung und versuchen, bestimmte Daten auf eine Weise aus der Audioquelle zu entfernen, die für das menschliche Ohr nicht wahrnehmbar ist.
Die Zukunft der Audiokodierungsformate
Mit fortschreitender Technologie werden sich auch die Audiokodierungsformate weiterentwickeln. Neue Technologien wie Circular Audio und effizientere verlustfreie Komprimierung gewinnen an Bedeutung. In Zukunft könnten effizientere Kodierungsstandards entstehen, die die Klangqualität verbessern und gleichzeitig den erforderlichen Speicherplatz weiter reduzieren.
Schlussfolgerung
Das Verständnis von Audiokodierungsformaten wie MP3 und AAC hilft uns nicht nur, Musik besser zu genießen, sondern macht die Menschen auch neugierig auf die Technologie, die sich dahinter verbirgt. Daher stellen die Weiterentwicklung der Audiokodierung und der technologische Fortschritt weiterhin eine Herausforderung für unser Verständnis von Klangqualität und Speicherkomfort dar. Können wir in Zukunft mit weiteren erstaunlichen Audiotechnologien rechnen?
