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Verlustfreie Audioformate (Lossless)

Von MPeX.net/DB,HelH


Audiodateien können mit verlustfreien oder verlustbehafteten Codecs in eine mehr oder weniger Platz sparende Form gebracht werden. Während bei verlustfreien Codecs die Datenreduzierung absolut originalgetreu vonstatten geht, kann insbesondere bei starker Komprimierung mit verlustbehafteten Codecs ein Unterschied zum Ausgangsmaterial hörbar sein.

Ohne Qualitätsverlust komprimierte Audiodateien verlieren etwa 25% bis 50% ihrer ursprünglichen Dateigröße. Typische Vertreter sind Monkey's Audio, FLAC oder WavPack. Moderne verlustbehaftete Codecs wie AAC, Ogg Vorbis oder MP3 schrumpfen das Ausgangsmaterial dagegen um 90%, ohne dabei gleich hörbar schlechter zu klingen.

Verlustfreie Audiokompression

Anders als z.B. Dokumente oder Bilder sind Audiodateien sehr schlecht komprimierbar, da bei Musik der Fall einer identischen Wiederholung nur sehr selten gegeben ist. Aber genau auf solche Begebenheiten sind Huffmann oder Lempel-Ziv Algorhitmen, die z.B. in ZIP oder RAR Anwendung finden, angewiesen. Daher setzen die meisten verklustfreien Kompressoren prädikitive Kodierung ein. Das Signal wird in einen Musik-Anteil und einen Rauschanteil zerlegt. Je nachdem, wie gut diese Vorhersage getroffen wurde, sollte idealerweise der Rauschanteil ein Gaussches weißes Rauschen sein, das sich mit üblichen Verfahren gut komprimieren lässt.
Das Resultat ist im Idealfall eine Kompression von 50%, das hängt stark vom jeweiligen Musikstück ab.

Monkey's Audio, FLAC und WavPack sind populäre Formate zur verlustfreien Kompression von WAV (PCM) Dateien, z.B. digitalisierten Originalaufnahmen aus dem Tonstudio (zur Archivierung oder späteren Nachbearbeitung) oder Archivkopien von Musik-CDs. Die Tonqualität ist immer identisch mit dem Original und Prüfsummen fördern beschädigte Dateien zutage. Steigende Festplattenkapazitäten zu erschwinglichen Preisen machen die "Lossless Codecs" auch für den Alltagsgebrauch interessant.


Unkomprimiert: WAV(PCM)

WAV ist der größte gemeinsame Nenner der Windows Audioformate. Das Macintosh-Äquivalent nennt sich AIFF. WAV ist eigentlich der Sammelbegriff für verschiedene Unterformate, von denen PCM das gebräuchlichste ist und meist mit WAV gleichgesetzt wird.

Bei WAV (PCM) handelt es sich um eine unkomprimierte Aufzeichnung von Soundsamples: Das Zeitsignal eines Geräusches wird zu diskreten Zeitpunkten abgetastet, quantisiert, digitalisiert und abgespeichert. Je öfter und feiner man diese Werte erfasst, umso besser wird der Klang. Bei Musik in CD-Qualität wird 44.100 mal in der Sekunde ein solcher Momentanwert erfasst und mit einer "Genauigkeit" von 16 Bit, d.h. 2^16=65536 möglichen Werten, festgehalten.

Mit Hilfe spezieller Programme (z.B. CDex, EAC, Audiograbber) können Audio CD's als WAV (PCM) Dateien auf die Festplatte übertragen werden. So gesehen, sind WAV (PCM) Dateien eine Kopie des Originals, sofern das CD-ROM Laufwerk nicht fehlerhaft ausliest oder die CD beschädigt ist. Eine Minute in CD Qualität benötigt etwa 10 MB Speicherplatz, den man auch im Zeitalter der immer größer werdenden Festplatten nicht so gerne hergibt.

Am PC sind Audiodateien als WAV (PCM) und in CD Qualität (44.1 kHz, 16 Bit, Stereo) also meist das Ausgangsmaterial zur Erstellung platzsparender Audiodateien in Formaten wie MP3. Zur Soundbearbeitung am heimatlichen PC ist WAV (PCM) dagegen erste Wahl.


Monkey's Audio

Monkey's Audio ist ein verlustfreier Audiocodec für PCM-Wave Dateien. Monkey's Audio kommt mit einer komfortablen (englischen) Programmoberfläche, über die sich Dateien komprimieren, dekomprimieren, überprüfen oder mit Tags versehen lassen. Als Quelldateien werden PCM-Wave Dateien (beliebige Samplingrate, 8/16/24 Bit, Mono oder Stereo) bzw. entsprechende Shorten- oder WavPack-Dateien akzeptiert. Monkey's Audio ist nicht multikanalfähig.

Die zur Speicherung von Titelinformationen verwendeten APE-Tags können durch eigene Felder ergänzt werden und sind daher sehr flexibel. Sie werden inzwischen auch gerne in Verbindung mit anderen Audioformaten eingesetzt.

Der enthaltene Kommandozeilen-Encoder ermöglicht die Einbindung in andere Programme. Verschiedene Audioplayer unterstützen das Format über Plugins. Während der Installation kann ein Plugin für Winamp gleich mitinstalliert werden. Monkey's Audio ist von Haus aus ein Windows Programm. Es gibt jedoch eine plattformunabhängige Java-Version.

» Monkey's Audio bei MPeX.net


FLAC

FLAC steht für "Free Lossless Audio Codec". Es gibt eine ganze Reihe verlustfreier Audio Codecs. FLAC bietet sich hier aus mehreren Gründen an: FLAC folgt der Open Source Philosophie (kostenlos, offener Quellcode, für viele Betriebsysteme verfügbar), arbeitet sehr schnell, hat eine gute und sichere Framestruktur (wichtig für Seeking, Streaming und Archivierung) und bietet ReplayGain und CueSheet Unterstützung.

Auf portablen Playern fristet FLAC naturgemäß ein Nischendasein, schon aufgrund der Dateigrößen. Einzelne Player, zum Beispiel von Cowon oder Trekstor, sowie einige Geräte mit Rockbox-Firmware spielen aber FLAC ab.

Auf der FLAC-Homepage kann entweder ein FLAC-Installationspaket (flac-1.2.x.exe) oder ein ZIP-Archiv (flac-1.2.x-win.zip) mit den so genannten FLAC-Tools (command-line tools) herunter geladen werden. Das Installationspaket beinhaltet eine einfache Benutzeroberfläche für die wichtigsten Aufgaben, also FLAC kodieren/dekodieren, Tag-Informationen schreiben, Replay Gain Analyse und Cuesheets erstellen.

Das ZIP-Archiv mit den FLAC-Tools enthält alle nötigen Kommandozeilenprogramme, um FLAC beispielsweise in CD-Ripper oder Konverter wie EAC oder foobar2000 einzubinden (inkl. flac.exe). Auch ein Winamp-Plugin ist enthalten, falls ältere Winamp-Versionen nachgerüstet werden sollen.
Oft erübrigt sich jedoch der Download, da viele Programme FLAC bereits integriert haben. Ein Vorteil freier Software. So unterstützen z.B. Winamp ab Version 5.31, foobar2000 oder CDex den freien Audiocodec von Haus aus.

» FLAC bei MPeX.net


WavPack

WavPack folgt der Open Source Philosophie (kostenlos, offener Quellcode, für viele Betriebsysteme verfügbar), arbeitet sehr schnell, hat eine gute und sichere Framestruktur (wichtig für Seeking, Streaming und Archivierung) und bietet ReplayGain-Unterstützung. Der Codec komprimiert praktisch alle PCM Audioformate, darunter auch Multikanalquellen. Durch die Verwendung von ID3v1 und APEv2-Tags zeigt sich WavPack auch bei der Speicherung von Titelinformationen sehr flexibel.

Der Audiocodec bietet neben der verlustfreien Kompression auch eine verlustbehaftete Datenreduzierung. Sie findet meist im so genannten Hybrid-Mode Anwendung. Die Kodierung liefert eine kleine verlustbehaftet komprimierte Datei und eine Korrekturdatei, mit deren Hilfe jederzeit wieder die Originaldatei rekonstruiert werden kann.

Als Kommandozeilenprogramm lässt sich WavPack in viele Anwendungen einbinden. Auf der Homepage findet man unter anderem Plugins für Winamp, Adobe Audition oder Nero Burning Rom.

» WavPack bei MPeX.net


mp3HD

Mp3HD ist ein verlustfreier Audiocodec als MP3 verpackt, d.h. die originalgetreu komprimierten Audiodateien haben die Dateiendung mp3. Abspielprogramme oder mobile Wiedergabegeräte, die kein mp3HD unterstützen, spielen eine in das Format integrierte "normale" MP3-Datei ab. Dadurch bleibt mp3HD bedingt abwärtskompatibel.

Der mp3HD-Encoder, ein Decoder sowie ein Plugin zur Wiedergabe mit dem Mediaplayer Winamp sind für den privaten und nichtkommerziellen Gebrauch kostenlos. Es gibt Versionen für Windows, Macintosh und Linux.

» mp3HD Thomson/Fraunhofer IIS
» mp3HD bei MPeX.net


LossyWAV

LossyWAV ist ein so genannter Pre-Processor für Audiodateien im WAV-Format. LossyWAV soll das Ausgangsmaterial so modifizieren, dass verlustfreie Encoder es wesentlich effizienter komprimieren können. Mit FLAC kodierte Musikdateien besitzen dank dieser Technik etwa 70% bis 75% ihrer ursprünglichen Dateigröße. Das entspricht einer Bitrate von etwa 500 kb/s.

Eine bitidentische Kopie der Ursprungsdatei lässt sich zwar nicht wiederherstellen, aber die spezielle Vorbehandlung der Audiosignale soll besonders schonend erfolgen. Das Entwicklungsziel besteht darin, dass mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit keine Unterschiede zum Original hörbar sind oder gar störende Artefakte auftreten. Die von verlustbehafteten Codecs verwendeten Verfahren sind zwar effizienter, aber selbst bei hohen Qualitätseinstellungen nicht immer frei von Patzern.

LossyWAV ist ein kostenloses Kommandozeilenprogramm für Windows. Für die Quelldateien wird das WAV(PCM)-Format benötigt, wobei bisher vornehmlich Material mit 44 kHz und 16 Bit getestet wurde. Der Anwender kann anschließend mit verschiedenen verlustfreien Codecs, namentlich FLAC, LPAC, MPEG-4 ALS, TAK, WavPack und WMA Lossless, den Rest erledigen. Um "echte" und vorbehandelte Dateien später unterscheiden zu können, erhalten letztere eine doppelte Dateiendung, z.B. "dateiname.lossy.flac".

Eine Übersicht der bisherigen Entwicklungsgeschichte, Links zum Download, technische Grundlagen, Kommandozeilenparameter und Anwendungsbeispiele liefert das LossyWAV-Wiki.

» LossyWAV bei MPeX.net


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