Bittiefen, Abtastraten und Oggenc2-Schalter (Seite 1) - Einlesen und Brennen von Audio-CDs - AudioHQ

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Beiträge [ 3 ]


  • Registriert: 2011-08-21
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Thema: Bittiefen, Abtastraten und Oggenc2-Schalter

Sers COM,

ich programmiere gerade ein paar nützliche Audio-Tools unter Verwendung verschiedener Encoder, u.a. für MP3 (LAME), FLAC und Ogg Vorbis.

Im Großen und Ganzen funktioniert alles. Nach gründlicher stundenlanger Recherchen, verbleiben mir dennoch ein paar Fragen. Durch meine Recherchen habe ich zwar viel Empfehlungen (wenn auch nur so dahergesagte) gelesen, nicht jedoch mit genauer (technischer) Begründung. Als Programmierer benötige ich jedoch so genaue Infos wie möglich.

Ich nummeriere der Übersicht halber einfach mal alles:

1.) Kann man die Bittiefe (16, 24, 32, 48 Bit) erhöhen (z.B. von 16-Bit zu 24-Bit), ohne das dabei Qualitätsverlust auftritt? Z.B. beim Einlesen einer "16-Bit / 41,1kHz"-Quelle (CD) in eine 24-Bit Audio-Datei?
Mal davon abgesehen, dass für viele dies Platzverschwendung ist, verschlechtert sich bei einem solchen Vorgang die Qualität oder wird sie besser bzw. bleibt gleich?

2.) Analog zur ersten Frage: Kann man die Abtastrate (41,1, 48, 96, 192kHz) erhöhen (glaube das nennt man dann RESAMPLEN; z.B. von 41,1 kHz zu 48, 96 oder 192 kHz), ohne das dabei Qualitätsverlust auftritt? Z.B. beim Einlesen einer "16-Bit / 41,1kHz"-Quelle (CD) in eine 192kHz Audio-Datei?
Mal davon abgesehen, dass für viele dies Platzverschwendung ist, verschlechtert sich bei einem solchen Vorgang die Qualität oder wird sie besser bzw. bleibt gleich?

3.) Sollte man bzw. muss man Samplingtiefe (Bittiefe; Bit) und Samplingrate (Abtastrate; Hz,kHz,MHz) in einklang bringen oder sind diese beiden Informationen unabhängig voneinander? Ich meine, wäre eine Audio-Datei mit 8-Bit und 192kHz ohne Qualitätsverlust und entsprechend guter Qualität möglich (übertriebenes Beispiel) oder gibt es immer Vorgaben, wie das Verhältnis von Samplingtiefe zu Samplingrate sein muss bzw. sollte (eventuell gar mit Berechnungsformel)?

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Bzgl. Oggenc2 (aoTuV Beta 6.03 x64):
Schalterliste und Man bekannt:

4.) Mit welchem Schalter lässt sich die Bittiefe für ein Ogg-Vorbis-(VBR; V6-7)-Output-File einstellen / ändern?

5.) Mit "--resample n" stelle ich die Abtastrate (Samplingrate) ein, richtig?
Sollte man dabei noch etwas beachten?

6.) Was genau bewirkt der Schalter: "-S bzw. --converter" und die möglichen Übergabewerte?

7.) Mit dem Schalter "-b bzw. --bitrate" (kbps) kann man eine Bitrate einstellen. Ich möchte aber VBR einsetzen mit Encode-Quality-Level (q6-7). Sollte man dann lieber diesen Schalter nicht einsetzen? Und was würde es bewirken, wenn man beide Schalter einsetzt (sowohl -q6-7 und -B)?

8.) Was ist ein OGG Skeleton Bitstream und was genau bewirkt dann der Schalter "-k bzw. --skeleton" und wie setzt man diesen ein (welche möglichen Übergabewerte)?

9.) Wenn man es nicht explizit angibt, mit welchen Eigenschaften liest der Oggenc2-Encode die Daten vom Input-Medium (z.B. CD) dann ein? Damit meine ich, ob er die Samplingtiefe und Samplingrate (z.B. bei CD mit 16-Bit und 41,1kHz) auch für das Encoden und das Output-File/-Format verwendet / beibehält oder für beide Informationen immer Standardwerte verwendet? Das wäre nämlich schade und ein Verlust an Informationen, wenn ich z.B. ein besseres Input-Medium (z.B. 24-Bit und 192kHz) mit den "Standardvorgaben" (bzgl. des Bsp. z.B. 16-Bit und 41,1kHz), welche womöglich drunter liegen, einlesen müsste / würde.

10.) Wann verwendet man folgende Schalter, was genau bewirken diese und was sollte man bei deren Einsatz beachten?:
"-r bzw. -raw",
"-F bzw. --raw-format=n",
"-B bzw. --raw-bits=n",
"-C bzw. --raw-chan=n",
"-R bzw. --raw-rate=n",
"--raw-endianness"

Ich vermute wohl richtig, dass die RAW-Parameter nur mit vorangegangenen "-r"-Parameter funktionieren, oder?
Ebenso ist mir schon klar, worum es bei einigen RAW-Parametern geht, z.B. "--raw-chan" (Anzahl Kanäle), "--raw-bits" (Bittiefe) und "--raw-rate" (Abtastrate), dennoch versteh ich den Bezug zu RAW nicht. RAW ist doch meines Wissen her das Rohdatenformat. Ist das dann nicht das Input-Format/-Medium (wäre das dann die Antwort auf Frage 9.)?)?
Die Schalter "--raw-format" und "--raw-endianness" sagen mir z.B. überhaupt nichts, zumindest letzteres. Z.B. was ist ein Bigendian und was ein low?

11.) Für was verwendet man den Schalter "--managed" und wie setzt man diesen ein / worauf sollte man beim Einsatz achten?

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12.) Wie kann man die Qualität und Fehlerfreiheit eines OGG-Vorbis-Files kontrollieren (also technisch, nicht mit [Blind-]Hörtests? Im Forum habe ich was zu MP3´s gefunden, nicht jedoch zum OGG-Vorbis-Format. Gibt es da hilfreiche Tools?

13.) Wie findet man die Bittiefe eines OGG-Vorbis-Files heraus. Mit dem VLC-Player kann ich z.B. ganz einfach die Bitrate und die Abtastrate ablesen, nicht jedoch die Bittiefe. Noch Möglichkeiten oder andere Tools bzw. schaue ich einfach nur beim VLC-Player am falschen Ort?

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Ich bedanke mich schonmal ganz herzlich im Voraus.

Grüße

Schlitzauge  :)  :)  :)  :)

2 Antwort von Master Sal bearbeitet von Master Sal (Original: 2011-08-28 07:24)

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  • Beiträge: 48

Re: Bittiefen, Abtastraten und Oggenc2-Schalter

Leider habe ich nicht viel Zeit, deshalb mache ich es kurz:

1) 2) Theoretisch kleine Rundungsfehler, aber nicht hörbar, solange über CD Auflösung.
96/24 ABX Test


Wie kann man die Qualität und Fehlerfreiheit eines OGG-Vorbis-Files kontrollieren (also technisch, nicht mit [Blind-]Hörtests? Im Forum habe ich was zu MP3´s gefunden, nicht jedoch zum OGG-Vorbis-Format. Gibt es da hilfreiche Tools?

Es gibt (zumindest für Videobild) Mathematische Modelle. Diese sind komplex und bringen oft wenig hilfreiche Ergebnisse. Nur weil es beispielsweise gute PSNR Werte gibt, bedeutet das nicht, dass etwas von guter Quali ist.
Wenn es ein mathematisches Modell gäbe, dann würde es auch perfekte lossy Encoder geben.

[url=http://forum.gleitz.info/showpost.php?p=393566&postcount=1]Übersicht über Surroundformate[/url]

[url=http://forum.chip.de/video-bearbeitung-codecs/faq-video-audiokompression-1472383.html#post8973895]FAQ Audiokompression[/url]
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Re: Bittiefen, Abtastraten und Oggenc2-Schalter

Was genau willst Du programmieren (nur aus Neugier)?

zu 1.

Nehmen wir als Beispiel mal eine Wandlung von 16 zu 24 Bit. Es ist eine simple Integermultiplikation mit dem Wert 256. Diese Art Wandlung ist verlustfrei! Allerdings wird die Qualität auch nicht besser dadurch (bezogen auf das Quellmaterial).

Umgedreht - also die Bittiefe verringern - gibt genau dann Verluste, wenn die Integerdivison des Wertes einen Bruch ergeben müßte. Da Integer nur ganze Zahlen verwendet, gibt es dann einen Rundungsfehler, der die Qualität verschlechtert.

Verlustfrei wäre es also in unserem Beispiel nur, wenn sich alle Zahlenwerte ohne Rest wieder durch 256 teilen lassen.

Das bezieht sich jetzt alles auf Dateiebene - inwieweit man das tatsächlich raushören kann, ist eine andere Sache.

Achtung 1:
Ab 32 Bit gibt es auch noch die Möglichkeit, die Werte als Float (Gleitkommazahl) interpretieren/verwenden zu lassen. Adobe Audition z.B. ist in der Lage, damit umzugehen!

Achtung 2:
Es besteht auch die Möglichkeit - bleiben wir wieder bei unserem Beispiel von 16 zu 24 Bit - die Werte unverändert zu lassen und nur ein zusätzliches "leeres" Byte (8 Bit) auf die vorhandenen 16 Bit aufzusetzen.
Interessant ist das allerdings nur für die Musikbearbeitung (Mixing), da man so keine Übersteuerung reinbekommt, wenn man die verschiedenen Tonspuren miteinander mischt (mathematisch: addiert). Erst nach Abschluß aller Arbeiten wird das Resultat dann entweder auf 24 Bit belassen und nur "normalisiert" oder eben auf Wunsch wieder zu 16 Bit umgerechnet. Der Sinn daran: Es tritt nur dort einmal ein Rundungsfehler auf...

zu 2.

Sehr komplexes Thema, zu dem man einen Roman schreiben könnte...
Am besten. Du befaßt Dich mal damit: Abtasttheorem

Mit anderen Worten: Da Du keine unendliche Rechenleistung zur Verfügung hast, wird also eine 100%ige Rekonstruktion der ursprünglichen analogen Wellenform nicht gelingen, sondern nur näherungsweise. Da aber genau das die Grundlage dafür ist, um zusätzliche genau interpolierte "Zwischensamples" erstellen zu können, wird die Qualtität IMMER schlechter werden!!!

Beispiel: Du willst von 32KHz auf 48KHz resamplen. Das kleinste gemeiname Vielfache wäre in dem Falle 96 KHz.
Das heißt: Du mußt zuerst Deine vorhandenen Samples verdreifachen; also zu jedem "echten" Sample zwei weitere interpolieren. Dann nimmst Du das Ergebnis und läßt jedes 2. Sample weg. Schon hast Du Deine 48KHz.

Aber...
Du kannst bei der Interpolation nicht einfach lineare Zwischenwerte setzen. Dein erstes Sample hat meinetwegen den Wert 30, das Zweite 60. Du kannst jetzt nicht einfach als Zwischenwerte 40 und 50 setzen. Denn wer sagt Dir denn, das die an dieser Stelle vorhandene Kurvenform wirklich linear ist? Genausogut könnte es auch ein sinusförmiger Verlauf sein oder eine Mischung aus allen möglichen verschiedenen Kurvenformen. Es könnte also auch sein, das die resultierenden Zwischenwerte (als Beispiel) 33 und 39 betragen; oder alle anderen möglichen Werte - auch höher als 60 bzw. kleiner als 30 wären möglich!!!
Das findet man nur heraus (Näherungsweise) durch eine recht komplexe Analyse der Sounddaten...

Selbst wenn Du - unser Beispiel - die Samplerate auf 96KHz beläßt; also JEDES Sample - sowohl die Originalen als auch die Interpolierten - verwendest, wird Dein Soundfile (wieder auf Dateiebene) schlechter sein als Dein Original. Eben, weil die Interpolation - je nach Rechenaufwand - nie absolut korrekt sein kann. Außerdem kommt ja noch der schon besagte Rundungsfehler dazu.

Es würde also konkret dazu führen, das auf Grund der mehr oder weniger genauen Interpolation Abweichungen von der ursprünglichen Kurvenform entstehen, die als Folge zusätzliche Oberwellen enthalten, die im Original ja gar nicht vorhanden sind.

Rein Hörtechnisch kann alles mögliche passieren:
1. Es ist kein Unterschied hörbar.
2. Es klingt schlechter.
3. Es klingt besser!!! (Ja, auch das wäre möglich)

Das hängt - selbst bei der gleichen Audiodatei - von der jeweiligen Versuchsperson bzw. ihrem eigenen subjektiven Empfinden ab.

Rein Dateitechnisch ist JEDE Sampleratenkonvertierung schlechter als ihr Original.


zu 3.

Samplerate und Bittiefe sind unabhängig. Kannst Du wahlfrei anwenden.
Es gibt allerdings einige Festlegungen:
Beispiel Audio-CD: 44100 Hz, 16 Bit, 2 Kanäle.


Zu den anderen Punkten kann ich Dir nicht helfen, da ich Ogg-Vorbis nicht verwende und mich damit noch nie befaßt habe...

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