Verlustfreie Audio Formate


Einleitung

Verglichen mit Bildkomprimierung werden verlustfreie Komprimierungsmethoden in der Audiokomprimierung nicht so häufig verwendet. Die Hauptbenutzer von verlustfreier Komprimierung sind Toningenieure und ihre Kunden, die den Qualitätsverlust der verlustbehafteten Kompressionsmethoden vermeiden wollen.

Der Grund für die geringe Verwendung ist die geringe Kompression, die hierbei erreicht werden kann.

Die große Mehrzahl der Tonaufnahmen sind natürliche Töne, aufgenommen aus der realen Welt, und solche Daten können nicht gut komprimiert werden. Man kann das mit Photos vergleichen, die sich nicht so gut komprimieren lassen wie computergenerierte Bilder. Aber auch computergenerierte Tonabfolgen können sehr komplizerte Wellenformen enthalten, die sich mit vielen Kompressionsalogrithmen nur schlecht verkleinern lassen. Dies liegt an der Natur der Schallwellen, die sich im Allgemeinen schwer vereinfachen lassen ohne eine zwangsweise verlustbehaftete Konversation zu Frequenzfolgen, wie sie im menschlichen Ohr stattfinden.

Ausserdem ändern sich die Werte der Audiosamples sehr schnell und es gibt selten Folgen von gleichen Bytes, weswegen allgemeine Datenkompressionsalgorithmen nicht gut funktionieren.

FLAC

FLAC steht für Free Lossless Audio Codec, somit ist im Namen bereits erklärt um was es sich handelt, einen verlustfreien Audio codec. FLAC ist ein freier Audio codec bzw. ein freies Format. Die Spezifikationen sind für jeden einsehbar, die Programme und Programmbibliotheken sind unter GPL und Xiph.orgs BSD Lizenz erhältlich.

Was FLAC sonst noch bietet:
  • Schnelligkeit, mit FLAC komprimierte Dateien können selbst mit alteren Prozessoren dekodiert werden.
  • Es gibt Hardware-Player die FLAC unterstutzen.
  • In FLAC Dateien kann vor und zurück gespult werden.
  • FLAC kann zum Streaming von Audiodaten eingesetzt werden.
  • Man kann eine CD in eine einzige FLAC Datei komprimieren und ein Cue Sheet darin speichern, somit erhält man ein exaktes Abbild einer Audio-CD, komprimiert und in einer einzigen Datei.
  • Sehr fehlerresistent, wird ein Frame der Datei beschädigt, so sind die Auswirkungen, im Gegensatz zu manch anderen Formaten, auf diesen einen Frame beschrankt. Ein Frame enthält meißt nur einen Sekundenbruchteil an Audiodaten FLAC unterstützt Replaygain.
  • FLAC ist unter anderem für GNU/Linux, Free-, Open- und NetBSD, für Mac OSX, Windows und OS/2 verfügbar. Im übrigen ist FLAC seit dem 29. Januar 2003 Teil von Xiph.org, was die Integration von FLAC in das Ogg Multimedia Format garantiert.

Monkey's Audio

Verlustfreie Kompression

Verlustbehaftete Audiokompressionsverfahren haben den Nachteil, dass die Musik unter Qualitätsverlust komprimiert wird. Die einfachste Methode ist, die Komprimierung mit einem Packprogramm. Hierfür empfehle ich die Arbeit mit WinRAR, wo man im Gegensatz zum weitverbreiteten ZIP - Packer, eine weit aus höhere Komprimierung erreicht ( ZIP Komprimierung um ca. 10%; RAR Komprimierung um ca. 50%). Jedoch können bei dieser Art der Komprimierung die Musikstücke nicht direkt abgespielt werden, sondern müssen erst dekomprimiert werden.

Wer maximalen Wert auf Klang legt und auch mit Kompressionsraten von ca. 1:2 (statt 1:10 bis 1:12) leben kann, kann seine Songs mit Monkey's Audio komprimieren. Dieses Programm macht es möglich, Musikdateien ohne Verluste, bis zu 50% zu komprimieren. Ausserdem kann die komprimierte Datei eine Prufsumme enthalten (damit Fehler in der Datei erkannt werden) und die zusätzliche Rechenbelastung der CPU fällt sehr gering aus. Die Software ist einfach zu bedienen, die fertigen "*.ape" Dateien lassen sich über gängige Softwareplayer (z.B. Winamp) per PlugIn wiedergeben.

Predictive Coding

Wer Töne verlustfrei komprimieren, also das digitalisierte Eingangsmaterial bitgenau rekonstruieren will, kommt nicht um Monkey's Audio herum. Die üblicherweise PCM-kodierte Sprache und Musik in Wav Dateien eignen sich denkbar schlecht, um sie mit herkommlichen Verfahren zu packen.

Zip zum Beispiel brachte es bei der CD 'b-Movies - Nightmares in wax' trotz höchster Kompressionsstufe nicht einmal auf 5% Platzersparnis. Mehr schafft man nur mit Predictive Coding.

Dabei versucht der Algorithmus (Predictor), die Korrelation nachfolgender Samples aus den vorangegangenen vorauszusagen, um das Signal in einen korrelierten und einen rauschartigen Anteil zu zerlegen. Gespeichert werden die vorausgesagten Samples und deren weitgehend dekorrelierte Differenz zum Original. Durchschnittlich lässt sich mit Predictive Coding ein Kodiergewinn von 50% erzielen.

Vorteile:

Der größte Vorteil von Monkey's Audio ist, das die Audiodaten ohne Verlust komprimiert werden und nach einer dekompression wieder zu 100% dem Original entsprechen. Desweiteren kann die komprimierte Datei eine Prüfsumme enthalten damit Fehler in der Datei erkannt werden.

Dadurch das bei der Kompression keine Musikinformationen verloren gehen, ist die Tonqualität identisch mit dem Original. Die komprimierten Dateien können, ähnlich wie z.B. bei MP3, mit einem 'Tag' versehen werden, um so Informationen in der Datei zu speichern.

Nachteile:

Nachteile liegen hauptsächlich in der mangelnden Bekanntheit und der sehr geringen Software Unterstützung. Von Hardwareseitiger Unterstützung fehlt bis dato jede Spur.

Speex

Speex ist ein Codec, der für die platzsparende Speicherung von Audio-Dateien entworfen wurde, die Sprache enthalten. Gegenüber Kompressionsverfahren wie MP3 oder Vorbis lassen sich hiermit keine Musikdaten verkleinern, dafür erzielt er bei gesprochenem Text deutlich höhere Kompressionsraten. Die Endung der Dateien lautet .spx. Eingesetzt wird Speex vor allem im Bereich der Internettelefonie und zur Kommunikation wahrend Online-Spielen.

Wie auch Vorbis ist Speex Teil des OGG-Projektes und steht unter einer angepassten Variante der BSD-Lizenz.

WavPack

WavPack ist geeignet, um verlustfrei 16 und 24 Bit-Audiodateien nach WAV zu enkodieren. Im Gegensatz zum Konvertieren nach MP3 gehen keine Informationen verloren, es entsteht vielmehr eine Art digitale Kopie des Originals. Der Kompressionsvorgang bringt eine Speicherersparnis von 25-50%, je nach Quelle. Laden Sie sich zusätzlich ein Windows-Frontend herunter, da das Programm normalerweise nur über Kommandozeilen zu bedienen ist.

OptimFrog

Ist ein Verlusfreies Audio Kompression Programm. Das Ziel ist - maximum Audio File Größe zu reduzieren. Ist seher ähnlich der ZIP Kompression, aber Qualität für Audio Daten Kompression ist besser.

LPAC

LPAC ist eine verlustfreie Audiokompression. Das bedeutet, dass die komprimierten Signale nach der Dekompression wieder identisch sind mit den Originalsignalen.

Die LPAC-Kompression arbeitet mit linearer Pradiktion und kann Audiosignale mit 8 Bit, 16 Bit, 20 Bit und 24 Bit in Mono und Stereo digitalisieren. LPAC hat zyklische Blockprüfung (CRC) für die Fehlererkennung, ein grafisches Interface und insgesamt sechs verschiedene Kompressions-Modi für unterschiedliche Kompressionen und Geschwindigkeiten. Die Wiedergabegeschwindigkeit kann ein Vielfaches der Echtzeitgeschwindigkeit betragen. Die Dateien, die die Extension pac haben, konnen uber einen WinAmp-Player abgespielt werden.

Es gibt LPAC-Versionen, die von Windows, Linux und Solaris unterstützt werden.

Shorten

Shorten (.shn) ist ein digitales Audioformat, welches mit verlustfreier Audiokompression arbeitet.

Benutzt wird diese Format meistens zur platzsparenden Archivierung von Wave-Dateien.

Mit Shorten gibt es einen der altesten verlustfreien Codec in Ports, der aber nicht so viele Features wie FLAC besitzt und eine schlechtere Kompression bietet.

Weblinks