Soundformate | Teil 2: MP3

[groove-i.d]

ich bin verwirrt. die klangverschwörung ist gelungen

 

[yjnthaar]

ich bin verwirrt. die klangverschwörung ist gelungen

Schön. Dann hat der Thread am Ende doch noch ein Ergebnis erzielt.

Salute,
Simon

 

[berndbiber]

Nein. Es geht um die grosse verschworene technische Abergläubigkeit. Aber du kannst gerne weiterhin glauben, man könne aus allen möglichen Informationen jede Menge Daten-"Luft" rauspressen, auch da wo gar keine nennenswerte Menge davon vorhanden ist. Niemand zwingt dich zur Beschäftigung mit Grundlagenwissen.

Ich glaube es nicht, sondern ich weiß es. Das sind normale mathematische Verfahren. Vielleicht für Laien wie dich erstaunlich, aber trotzdem eine Tatsache.

Vor allem ist es ach noch so leicht zu beweisen, da man ja einfach eine Audiodatei mit einem Lossless Codec packen und wieder entpacken kann und dann nach bit für bit vergleichen kann.

Mit "glauben" hat das nichst zu tun.

Stimmt. Audiodaten haben so gut wie GAR KEINE Regelmässigkeit, welche zu ausnutzbarer Redundanz führen würde. Und wo es keine Redundanz gibt, gibt es auch nichts verlustlos zu komprimieren. Das ist eine knallharte Tatsache der Mathematik und Apple ändert daran nichts. Nicht ohne ein wenig zu schummeln und eben doch eine Winzigkeit unter den Tisch fallen zu lassen.

Du meinst Apple und die die anderen Enwickler von Lossless Codecs.

Was ist 'verlustlose' Codierung?

Verlustbehaftete Verfahren (engl. lossy coding), zu denen unter anderem MP3, AAC und WMA gehören, erreichen zwar eine äußerst starke Kompression digitaler Audiodaten bei hoher subjektiver Qualität, ermöglichen allerdings keine bit-identische Wiederherstellung der Originaldaten. Diese Verfahren sind daher nicht geeignet für Anwendungen wie Abmischung oder Archivierung, da die ursprünglich nicht wahrnehmbaren Veränderungen durch Operationen wie Nachbearbeitung oder Mehrfachcodierung wieder hörbar werden können. Verlustlose Codierverfahren ermöglichen hingegen die Kompression ohne jeglichen Qualitätsverlust und sind daher sowohl im professionellen Bereich als auch für den Endanwender äußerst interessant.

Die direkte Anwendung von Verfahren zur Entropiecodierung wie Lempel-Ziv, Huffman- oder arithmetischer Codierung ist bei Audiodaten meist nicht besonders effizient, da Audiosignale in der Regel starke Anhängigkeiten zwischen den einzelnen Abtastwerten besitzen. Allgemeine Programme zur Datenkompression wie Winzip oder gzip versagen daher bei Audiosignalen. Durch eine zusätzliche Vorverarbeitung (Dekorrelation) lassen sich die statistischen Abhängigkeiten jedoch beseitigen, und man erhält ein nahezu unkorreliertes Signal, das sich wesentlich einfacher codieren lässt. Eine typische Methode zur Dekorrelation ist die lineare Prädiktion (engl. linear predictive coding, LPC), wobei für jeden Abtastwert des Signals ein Schätzwert auf Basis zurückliegender Abtastwerte berechnet wird. Die Differenz zwischen Original und Schätzwert wird als Restfehlersignal (engl. residual) bezeichnet. Ist die Schätzung gut, dann hat der Restfehler deutlich kleinere Werte als das Original und kann effizient codiert werden. Hierzu genügen dann gewöhnlich einfache Verfahren wie die Rice-Codierung, die einen Spezialfall der Huffman-Codierung darstellt.

http://www.nue.tu-berlin.de/forschung/projekte/lossless/mp4als_d.html

Vielleicht sollte ich Dir etwas Literatur raussuchen, die dir die Verfahren genau erläutern. Wie ist dein mathematischer Hintergrund?

 

[gaffer]

Jo. Nett. Fast schon niedlich.

Übrigens: Es war Mitte der 90er Jahre durchaus nicht vermessen vom FHI, von "nahe bei CD-Qualität" zu sprechen. Die Scheiben, die damals vermarktet wurden, wurden zu 95% noch mit voller Analogtechnik gemastert und liessen eine Menge von den theoretischen Möchglichkeiten der Audio-CD ungenutzt. Auch heute tun sie das noch oft.

Bei dieser Äusserung schüttelt es manchen Studiobesitzer, der sündhaft viel Kohle in sein Analogequipment steckt um besser zu klingen. Sind die denn alle blöd? Nein, sie wissen, dass die besten (allerdings die Voraussetzung) analogen Outboardgeräte immer noch locker alles digitale toppen, die Möglichkeiten der CD erreichen sie mit links, also bitte ein bisschen differenzieren.

 

[groove-i.d]

sind wir uns denn jetzt in so weit einig, daß aac und apple lossless nicht das gleiche meinen?

 

[PatrickB]

Das stiftet hier alles ziemlich Verwirrung irgendwie. Ich mach mit =) (deshalb misch ich mich unnötigerweise ein und schreib mal wieder was nicht verwirrendes, und vergleiche mit den vielleicht etwas gängigeren Bildformaten für das Internet … )

Losless Codecs sind Vergleichbar mit dem Speichern von Bildern im PNG Format, mp3s und AACs sind vergleichbar mit dem Speichern von Bildern im JPG Format.
Hier gibt es starke Paralellen.

Während ein JPEG auf den ersten Blick richtig gut aussieht (je nach Blick des Prüfers und nach Qualitätsstufe) erkennt man bei genauem hinsehen (vor allem mit der Lupe) Veränderungen, die einem oft gar nicht auf dem ersten Blick auffallen, manchmal erst wenn wir wieder versuchen das Bild weiterzuverarbeiten. JPEG spielt also auch mit unserer Wahrnehmung ein Spiel. (Natürlich wird es bei zu hoher Kompression auffällig hässlich, es kommt zur Artefaktbildung). Dafür ist das Foto am Ende fast magisch auf ein vielfaches geschrumpft.

Ein PNG Bild enthält die gleiche Bildinformation wie das unkomprimierte Bild (solange der Farbraum nicht konvertiert worden ist). Hier setzt die Kompression auf das erkennen von Flächen und einheitlichen Strukturen. Bei einem Foto klappt das jedoch nicht so gut. Die Datei bleibt relativ groß.

Losless Codierungen via LPC funktionieren deshalb besser wie ZIP Komprimierungen bei Audio Files, da in der LPC Codierung schon eine Annahme über Regelmäßigkeiten (Kurve steigt an, Kurve steigt ab; das ist fast immer irgendwie so) im Audio Material vorrausgesetzt wird. Hier kann man ansetzen und mal vage Vorhersagen (Linear Predictive Coding) wie der weitere Verlauf sein wird, da vergleicht man dann mit der Wirklichkeit und braucht dann nur noch Abweichungen als Information beizusteuern. Bei weißem Rauschen funktioniert LPC meines Wissens nicht (effektiv).


Hoffe ich trete damit nicht wieder aufn Schuh.

 

[dandjo]

Hi Zettt,

doch das habe ich sehr wohl verstanden, ich kann schließlich lesen. Du hast meine Erklärung anscheinend zu sehr als persönlichen Angriff gedeutet.
Es ist nur so, dass dein Beispiel sehr hinkt, da ein MP3 Encoder einfach nicht zwischen Instrumenten unterscheiden, sondern diese vielleicht nur anhand des Frequenzganges erahnen kann. Ich wollte den Leuten hier einfach nur die Wahrheit und die Technik näherbringen.

Natürlich könnte man Romane über diese Themen verfassen, ein grundlegendes Wissen, das ich versucht habe zu vermitteln, gehört, wie ich finde, dennoch in die Kategorie Allgemeinbildung. Dieser Thread handelt ja schließlich von Soundformaten und dieser Teil hier speziell von MP3. Warum also nicht vernünftig und dennoch kurzgefasst erklären?

LG. Dandjo

 

[yjnthaar]

Pflichthören

Hola nochmals,

Ich empfehle allen Beteiligten und Interessierte mal den Konsum der Episode 35 des Computer Club 2 (MP3, 28,5 MB).

Unter anderem kommen die Erlanger MP3 Erfinder persönlich zur Wort. Sehr informativ das ganze.

Salute,
Simon

 

[Zettt]

Losless Codecs sind Vergleichbar mit dem Speichern von Bildern im PNG Format, mp3s und AACs sind vergleichbar mit dem Speichern von Bildern im JPG Format.
Hier gibt es starke Paralellen.

Den Vergleich kann man sogar noch weiter spinnen. Aber das könnte eventuell womöglich in einer der folgenden Folgen kommen
Und Danke das du dich hier auch einmischt, ich weiss das sehr zu schätzen :-D

doch das habe ich sehr wohl verstanden, ich kann schließlich lesen. Du hast meine Erklärung anscheinend zu sehr als persönlichen Angriff gedeutet.

Richtig hab ich.
Na gut dann halt ich mich mal wieder aus der Diskussion raus und warte bis sich Rastafari wieder meldet.

 

[groove-i.d]

Ich empfehle allen Beteiligten und Interessierte mal den Konsum der Episode 35 des Computer Club 2 (MP3, 28,5 MB).

Unter anderem kommen die Erlanger MP3 Erfinder persönlich zur Wort. Sehr informativ das ganze.

wenn man mal von den beiden moderatoren-laberärschen absieht, ist das ein durchaus ernstzunehmendes, interessantes gespräch.

 

[Rastafari]

Ich glaube es nicht, sondern ich weiß es. Das sind normale mathematische Verfahren. Vielleicht für Laien wie dich erstaunlich, aber trotzdem eine Tatsache.

Dem Fachmann wird das Wort erteilt.
Er möge uns an seinem Augurenwissen teilhaben lassen.

Der im Auditorium sitzende Kommunikationselektroniker mit Fachgebiet Sprach-/Datenvermittlungs- und Übertragungstechnik und einschlägiger Berufserfahrung wird seine Ausführungen nicht weiter stören und sich derweil grinsend die Nägel maniküren.

Vor allem ist es ach noch so leicht zu beweisen, da man ja einfach eine Audiodatei mit einem Lossless Codec packen und wieder entpacken kann und dann nach bit für bit vergleichen kann.

Du hast offensichtlich etwas sehr grundlegendes nicht verstanden oder zumindest ausser acht gelassen.

Ich gebe dir einen leeren Topf, in dem noch Reste von Suppe anhaften - und einen Schöpflöffel dazu. Mit diesem Schöpflöffel führst du nun genau all die notwendigen Bewegungen und Handgriffe durch, die nötig wären den Topf leerzuschöpfen, wenn er randvoll gewesen wäre. Anschliessend führst du all die nötigen Handgriffe durch die es bräuchte, um den Topf wieder zu füllen, aber eben auch nur als "Trockenübung" ohne echte Suppe. Wenn du damit fertig bist, und an den Wänden des Topfes kleben noch immer die gleichen Suppenreste wie zuvor, hast du dann damit etwa bewiesen, du hättest das auch mit einem *wirklich* vollen Topf geschafft, ohne dabei zu kleckern?
Wer oder was beweist dir das? Die unberührten Suppenreste? Der trockene Schöpflöffel? Blosse Vermutung?

Fakt ist: Ein solcher Positivbeweis ist schon rein prinzipiell nicht führbar. Das widerspricht der Logik und den Regeln der analytischen Beweisführung.
Aber ich kann wohl einen aussagekräftigen Negativbeweis erbringen. Und zwar mit nur einem einzigen Versuch, bei dem das mit der bitgenauen Reproduktion eben *nicht* gelingt. Und das ist mir wohl mehr als nur ein mal gelungen. Und das war nun wirklich *überhaupt nicht* schwierig. Also bitte...

Übrigens... etwas das ich vergass zu erwähnen...
Wenn du für deine Experimente eine QuickTime-basierte Software einsetzt, sind deine Resultate keinen Schuss nasses Pulver wert.

QT verwendet nämlich schon seit längerem (Version 4 oder 5 ?) bei der Ausgabe einen adaptiven Filter, der benutzerseitig nicht abschaltbar ist. Es handelt sich um einen NoiseGate, der den digitalen Rauschteppich eliminiert, der von diversen Unzulänglichkeiten der Hardware unvermeidbar verursacht wird. Wo genau der einsetzt, weiss ich auch nicht, aber die Messwerte, die Apples Gerätepark so bei Audiotests regelmässig erbringt legen die Vermutung nahe, das so ungefähr bei -90 dB knallhart über das gesamte Spektrum geschnitten wird, also knapp über CD-Limit.
Seit der Umstellung auf CoreAudio scheint dieser Filter auch bei jedem Dateiexport zu greifen. (Vielleicht war das auch schon vorher so, kann ich nicht genau sagen, ich glaube aber eher nicht. Vllt. ist das auch erst seit QT 7 so...?)

Eigentlich ist das ja was feines und eine anerkannt gute Idee (absolut jede bessere Soundkarte über 20-30 Euronen hat sowas fest eingebaut...)
Aber für Tests und Prüfzwecke ist so ein Verhalten indiskutabel. Verwende eine Software, die ohne solche Gehhilfen läuft (also auch abseits von CoreAudio), dann kannst du verlässlichere Aussagen treffen, ohne dir von zu "fürsorglicher" Software dabei ins Knie schiessen zu lassen.

 

[berndbiber]

Der im Auditorium sitzende Kommunikationselektroniker mit Fachgebiet Sprach-/Datenvermittlungs- und Übertragungstechnik und einschlägiger Berufserfahrung wird seine Ausführungen nicht weiter stören und sich derweil grinsend die Nägel maniküren.

Sowas in der Richtung hätte ich auch vermutet. Irgendwas ingenieurmäßiges praktisches hab ich gedacht. Ich selbst bin Mathematiker, hab daher einen anderen Blickwinkel.

Fakt ist: Ein solcher Positivbeweis ist schon rein prinzipiell nicht führbar. Das widerspricht der Logik und den Regeln der analytischen Beweisführung.

Da hast du natürlich recht. Nur eine Analyse des Verfahrens bringt einen echten mathematischen Beweis, nur würde dies hier zu weit führen und nur wenige werden dem folgen können. Den entsprechenden Fachleuten (Forscher, Entwickler) aber, misstraust du ja. (wobei wir diesen Beweis bei Apple Lossless nicht führen können, da es ein propietärer Codec von Apple ist, bei FLAC wäre aber kein Problem)

Daher wollte ich einen für dich greifbareren "Physiker-Beweis" liefern (wir machen genügend Versuche und zeigen, dass es immer funktioniert.

Nur um nochmal sicher nachzufragen, damit wir in diese Diskussion sinnvoll weiterkommen:

Bei ZIP verstehst du, dass es funktioniert, oder?

Du glaubst aber nicht, dass ein anderes Verfahren geben kann, dass für Audio optimiert ist. Richtig?

Du meinst also, dass in Audiodaten die Entropie (Unordnung/Zufälligkeit) so groß ist, dass es grundsätzlich nicht möglich ist, auch nur einen bit einzusparen. Richtig?

Du denkst, dass alle Forscher, die Behaupten einen solchen Algorithmus gefunden zu haben (und da gibt es ja einige Algorithmen), Lügner sind und die Welt täuschen wollen. Richtig?

(nur mal als kleinen Denkansatz: die einzelnen Abtastwerte haben eine starke Abhängigkeit. Aufeinanderfolgende Abtastwerte liegen nah beieinander und sind nicht völlig beliebig, es ist ja eine wellenform ... ... diesen umstand kann man z.B. ausnutzen, so wie man es bei Texten bei ZIP ausnutzt, dass bestimmte Buchstabenfolgen [auch bekannt als "Wörter"] öfter vorkommen)
Die Entropie in Audiodaten ist nicht so hoch, wie du es scheinbar denkst.

 

[Andy001]

ohne euro mir langsam zu hoch werdende diskusion stören zu wollen. frage ich mich nachdem ich hier ein bisschen rum gelesen habe: warum sind die lieder im iTMS in "nur" 128Kbs?

mfg andy

 

[groove-i.d]

warum sind die lieder im iTMS in "nur" 128Kbs?

mfg andy

weil die in lossless sind?

 

[berndbiber]

weil die in lossless sind?

Nein. Die sind im AAC-Format.

 

[yjnthaar]

Und in welchem AAC Format? Lossless, Lossfull oder gar FullACK?


*wegrenn*

 

[berndbiber]

Und in welchem AAC Format? Lossless, Lossfull oder gar FullACK?

Im verlusbehafteten AAC (was schon die 128 bit klar machen ).

Hatte nicht bedacht, dass es mit AAC-SLS tatsächlich auch einen Verlustfreien Codec vom Fraunhofer Institut gibt:
http://www.iis.fraunhofer.de/fhg/iis/bf/amm/projects/lossless/index.jsp (nicht zu verwechseln mit MPEG-4 ALS oder Apple Lossless)

 

[PatrickB]

Die Dateien im ITMS haben keine 128kbit, ds ist nur ein Marketingtrick. In Wirklichkeit verzerrt Apple deine Datenleitung und deine Festplatte (mit patentierter Steve Jobs Reality Field Distortion). Die Audiodaten sind eigentlich unkomprimiert, jedoch durch die verzerrten Datenleitungen und Festplatten sind die Datenmengen nur 128kbit, relativ zum Normalzustand

Andere, die behaupten dass die Dateien mit verlustbehaftetem AAC codiert sind (und somit reduziert, ähnlich wie es Zettt im ersten Beitrag dieses Threads am Beispiel mp3 erklärt hat), und deshalb nur 128kbit haben sind schlichtweg Lügner.

 

[Zettt]

ähnlich, wie Zettt im ersten Beitrag dieses Threads erklärt hat), und deshalb nur 128kbit haben sind schlichtweg Lügner.

Ich schreibe über MP3 und meine eigentlich AAC? Oh wie peinlich :-[

 

[PatrickB]

Ich schreibe über MP3 und meine eigentlich AAC? Oh wie peinlich :-[

nee, so nich! Ähnlich ist das Zauberwort.