Osnove kompresije digitalnega zvoka
Nedavno smo govorili o tem, kako deluje pretvorba iz analognega v digitalno, in razložili nekaj osnovne terminologije, povezane z digitalnimi zvočnimi datotekami. V tem članku si bomo ogledali, kako različni algoritmi za stiskanje digitalnega zvoka delujejo pri zmanjševanju velikosti datoteke, tako da je mogoče datoteke lažje deliti.
Osnove digitalnega zvoka
Kot smo že pojasnili, vzorčenje analogne zvočne valovne oblike pri ločljivosti kakovosti CD zahteva 44.100 vzorcev na sekundo pri ločljivosti 16 bitov za par stereo kanalov. Posledica tega je tok podatkov, ki znaša 1411 kilobitov na sekundo. Za enominutno pesem bi morali shraniti 84.672.000 bitov informacij. To je približno 50 megabajtov za petminutno skladbo.
Ko shranjujemo zvok v nestisnjeni obliki, informacije v datoteki ne vplivajo na velikost datoteke. Lahko imamo skladbo, ki vsebuje posnetek simfoničnega orkestra, zvočno testno skladbo ali zadnjo, zadnjo, zadnjo izvedbo Rolling Stonesov. Velikost datoteke bo enaka, če je dolžina skladbe enaka.
Stiskanje zvoka brez izgub
Zmanjšanje velikosti datoteke je bilo vedno problem, ko gre za prenos datoteke. Ko smo imeli klicno internetno storitev, je trajalo več ur, da smo prenesli celotno pesem v nestisnjenem formatu. Akustični modemi so imeli optimalno hitrost prenosa okoli 300 bitov na sekundo. Visokohitrostni analogni modemi so z uporabo algoritmov za stiskanje podatkov dosegli vrh 48 kilobitov na sekundo. Za prenos visokokakovostnega zvoka bi trajalo približno 30 sekund za vsako sekundo glasbe. Vidite težavo?
Eden najbolj priljubljenih in znanih načinov stiskanja datotek je stiskanje datoteke. Stiskanje datoteke analizira vsebino datoteke in zamenja ponavljajoče se nize podatkov z bližnjico do enakih informacij. Ko razpakirate datoteko, dobite izvirnik nazaj brez kakršnih koli sprememb.
Kar zadeva formate stiskanja zvoka, so najbolj priljubljeni formati brez izgub Free Lossless Audio Codec (FLAC), Apple Lossless Audio Codec (ALAC) in format Monkey’s Audio (APE) na daljnem tretjem mestu.
Kar zadeva stiskanje, pretvorba naše 70,69 megabajtne zvočne datoteke v FLAC povzroči velikost datoteke 37,5 megabajtov. To je zmanjšanje za približno 50 odstotkov brez izgube kakovosti zvoka, natančnosti ali podrobnosti.
Stiskanje zvoka z izgubo
Ne glede na to, ali poskušate zmanjšati zvočno datoteko ali fotografijo, je eden najpreprostejših načinov za zmanjšanje velikosti datoteke ta, da zavrzite nekaj podrobnosti v izvirni datoteki. Pri zvočnih datotekah to pogosto pomeni omejitev visokofrekvenčnih informacij in zmanjšanje podrobnosti ali odpravo signalov nizke ravni.
Če svojo izvirno zvočno datoteko pretvorimo v datoteko MP3 s hitrostjo 320 kbps, se datoteka skrči na neverjetnih 16,0 megabajtov. To naredimo tako, da vržemo zvočne informacije, ki jih je težko slišati. Na primer, če je v enem kanalu glasen kitarski riff, lahko algoritem stiskanja dramatično zmanjša podrobnosti zvočnih informacij relativno nizkega nivoja v drugem kanalu brez večjih sprememb v zaznani kakovosti predvajanja. To se imenuje zaznavno zvočno kodiranje, ker algoritem posebej vpliva na informacije, ki jih je težje slišati (ali zaznati).
Pri hitrosti stiskanja 320 kbps večina poslušalcev ne more ugotoviti razlike med izvirno datoteko in stisnjeno različico. Ko se kompresija poveča, postanejo razlike veliko bolj očitne. Začnemo izgubljati visokofrekvenčne informacije in podrobnosti.
Če želimo datoteko še bolj skrčiti, jo lahko pretvorimo v datoteko MP3 s 128 kbps. Prednost ekstremnega stiskanja podatkov je, da ima naša zvočna datoteka zdaj velikost 6,59 megabajtov. Pri tej velikosti je pesem mogoče priložiti e-poštnemu sporočilu brez večjih skrbi za pasovno širino ali čas prenosa na sodobni širokopasovni internetni povezavi.
Najbolj priljubljeni formati stiskanja datotek z izgubo so MP3 (prej MPEG-1 Audio Layer III ali MPEG-2 Audio Layer III), Adaptive Transform Acoustic Coding (ATRAC), Advanced Audio Coding (AAC) in Windows Media Audio (WMA).
Ali je velikost datoteke pomembna?
Kot že omenjeno, so bili algoritmi za stiskanje zvoka ustvarjeni, da nam omogočajo prenos zvoka prek povezav z omejeno pasovno širino. Danes je shranjevanje podatkov neverjetno poceni. 128 GB pomnilniški ključ USB lahko kupite za manj kot 25 USD. Na pomnilniški ključ velikosti 128 GB lahko shranite približno 400 ur visokokakovostnega zvoka FLAC. Hkrati je hitrost internetne pasovne širine na najvišji ravni vseh časov. Večina pametnih telefonov z LTE lahko prenaša podatke pri 150 mpbs. To je hitreje od hitrega interneta večine ljudi doma. Prenos 37 megabajtne datoteke prek takšne povezave traja približno pet sekund.
Razen če niste omejeni s pasovno širino, lahko glasbo prenesete vsaj v FLAC kakovosti CD-ja ali nestisnjenem formatu WAV. Tako dobite najboljšo možno kakovost zvoka vašega avdio sistema. Če imate vprašanja o tem, koliko skladb lahko shranite na pomnilniški ključek ali kateri formati digitalnih predstavnostnih datotek so združljivi z vašim avtoradiem, obiščite lokalnega prodajalca mobilnih dodatkov. Morali bi znati odgovoriti na vsa vaša vprašanja.