Was Sie bald kennen und können

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1 WAVE, MP3 und Co. 2

2 Musikdateien werden Ihnen im Lauf der Zeit in den unterschiedlichsten Dateiformaten begegnen. Die bekanntesten Vertreter sind Audiodateien (Endung.wav) und MP3-Dateien (.mp3). Zudem gibt es eine Vielzahl unterschiedlicher Audioformate, die von diversen Musikprogrammen generiert werden. All diesen Programmen ist jedoch gemein, dass sie in den meisten Fällen Audio- und MP3-Dateien verstehen bzw. importieren können, so dass wir uns im vorliegenden Kapitel auf diese zwei Hauptverantwortlichen beschränken werden. Was Sie bald kennen und können 7: Audio-Dateien (WAV) 8: MP3 das Kompressionswunder 9: Weitere Komprimierungsverfahren Kapitel 2: WAVE, MP3 und Co. 45

3 7: Audio-Dateien (WAV) Was ist Audio? Die Antwort ist einfach! Audio ist alles, was Sie tagtäglich hören. So kann Audio beispielsweise ein Geräusch, Sprache und natürlich Musik in jedweder Form sein. Audio können Sie unter Zuhilfenahme von Audio-Hardware (Soundkarte, Mikrofon etc.) in den Computer aufnehmen. Die Audio-Aufnahme wird anschließend in Form einer Audiodatei auf Ihrer Festplatte abgelegt. Ihr Computer ist in diesem Szenario nichts anderes als eine Art Tonband, mit dem Unterschied, dass Audio-Dateien nicht auf einem Magnetband, sondern auf der Festplatte Ihres PCs gespeichert werden. Indem Sie eine beliebige Audio-Quelle (Mikrofon, elektrische Gitarre, Klavier usw.) an den Audio-Eingang der Soundkarte Ihres Rechners anschließen und den Klang einspielen, digitalisiert der Rechner die Audioinformationen. Das heißt, dass die analogen Audiodaten in digitale Informationen (Nullen und Einsen) umgewandelt werden. Erst durch Umwandlung dieser Informationen in digitale Informationen ist Ihr Computer mit einer eventuell vorhandenen Audio-Software in der Lage die Audiodaten weiterzuverarbeiten. Das Wave-Format (Audio) Audio-Dateien legt das Betriebssystem Windows in Form von Wave- Dateien (Dateien mit der Endung.wav) auf Ihrem Rechner ab. Wave- Dateien beschreiben die Wellenform eines akustischen Signals mit Hilfe von Zahlen (mit den Ziffern 0 und 1). Möchten Sie nun ein Musikstück auf Ihre Festplatte aufnehmen oder selbst einen Song einspielen, so wird das analoge Eingangssignal in gleichmäßigen Abständen abgetastet. Den dabei ermittelten Wert bezeichnet man als Sample-Wert. Bei CD- Qualität beträgt die Abtastrate (Samplerate) Hz; das heißt, das Signal wird pro Minute mal abgetastet. Prinzipiell kann man sagen, je höher die Abtastrate, desto besser die anschließende digitale Audioqualität. 46 Audio, MP3 & Co. mit Windows XP einfach klipp & klar

4 Tipp: Wie errechnet sich die Samplerate? Die Festlegung der Samplerate auf Hz ergibt sich aus dem Shannon schen Abtasttheorem, das besagt, dass die Samplerate mindestens doppelt so hoch sein muss wie die höchste im Signal enthaltene Frequenz, die noch zu hören sein soll. Da der Mensch Frequenzen bis zu Hz wahrnehmen kann, ergibt sich für die erforderliche Samplerate ein Wert von 40000, der sicherheitshalber noch etwas erhöht wird. Möchten Sie lediglich Sprache aufnehmen, wobei es Ihnen nicht um optimale Klangqualität, sondern nur um den Inhalt des Gesprochenen geht, genügt auch eine niedrigere Samplerate. Speicherbedarf einer Wave-Datei Der Speicherbedarf einer Audio-Datei im Wave-Format ist immens. Wenn Sie beispielsweise eine Minute Musik mit einer Samplerate von Hz und in Stereo aufnehmen, dann errechnet sich die Größe der Wave-Datei wie folgt: 60 Sekunden Bytes 2 Kanäle = Bytes (zuzüglich einiger Bytes für den Header-Abschnitt). Das sind etwa 10 MB. Hier nun kommt der Begriff der Komprimierung ins Spiel. Wie schön wäre es, wenn man eine Audio-Datei um ein Vielfaches komprimieren, also kleiner machen könnte natürlich bei gleich bleibender Qualität. Sie würde trotzdem noch toll klingen, aber lange nicht so viel Platz auf der Festplatte benötigen. Es gibt ganz verschiedene Komprimierungsalgorithmen, um Wave-Dateien zu verkleinern. Leider bringt jedoch eine effektive und wirksame Komprimierung auch immer eine Beeinträchtigung der Klangqualität mit sich. Beste Lösung im Moment ist das MPEG (oder MP3)-Format. Damit wird der Speicherbedarf auf bis ein Zehntel des ursprünglichen Bedarfs reduziert, und das bei einer minimalen Beeinträchtigung der Klangqualität. Aber wirklich handlich klein sind die so gewonnenen MPEG-Dateien dann meistens immer noch nicht (Ein normaler Pop-Song hat aber immer noch 4 bis 5 Mbyte.). Kapitel 2: WAVE, MP3 und Co. 47

5 8: MP3 das Kompressionswunder Die Komprimierung von Audiodaten ist eigentlich ein alter Hut. Bereits seit über 20 Jahren wird an Kompressionsalgorithmen für Audiosignale gearbeitet. Der Idee lag schon damals der Wunsch zu Grunde, Musik über die Telefonleitung zu übertragen. Daran hat sich bis heute nichts geändert die Online-Übertragung ist immer noch einer der Gründe für Audiokompression. Wie Sie bereits im letzten Kurs gesehen haben, ist dies mit WAV- Dateien dank ihrer Größe nur schwer möglich (pro Minute etwa 10 MByte). Erinnern wir uns noch einmal: Bei einer Audio-Datei tastet der Rechner das einkommende Signal Mal pro Sekunde ab, was bei jeder Messung einen 16-Bit-Wert ergibt und das Ganze mal zwei Kanäle (Stereo). Hieraus ergibt sich eine Bitrate von 1,4 MBit/Sekunde für ein Stereo-Audiosignal. Bei MP3 genügt eine Datenrate von 128 KBit/s zur Übertragung von Musik in annähernder CD-Qualität. Auch die Speicherkapazität ist nicht zu vernachlässigen: Auf einer Audio-CD kommen rund 10 MByte auf eine Minute Musik, MP3-Dateien in guter Qualität geben sich mit zirka einem Zehntel dessen zufrieden. Sprich: Mit MP3 lassen sich rund 10 Stunden Musik auf einer CD unterbringen. Um eine so hohe Kompressionsrate ohne signifikante Qualitätsverluste zu erreichen, ist eine komplexe Bearbeitung des Audiosignals erforderlich. MPEG Layer 1 bis 3 MP3 meint genau genommen MPEG-Layer-3. Vor MP3 gab es bereits MPEG-Layer-1 und MPEG-Layer-2, die jedoch nicht die Qualität von MPEG-Layer-3 erreichten. 48 Audio, MP3 & Co. mit Windows XP einfach klipp & klar

6 Tipp: Was ist ein Codec? Kurzwort für COmprimierer DEComprimierer. Codecs sind kleine Programme, die Audio-Daten konvertieren oder komprimieren. Eine Audio-Datei kann so zum Beispiel mit einem MP3-Codec stark komprimiert werden, um Festplattenspeicher zu sparen, ohne jedoch große Qualitätsverluste erleiden zu müssen. Alle drei Codecs sind abwärtskompatibel, sprich ein Layer-3-Decoder spielt auch Dateien ab, die nach Layer 1 oder 2 kodiert sind. Der Tabelle des Fraunhofer Instituts (die Erfinder von MP3) können Sie entnehmen, welche Kompressionsraten MP3 bei welchen Bitraten erreicht. Das Fraunhofer Institut für Integrierte Schaltungen spricht bereits bei einer Datenrate von 112 bis 128 KBit/s von CD-Qualität. Besser wäre es, bei solch einer Kompressionsrate von annähernder CD-Qualität zu sprechen. Erst bei einer Datenrate von 192 KBit/s hat man den Eindruck wirklicher CD-Qualität. Tipp: Asymmetrische Kodierung Für alle drei Layer gilt, dass die Codierung stark asymmetrisch ist. Dies bedeutet einen deutlich höheren Aufwand beim MP3-Encoder als beim MP3-Decoder. Da alle, während des Kodierens errechneten Werte in der MP3-Datei abgespeichert werden, beschränkt sich die Arbeit des Decoders auf die Interpretation dieser Werte. Gemeinsam ist allen drei Layern die Unterstützung folgender Sampleraten: 32, 44,1 oder 48 khz. Kapitel 2: WAVE, MP3 und Co. 49

7 Klangqualität Modus Bitrate Kompression Telefon Mono 8 KBit/s 6:1 Besser als KW-Radio Besser als MW-Radio Ähnlich UKW-Radio Mono 16 KBit/s 48:1 Mono 32 KBit/s 24:1 Stereo 56 bis 64 KBit/s 26 bis 24:1 Annähernd CD Stereo 96 KBit/s 16:1 CD-Qualität Stereo 112 bis 128 KBit/s 14 bis 12:1 Die Qualitätsstufen von MP3 im Überblick Der ID3-Tag Den ID3-Tag einer MP3-Datei kann man in etwa mit einem Inhaltsverzeichnis vergleichen. Hier stehen Informationen zu Titel, Interpret, Album, Jahr, Genre und mehr zur Verfügung. Das sind jene Informationen, die auf dem Display eines MP3-Players erscheinen, wenn Sie den entsprechenden Song abspielen. Damit ein Soft- oder Hardware-MP3- Player ID3-Tags anzeigen kann, muss er allerdings in der Lage sein, diese auch zu analysieren. Ist dies der Fall, so werden die Informationen auf dem Display angezeigt. Bei einigen MP3-Playern kann sogar selbst konfiguriert werden, was auf dem Display angezeigt werden soll. Der ID3-Tag ist 128 Byte groß und steht am Ende einer MP3-Datei. Ein ID3-Tag kann mit fast jedem bekannten Software-MP3-Player auf dem PC editiert werden. Des Weiteren findet man im Internet massenweise Programme, die ein Editieren des ID3-Tags ermöglichen. 50 Audio, MP3 & Co. mit Windows XP einfach klipp & klar

8 9: Weitere Komprimierungsverfahren Der Trend ist klar erkennbar: Zukünftige Komprimierungsverfahren werden Audio-Stücke ohne hörbaren Klangverlust auf deutlich weniger Platz verpacken. Dies ist beispielsweise Voraussetzung für die Übertragung von Musiktiteln auf die neuen Multimedia-Handys. Gleichzeitig sollen die Formate dem bislang eher zahnlosen Kopierschutz auf die Sprünge helfen und Verstöße gegen das Urheberrecht unterbinden. Das Fraunhofer Institut, Erfinder des MP3-Formats, hat den Nachfolgestandard MP3Plus entwickelt. Die Dateien kommen mit einem Datenstrom von 96 KBit/s oder weniger aus, und das bei CD-Qualität. Das alte MP3-Format benötigte dafür immerhin mindestens 128 KBit/s. Ogg Vorbis Im Gegensatz zu MP3 ist Ogg Vorbis nicht proprietär, sondern Open- Source. Hersteller von Musikgeräten und Software müssen somit für das neue Format keine Lizenzgebühren bezahlen. Das neue Audioformat braucht nur halb so viel Speicherplatz wie MP3. Außerdem sollen laut Xiph.Org Foundation mit Ogg Vorbis komprimierte Musikstücke deutlich besser klingen. Gegenüber MP3 bietet Ogg Vorbis den Vorzug, keinem Patent zu unterliegen, wie dieses im Falle von MP3 dem Fraunhofer Institut gehört. Ogg Vorbis ist ein freies Format und kann daher genutzt werden, ohne irgendwelche rechtlichen Unsicherheiten im Bezug auf mögliche Lizenzforderungen von Patenthaltern. Triple-s Die Größe von Musikfiles als Hemmnis für den Online-Handel mit Musik könnte dank einer revolutionären Entwicklung bald überwunden sein. In einer österreichischen Forschungseinrichtung wurde ein Musikformat entwickelt, welches sich nach Ansicht der damit befassten Experten in Zukunft zum Standard im Online-Musikhandel entwickeln wird. Mit der Technologie (Arbeitstitel sss super small sound) lassen Kapitel 2: WAVE, MP3 und Co. 51

9 sich Soundfiles auf eine Größe von einem Bruchteil der derzeit populären MP3-Files bringen. Für die Musikindustrie eröffnet eine derartige Technologie ungeahnte Möglichkeiten. Der Handel mit digitalen Daten wird zweifelsohne früher oder später ohne physische Datenträger auskommen. Mit der derzeitigen Größe von Sounddateien ist es bis zur Umsetzung dieser Vision jedoch noch ein weiter Weg. Vor allem für die kabellose Übertragung von Musikstücken war die Entwicklung der Triple-s-Technologie ein entscheidender Meilenstein. 52 Audio, MP3 & Co. mit Windows XP einfach klipp & klar

10 Kapitel 2: WAVE, MP3 und Co. 53

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