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1 Audio Kompression: MPEG Karlheinz Brandenburg Audio Kompression: MPEG MPEG 2: (1994) Erlangen Ziel: Digitales Fernsehen, viele Bitraten z.b. DVD, Videokonferenzen Bernhard Grill Moving Pictures Experts Group MPEG 2 Audio: ISO/IEC Zusätzlich: 5 Kanal (Dolby Suround) Kleinere Bitraten / Abtastfrequenzen Harald Popp Offizieller Name ISO/IEC JTC1/SC29/ WG11 AAC = MPEG 2 Advanced Audio Coding Verbesserte Codecs Moving Pictures Experts Group Offizieller Name ISO/IEC JTC1/SC29/ WG11 Audio Kompression: MPEG MPEG 1: ISO/IEC IS ( ) Ziel: Digitales Video auf CD 1,5 Mbit/s MPEG 1 Audio: ISO/IEC IS Schichten wachsender Komplexität MPEG 1 Layer 3 = MP3 Komprimierung: MP3 MPEG Layer 3 Komressions Rate für CD Qualität 1:4 Layer 1 (384 kbps for a stereo signal) 1:6...1:8 Layer 2 ( kbps for a stereo signal) 1:10...1:12 Layer 3 ( kbps for a stereo signal) sound quality bandwidth mode bitrate reduction ratio telephone sound 2.5 khz mono 8 kbps * 96:1 better than shortwave 4.5 khz mono 16 kbps 48:1 better than AM radio 7.5 khz mono 32 kbps 24:1 similar to FM radio 11 khz stereo kbps :1 near CD 15 khz stereo 96 kbps 16:1 CD >15 khz stereo kbps :1

2 Original Spektrogramm aus der Pastorale Differenz Signal ohne relevante Komponenten: unhörbar Verdeckte Komponenten Audio Software ST X Akustisch relevante Anteile Hörbarer Anteil Psychoakustik: Critical Band = Frequenzbereiche gleicher Laut(stärke)empfindung 24 Kritische Bänder im Bereich 0 15 khz

3 Vor und Nachmaskierung Rückwärtsmaskierung: Lauter Impuls überholt leises Rauschhen Vorwärtsmaskierung: Lauter Impuls hebt die Hörschwelle an 20 ms 200 ms Verdeckung durch kurzes lautes Signal MPEG 1 Audio Sub Band Coding SBC (tonal) (Rauschsignal) QMF Quadrature Mirror Filter VLC variable length coding Rauschsignale werden durch lautere tonale Signale verdeckt. Konsequenz: Quantisierungsrauschen wird verdeckt.

4 MPEG 1/2 Audio Layer 3 MPEG 1/2 Audio Layer 3 Zerlegung in 32 Frequenzbänder Jedes Band 18 mal zerlegen Zerlegung in 32 Frequenzbänder Jedes Band 18 mal zerlegen Entropie Codierung Verdeckte Komponenten ermitteln Aufbau Frames MPEG 1/2 Audio Layer 3 Zerlegung in 32 Frequenzbänder Jedes Band 18 mal zerlegen Störsignal minimieren Verdeckte Komponenten ermitteln Innere Schleife: Optimale Codierung finden (Bitrate) Mehrere Hufman Tabellen, Verstärkungsfaktoren Starkes Signal = grobe Kodierung, schwaches Signal = feine Codierung

5 Mp3 Bitstream Jeder Frame kann für sich dekodiert werden Psychoakustik in MPEG Header: Copyright 2bits Syncword: 12bits Layercode: 2bits (I,II,II) Bitrate: 4bits (s. Tabelle) Sampling F.: 2bits (48,44.1,32 khz) Mode: 2bit (stereo, mono, 2 sprachig, joint stereo) Padding 1bit Jeder Frame kann andere Samplingrate und Modus besitzen (III) Joint Stereo: MS Stereo: Mittensignal, Seitensignal Intensity Stereo nur hörbare Differenzen Modell I: FFT (512/1024) Werte und Bandfilter berechnen Schalldruck in jedem Band Stille Regionen berechnen Tonale und nichttonale verdeckende Komponenten aus FFT Verdeckte Komponenten entfernen Modell II: FFT in wie in Modell I, jedoch für kurze (192) und lange Blöcke (576) Spreading function auf benach barte Critical Bands anwenden MPEG 1 Layers / Bitraten Bitrate (khz) Index Layer I Layer II Layer III 0000 frei frei frei MPEG Audio Übersicht MPEG 1 Iso/IEC (1993) mono/stereo/2 channel/joint Abstastraten 48, 44.1, 32 KHz MPEG 2 Iso/IEC (1995) Iso/IEC (1997) mono/stereo/multichannel viele Abstastraten, Daten ströme < 64 kbit/sec, AAC Ziel: Video & Audio CD Kommunikation Layer I Layer II Layer III

6 MPEG 4 Audio MPEG 4 Synthesized Audio TTSI Text to Speech Interface Text mit Ausspracheinformationen Score driven Synthesis SAOL Structured Audio Orchestra Language Instrumente definieren als Sammlung einfacher Signalprozessoren Noten für diese Instrument (abstraktes MIDI) Wavetables mit Effektfiltern MPEG 7 Multimedia Content Description Interface MPEG 4 Natural Audio Vorlesung Medientechnik WS 1999/2000 Dr. Manfred Jackel Studiengang Computervisualistik Institut für Informatik Universität Koblenz Landau Rheinau Koblenz Manfred Jackel E Mail: koblenz.de WWW: koblenz.de/~jkl Literatur zu diesem Kapitel Brandenburg, Karlheinz: MP3 and AAC explained Hyperlinks zu diesem Kapitel Grafik Quellen Harmonic Vector excitation Coding Code Excited Linear Predictive MPEG 2 AAC

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