Fachbereich Medieninformatik Hochschule Harz Ogg Vorbis Referat Kathleen Pabst 9488 Abgabe: 15.01.2007
Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung...1 2 Begriffserklärungen...2 3 Ogg Vorbis...4 3.1 Geschichte...4 3.2 Arbeitsweise...4 3.3 Vorteile Nachteile Verbreitung...5 4 Fazit...5 Abbildungsverzeichnis...6 Quellenverzeichnis...6
1. Einleitung Musik bekommt in unserem Leben einen immer größeren Stellenwert. Das Anhören der Lieblingsstücke beschränkt sich nun nicht mehr auf die eigenen vier Wände, sondern kann überall und jeder Zeit erfolgen. Mithilfe sogenannter MP3 - Player oder Walkman - Handys ist es kein Problem mehr, seine Lieblingsmusik stets bei sich zu haben. Damit auch auf kleine Speichermedien so viel Musik wie möglich passt, werden die Daten komprimiert. Mittlerweile gibt es unzählige Möglichkeiten Musikstücke zu komprimieren. Dabei kann zwischen verlustfreien und verlustbehafteten Verfahren gewählt werden. Ein bekannter Codec zur verlustfreien Kompression ist der Free Lossless Audio Codec, kurz FLAC genannt. Der Nachteil dieser Kompression ist die Dateigröße, es werden nur Kompressionsraten von 50-75 % erreicht. Diese Dateien würden, z.b. auf Speicherkarten in Handys, zuviel Platz in Anspruch nehmen. Deshalb ist es sinnvoll, solche Dateien mit einem verlustbehafteten Kompressionsverfahren zu behandeln. Ausserdem können sowohl Handys als auch MP3 Player nur bestimmte komprimierte Dateiformate abspielen. Bei den verlustbehafteten Verfahren steht der MP3 - Codec an erster Stelle. Doch wie lange noch? Gibt es vielleicht schon einen Audiocodec, der MP3 das Wasser reichen kann? Oder vielleicht sogar besser ist? Ich möchte in meiner Arbeit das verlustbehaftete Kompressionsverfahren Ogg Vorbis vorstellen und auf den nächsten Seiten untersuchen, ob es vielleicht das Format der Zukunft ist und das Potenzial hat, MP3 irgendwann vom Thron zu stoßen. Seite: 1
2. Begriffserklärungen Audiocodec Audio-Codecs sind software- oder hardwaremäßige Funktionseinheiten in denen das entsprechende Audiokompressionsverfahren umgesetzt wird. Sie dienen sendeseitig der Codierung mit der Kompression, empfangsseitig der Decodierung und Dekompression. In den Audio-Codecs wird der angewandte Kompressionsalgorithmus umgesetzt. [...] (http://www.itwissen.info) Audiocodecs werden unterschieden in lizenzfreie und lizenzpfl ichtige. Sie fi nden Anwendung im Musik- und Multimediabereich, aber auch bei der Internettelefonie. Audiodaten können mit verschiedenen Bitraten codiert werden. Je niedriger die Bitrate, umso kleiner ist die Datenmenge nach der Codierung. Allerdings leidet die Qualität darunter. [1] Die gängige Kompressionsrate bei MP3 liegt bei 128 kbps. Dabei bleiben die Datenmengen recht klein und der Qualitätsverlust hält sich in Grenzen, ist also für das menschliche Ohr kaum, bzw. garnicht wahrnehmbar. [2] Audiokompression Die Audiokompression dient der Reduzierung der Datenmenge bei Audiodaten. Es werden 2 Arten der Kompression unterschieden. Die verlustfreie Audiokompression, auch Datenkomprimierung genannt, und die verlustbehaftete Audiokompression, auch Datenreduktion genannt. Bei der Datenkomprimierung werden die Daten mit der Huffmann - Codierung oder dem bekannten LZW - Verfahren komprimiert und sind bei anschließender Dekompression eine 100%ige Kopie des Originals. Darauf soll aber an dieser Stelle nicht näher eingegangen werden. Im Gegensatz dazu, ist die Datenreduktion immer mit einem Datenverlust verbunden. Die Qualität der Kopie kommt also nie an die des Originals heran, dafür sind die Datenmengen geringer, je nach Bitrate der Komprimierung. Um eine Audiodatei zu komprimieren, bedient man sich psychoakustischer Modelle des menschlichen Ohres. Zuerst wird das Frequenzspektrum der Datei bestimmt. Dies geschieht über die sogenannte Fourier Transformation (FTT) oder die Diskrete Kosinus Transformation (DCT). Anschließend wird dieses Frequenzspektrum in viele Intervalle unterteilt, die nicht unbedingt gleich groß sein müssen. Die Zeitleiste wird ebenfalls in Intervalle unterteilt, jedoch in gleich große. Das Audiosignal wird also portioniert. Es gibt verschiedene Reduktionstechniken, die aber nicht immer alle auf ein Audioformat angewendet werden müssen. Seite: 2
Einige Beispiele für Reduktionstechniken sind: Die Hörschwellenmaskierung Dabei werden die Signale aus dem Frequenzspektrum entfernt, welche sowieso nicht hörbar sind, also unter der Hörschwelle liegen. Abb. 1: Hörschwelle des menschlichen Gehörs Die Frequenzmaskierung Es werden die Signale entfernt, die von anderen Signalen übertönt werden. Abb. 2: Frequenzmaskierung Die Zeitmaskierung Dasselbe Vorgehen wie bei der Frequenzmaskierung, ausser dass dabei noch die zeitliche Abfolge berücksichtigt wird. Abb. 3: Zeitmaskierung Seite: 3
Natürlich gibt es noch andere Reduktionsverfahren, wie die Stereoredundanz und die Koeffi zientenquantisierung, doch diese sollen hier nur am Rande erwähnt sein. [3] Max 3. Ogg Vorbis Bei dem freien Audiocodec Vorbis der Firma Xiph.org handelt es sich um einen relativ neuen, verlustbehafteten Codec zur Audiokomprimierung. Die Vorbis - Daten werden in sogenannten Ogg - Containern eingebettet, welche ebenfalls von der Firma Xiph.Org entwickelt wurden, bzw. werden. Diese Container können Audio-, Video- und Metadaten beinhalten. Das Zusammenspiel von Container und Codec ergibt den Namen Ogg Vorbis. [4] 3.1 Geschichte Min quer 1998 wurde das Verteilen und Verkaufen von MP3 - Audiocodec - Software lizenzgebührenpfl ichtig. Daraufhin begann Christoph Montgomery von der Firma Xiph.Org Foundation mit der Entwicklung eines freien Audiocodecs, welcher den Namen Vorbis tragen sollte. Bei der Namensgebung stand eine Figur aus Terry Pratchetts Scheibenweltromanen, der Exquisitor Vorbis Pate. Die Version 1.0 ging 2002 an den Start. Ab dem Jahr 2003 begannen verschiedene Hardwarehersteller, z.b. iriver und Real Networks, ihre Geräte mit Vorbis - Support auszustatten. [5] 3.2 Arbeitsweise Bei der Ogg Vorbis - Komprimierung wird anstelle vorgegebener Bitraten mit Qualitätsstufen gearbeitet, ähnlich wie es z.b. bei der Bildkomprimierung mit JPG der Fall ist. Es stehen 10 verschiedene Qualitätsstufen zur Verfügung, wobei Stufe 4 in etwa einer Kompressionsrate von 128 kbps entspricht. Dieses Verfahren nennt man ein VBR - System, das heißt, die Bitraten sind nicht vorhersehbar, sondern variabel. [6] Min hochkant Seite: 4
Qualitätststufen Bitrate 10 460 500 kbps 9 300 340 kbps 8 240 280 kbps 7 205 245 kbps 6 170 210 kbps 5 145 185 kbps 4 110 150 kbps 3 90 130 kbps 2 80 100 kbps 1 65 85 kbps Abb. 4: VBR-System der Ogg Vorbis Komprimierung Wird eine Audiodatei mit Ogg Vorbis codiert, ist bereits bei Qualitätsstufe 3, das entspricht ungefähr einer Bitrate von 112 kbps, die Qualität besser, als die einer MP3 mit einer Bitrate von 128 kbps. Die codierte Audiodatei ist zudem auch noch ca. 10% kleiner als besagte MP3. Das wird, wie oben schon erwähnt, durch den Einsatz variabler Bitraten erreicht. Der Encoder verwendet nur so viele oder so wenige Bits, wie notwendig, um die gewünschte Qualitätsstufe zu erreichen. 3.3 Vorteile Nachteile Verbreitung Das Ogg Vorbis - Format ist ein patentfreies Format, was ihm einen großen Vorteil vor anderen Formaten verschafft. Es arbeitet plattformunabhängig, ist sowohl auf Windows-, Macintosh- und Linuxrechnern zu verwenden. Gerätehersteller können das Format völlig lizenzfrei unterstützen. Auch zur Klanggestaltung in Spielen oder anderer Software kann es benutzt werden, ohne dass Software - Programmierer Tantiemen bezahlen müssen. Ausserdem ist es ein Open Source Produkt, das heißt, jeder hat die Möglichkeit den Source Code zu ändern und so das Format weiter zu verbessern. Desweiteren bietet Ogg Vorbis seinen Nutzern einen fl exiblen Tagging - Standard. Er ist ähnlich dem ID3 - Tag bei MP3s, jedoch vollständig vom Nutzer an seine Datei anpassbar, benutzerdefi nierte Tags sind möglich. Aus einer bereits codierten Datei, kann wiederum eine Datei mit niedrigerer Bitrate erzeugt werden. Bisher war das nur über das Original möglich. Diese neue Datei hat dieselbe Qualität wie nach der Encodierung aus der Originaldatei. Das Verfahren trägt den Namen Bitrate - Peeling und befi ndet sich noch in der Entwicklung. Ogg Vorbis Dateien unterstützen Min hochkant bis 255 Audiokanäle, es können also auch gängige DVD - Audio - Kanäle codiert werden. [7] Zum Streaming über das Internet ist es ebenfalls gut geeignet. Da Ogg Vorbis ein recht junges Audioformat ist, lässt dementsprechend die Unterstützung im Hardwarebereich im Moment noch etwas zu wünschen übrig. Viele MP3 - Player können Ogg Vorbis - Dateien nicht abspielen, im Lauf der Zeit wird sich das aber sicher ändern. In einigen Softwareplayern, wie z.b. Winamp, ist Ogg Vorbis schon integriert, ebenfalls werden Ogg Vorbis - codierte Dateien beim Podcasten im Internet bereits erfolgreich eingesetzt. [8] 4. Fazit Im Moment ist der Ogg Vorbis - Codec noch nicht allzu weit verbreitet, ich denke aber dass er eine echte Chance hat, sich gegen MP3 zu behaupten. Ein neues Audioformat populär zu machen, ist nie einfach, schließlich muss es sich mit alteingesessenen Verfahren messen. Wenn in Zukunft der Hardware - Support für dieses Format jedoch zunimmt, was ich stark hoffe, steigen auch die Chancen, dass es populärer wird. Am attraktivsten macht es sicherlich die Tatsache, dass es lizenzfrei zu benutzen ist. Und selbst wenn es sich nicht gegen MP3 durchsetzen kann, so ist es doch ein willkommener Außenseiter im Bereich der Audiokomprimierung. Seite: 5
Abbildungsverzeichnis Abb. 1-3 Abb. 4 Audiokompression (Datenreduktion), http://www.leidinger.net/publications/audiokompression/, AudioHQ -> Ogg Vorbis, http://www.audiohq.de/index.php?showtopic=49, Quellenverzeichnis 1) Audio-Codec :: Defi nition :: IT-Lexikon, http://www.itwissen.info/defi nition/lexikon///ac audio%20codec_audio-codec.html, 2) Simon Wagner - Ogg-Vorbis-Einführung, http://simon.wwwagner.org/open-sources/for-artists/ogg-intro.html, 3) Audiokompression (Datenreduktion), http://www.leidinger.net/publications/audiokompression/, 4) Vorbis.com: FAQ, http://www.vorbis.com/faq/, 5) Vorbis - Wikipedia, http://de.wikipedia.org/wiki/vorbis 6) Audiocodecs und Kompressionseinstellungen - MPeX.net MP3/Audio Infocenter - [MPeX.net], http://www.mpex.net/info/presets.html#1.4, 7) Simon Wagner - Ogg-Vorbis-Einführung, http://simon.wwwagner.org/open-sources/for-artists/ogg-intro.html, 8) Vorbis.com: FAQ, http://www.vorbis.com/faq/ Seite: 6