von Paul Arnote
Audio Dateiformate
Bei unseren Vergleichen von Dateiformaten werden wir dieses Monat unser Augenmerk auf häufig verwendete Audio-Datei-Formate werfen. Hoffentlich hilft Ihnen diese kurze Übersicht über die verschiedenen Audio-Dateiformate um das Beste Audio-Datei-Format für Ihren Verwendungszweck heraus zu finden.
Nun können wie bei den Grafik-Datei Formaten (siehe die Ausgabe Juli 2009 des Magazins), Audio-Formate entweder verlustbehaftete oder verlustfreie Datenkomprimierung beinhalten. Bei verlustfreier Datenkompression erreicht man die exakten ursprünglichen Daten aus den komprimierten Daten, ohne jeglichen Qualitätsverlust der Klang-Qualität. Wo hingegen bei der verlustbehafteten Datenkomprimierung eine ungefähre Ausgabe der ursprünglichen Daten erfolgt, was zu Lasten der ursprünglichen Klangqualität geht, sich aber in einer besseren Komprimierungsrate auswirkt.
Die Abtastrate bezeichnet, wie häufig ein Signal pro Sekunde erfasst wird. Es wird häufig in Hz oder Hertz angegeben, wobei damit die Anzahl der Abtastungen pro Sekunde ausgedrückt wird. Ein Hertz entspricht so, einem Zyklus pro Sekunde. Also macht eine Audio-Datei mit einer Abtast-Rate von 22,5 kHz 22,500 Signale pro Sekunde. Eine Audio-Datei mit einer Abtast-Rate von 44,1 kHz macht 44,100 Signale pro Sekunde. Die Wiedergabe von DVD-Audio wird häufig mit einer Abtast-Rate von 48 kHz oder 48.000 Signalen pro Sekunden umgesetzt.
Die Signal-Auflösung bezieht sich darauf, wie viele Datenbits pro Signal entnommen werden. Obwohl bei solchen Beispielen Tiefen von 2, 4 und 8 Bit möglich sind, wird die 16-Bit-Signalgröße am häufigsten für eine genaue Klangwiedergabe, und meist auch zum Speichern von Sound-Dateien in Stereoqualität verwendet.
Einen anderen Begriff, den wir verstehen müssen ist Pulscodemodulation, auch als PCM bezeichnet. PCM ist eine digitale Darstellung eines analogen Signals, das regelmäßig auf einheitlichen Ebenen abgetastete wird, dann auf einen binären Code quantisiert (umgewandelt) wird, der das ursprüngliche Signal darstellt. PCM ist der Standard für digitales Audio in der Computer Welt, der auch häufig in digitalen Telefonnetzen und bei elektronischen musikalischen Keyboards Verwendung findet. Er umgibt uns überall und bildet die Grundlage für Audio-CDs (Red Book), und auch für den Sound, den wir alle hören wenn wir eine DVD in unserem DVD-Spieler abspielen.
Nachdem wir dies behandelt haben, lassen Sie uns einen Blick auf einige der geläufigen Audio-Dateiformate werfen.
AIFF (Audio Interchange File Format)
Dieses Audiodateiformat wurde 1988 von Apple Computers mitentwickelt, und basiert auf dem Electronic Art's IFF (Interchange File Format), welches häufig auf Amiga Computern verwendet wird. Am häufigsten wird das Format AIFF auf Apple Macintosh-Computern verwendet. Es kann normalerweise an der Dateinamenerweiterung .aiff oder .aif erkannt werden.
Normalerweise, ist das AIFF-Format nicht komprimiert. Daher gilt es als solches als verlustfreies Audio-Datei-Format. Es wird häufig von Audio in Professioneller Ebene und Video-Anwendungen verwendet. Da es nicht komprimiert ist, ist es möglich, mehrere Audio Dateien vom Datenträger für die Anwendung wiederzugeben.
Da es nicht komprimiert ist, braucht man viel Platz um eine AIFF-Datei speichern. Eine Audioaufnahme von einer Minute Dauer verbraucht beim Speichern ca. 10 MB Speicherplatz auf der Festplatte, dies bei einer Abtastrate von 44,1 kHz sowie einer Signal-Größe von 16 Bit. Ungeachtet des enormen Umfangs an Speicherplatz zum Speichern im AIFF-Format, können Sie eine genaue und klanggetreue Wiedergabe erwarten.
WAV (Waveform Audio Format)
WAV, auch bekannt als "Audio für Windows", ist ein Format zum Speichern von Bit-Stream-Audio auf PCs und wurde von Microsoft und IBM entwickelt. Offiziell freigegeben im Jahr 1992, ist es dem AIFF Format (oben), das von Apple Computers mitentwickelt wurde sehr ähnlich. Es ist das wichtigste Format, das zum Speichern von Audio auf Microsoft Windows® Systemen verwendet wird. Es wird normalerweise an der Datei-Erweiterung .wav erkannt.
Wie das AIFF-Format ist die WAV-Datei meist unkomprimiert. Dies bietet ein verlustfreies Audio-Dateiformat. WAV-Dateien sind neben Windows kompatibel mit Linux und Macintosh Betriebssystemen. Dank der fehlenden Komprimierung werden WAV-Dateien häufig von professionellen Benutzern oder Audio Experten verwendet, um so die maximale Audio-Qualität zu erhalten.
Das WAV-Dateiformat hat einiges seiner Popularität, wegen seiner herkömmlich unkomprimierte Art und der damit verbundenen großen Dateigröße verloren. Dies wirkt sich negativ auf die Wahl zur Bereitstellung oder Übertragung im Internet aus. Genau wie bei AIFF-Dateien, verbrauchen WAV-Dateien viel Platz. Eine Minute Audio, aufgenommen in 44,1 kHz mit einer 16-Bit-Signal-Größe beanspruchen ungefähr 10 MB an Speicherplatz.
Jedoch ist die Popularität, für die WAV-Datei weiterhin eine gute Wahl für die ersten Tonaufnahmen, da sie wiederholt ohne Qualitätsverlust bearbeitet werden können. Das Format ist auch wegen der relativ einfachen Datei-Struktur beliebt, und weil es einer großen Anzahl der Computerbenutzer vertraut ist. In vielen Fällen stellt die WAV-Datei einen "zumindest gemeinsamen Nenner" dar, wenn es um den Austausch von Dateiformaten zwischen verschiedenen Anwendungen oder Betriebssystemen geht.
Eine erhebliche Einschränkung der Standard WAV-Dateien sind ihre Beschränkung auf Dateien nicht größer als 4 GB. Grund ist hierfür die Verwendung einer 32-Bit-Ganzzahl, um die Größe im Dateiheader zu speichern. Obwohl dies zum Speichern von 6.6 Stunden Audio, aufgenommen in 44,1 kHz und einer 16-Bit-Signal-Größe groß genug ist, kann es bisweilen notwendig sein, diesen anhaftenden Grenzwert zu überschreiten. Einige Programme, ändern dies in eine 64-Bit-Ganzzahl, ohne Vorzeichen, um die Datei-Größenbeschränkung zu umgehen, aber es ist noch nicht die Standard Umsetzung des WAV-Dateiformates.
In PCLinuxOS werden die meisten Programme, die eine Wiedergabe von Audio-Dateien unterstützen WAV-Dateien abspielen.
MP3 (Moving Pictures Experts Group [MPEG]-1
Audio Layer 3)
1991 erprobt als ISO/IEC, das MP3-Dateiformat ist wahrscheinlich eines der beliebtesten und das aktuell am meisten verwendeten Audio-Dateiformat. Es ist der de facto Standard für die überwiegende Mehrheit der Konsumenten tragbarer Audio-Spieler geworden. Dabei liegt die allgemeine Anerkennung der MP3-Dateien in Ihrer Komprimierung. Diese Komprimierung kann, bei einer Bitrate von 128 kHz, mit einer 16-Bit-Signal-Größe, im Gegensatz zum WAV-Format die Informationen bei 1/10tel der Größe darstellen. Das bedeutet, dass eine Audiodatei von einer Minute Länge, im MP3-Format (mit 128 kHz Bitrate und mit einer 16-Bit-Signal-Größe) aufgezeichnet, wird nur ungefähr 1 MB Speicherplatz belegen, im Vergleich zu den 10 MB, die die gleiche Audio-Datei, aufgezeichnet im WAV oder AIFF Dateiformat belegt.
Der Kompromiss dabei ist die Klangqualität. Bei MP3-Dateien verwenden Sie einen Algorithmus mit verlustbehafteter Komprimierung, dies wird oft mit dem Dateiformat der JPEG Grafiken verglichen. Es wird durch das verwerfen von Frequenzen erzielt, die schlecht für das menschliche Ohr zu hören sind, und nur die übrigen Frequenzen auf effiziente Weise Aufzeichnen. Mit einer Bit-Rate von 128 kHz und mehr ist es schwierig für viele Menschen diesen Verlust von Qualität zu erkennen. Und, natürlich je höher die Bit-Rate der Signal-Größe der Audio-Datei, desto niedriger die Komprimierung, und umso besser ist die Qualität. Daher wird eine Audio-Datei, die mit einer Einstellung der Bit-Rate von 256 kHz oder mehr aufgezeichnet wird, näher an der Qualität des Originals sein, als wenn bei der gleichen Aufzeichnung, die Einstellung der 128 kHz-Bit-Rate beibehalten wird.
Aufgrund der hervorragenden Komprimierung beim MP3-Dateiformat, ist es für den Austausch und die Bereitstellung von Audio-Dateien das bevorzugte Format im Internet geworden. Die kleinere Dateigröße bedeutet schnelleres herunterladen und schnellere Datenübertragung. Allerdings leiden MP3-Dateien wie bei den JPEG-Grafik-Dateien, unter der so genannten "generationellen Degredation". Dies bedeutet, dass bei MP3-Dateien das Komprimieren und De-Komprimieren Verluste verursacht und dabei die Qualität leidet. Beim öfteren Verwenden werden die Verluste erheblicher und spürbarer.
Das MP3-Dateiformat hat die patentrechtlichen Hürden, jedoch noch nicht genommen. Zahlreiche Patente sich auf die MP3-Datei-Format beziehen, sind eingereicht worden, und laufen irgendwann zwischen 2007 (bereits abgelaufen ist, die ursprüngliche MPEG-1 Audio Layer 3-Spezifikation) und 2017 ab, abhängig davon, welches Patent angewendet wird. Die Fraunhofer Gesellschaft, die häufig als Fraunhofer IIS, bezeichnet wird, hat das MP3-Dateiformat patentiert und ist im Allgemeinen als Besitzer angesehen. Die Lizenzierung für die Verwendung des MP3-Dateiformat der Fraunhofer Gesellschaft wurde alleine im Jahr 2005 auf €100,000,000 berechnet (oder über $ 180,000,000 U.S.). Die Thompson Unterhaltungselektronik besteht auch darauf die Lizenzierungsrechte auf dem MP3-Dateiformat in den USA, Japan, Kanada und den EU-Ländern zu halten. Wenn nur die Patente für die MP3-Dateien von Dezember 1992 gelten, wird das MP3-Dateiformat bis Dezember 2012 frei sein. Beide sind dafür bekannt, die Durchsetzung der MP3-Patente aktiv zu verfolgen.
Die Zwangslage dieser Patente auf dem MP3-Format führten zur Entwicklung der anderen Audio-Dateiformate, in ihrem Bemühen, und der Notwendigkeit, die Verwendung der Patentierten Lizenzierung zu umgehen.
Die meisten Programme, für die Audio-Wiedergabe in PCLinuxOS ermöglichen die Unterstützung für die Wiedergabe von MP3-Dateien.
OGG (Ogg-Vorbis)
Nachdem die Pläne der Fraunhofer Gesellschaft für die Lizenzierungsgebühren für das MP3-Format in einem Brief vom September 1998 bekannt gemacht wurden, wurde um die Lizenzierung zu umgehen, das Ogg Vorbis-Format als open-Source-Projekt geboren. Unter der Leitung der Xiph.org-Stiftung, verwendet das Ogg Vorbis-Format einen verlustbehafteten Komprimierung-Algorithmus, und soll ein open-Source-Ersatz für das proprietäre MP3-Format werden.
Die erste stabile Version (V 1.0) der Software wurde im Juli 2002 veröffentlicht. Die neueste Version ist libvorbis V 1.2.0 , die auch in den Repositorys enthalten ist. Ogg Vorbis Dateien können häufig an ihrer .ogg Dateierweiterung erkannt werden.
Das Ogg Vorbis-Dateiformat ist bei denjenigen beliebt, die freie Software unterstützen. Es ist frei, und nicht durch Patente belastet. Viele seiner Befürworter behaupten, dass es verglichen mit MP3, aufgezeichnet mit der gleichen Bit-Rate und bei der selben Signal-Größe, eine höhere Klangtreue besitze. Das Dateiformat wurde auch in vielen modernen Computerspielen zum Speichern des Spiel-Sounds beliebt.
Hör-Tests haben gezeigt, das Ogg Vorbis-Format übertrifft MP3, WMA, und andere verlustbehaftete Audio-Formate in jeder Hinsicht, vor allem bei der Bit-Rate und der Signal-Größe, bei der selben Aufzeichnung der konkurrierenden Formate.
Ebenfalls, wie die MP3-Dateien, leidet jedoch auch die Ogg Vorbis-Datei unter der generationellen Verschlechterung, wird eine Ogg Vorbis-Datei bearbeiten, und wieder gespeichert, führt dies zu einem Verlust der Klangtreue. Wie auch bei MP3-Dateien, wird dies beim öfteren Verwenden zu einem spürbaren und bedeutenden Verlust der Audio-Qualität führen.
Während es noch nicht so beliebt ist wie das MP3-Format, nimmt seine Popularität weiter zu. Dies ist in erster Linie auf die Tatsache zurückzuführen, dass das Ogg Vorbis-Format kostenlos verwendet werden kann und es mit der Lizenzierung keinen Ärger gibt. Ein Ergebnis davon, es erscheinen immer mehr digitale Audio-Spieler auf dem Markt, die zusätzlich zu den eher traditionellen — und beliebten — in MP3 codierten Dateien auch OGG Vorbis Dateien abspielen können. Zu diesen Geräten, die bekannt sind, Ogg Vorbis Dateien abzuspielen, gehören der SanDisk SansaClip (1.01.29 Firmware und höher), der SanDisk Sansa Fuze Player (1.01.15 Firmware-Update), Geräte die Google Android verwenden, Samsung YP-Serie-Audio-Player, iAudio X 5, die meisten iRiver-Audio-Player, um einige zu nennen. Weitere Audiogeräte werden zu der Liste hinzu gefügt werden, wenn die Popularität des Dateiformates steigt.
Aufgrund seiner open Source Eigenschaft unterstützten viele der Audio-Wiedergabe-Programme in den Repositorys die Wiedergabe von Ogg Vorbis Dateien.
WMA (Windows Media Audio)
Microsoft erstellte im Jahr 1999 das WMA-Format, um das MP3-Lizenzierung-Problem zu umgehen, und um die wahrgenommen Mängel im MP3-Format anzusprechen. Es ist ein proprietäres Format, das eine verlustreiche Komprimierung verwendet, und ein Teil der Windows Media Umgebung ist. Um die Dinge "einfachen" zu halten, das WMA-Format besteht tatsächlich aus vier verschiedenen Codecs: dem ursprünglichen WMA-Format, WMA Professional (unterstützt Mehr-Kanal-Sound und originalgetreue Wiedergabe), WMA Lossless (mit verlustfreier Komprimierung, um die Klangtreue zu verbessern) und WMA-Voice (mit niedrigerer Bit-Abtastrate, um eine größere Komprimierung zu erzielen). Leider sind keine der die letztere drei genannten mit dem ursprünglichen WMA-Format kompatibel. Für diesen Artikel werden wir unsere Diskussion zum ursprünglichen WMA Format beschränken.
WMA-Dateien sind oft "im Container ASF (Advanced Systems Format) eingekapselt". Während die WMA-Dateien selbst nicht "kodiert sind" und um das DRM (Digital Rights Management) zu unterstützen, übernimmt der ASF-Container diese "Funktion".
Vermutlich aufgrund des Windows-Marktanteil auf dem Computer-Markt ist WMA eines der beliebtesten Audiocodecs. Zahlreiche tragbaren Audio Spieler sind vorhanden, die die Wiedergabe von WMA-Dateien ermöglichen. Viele Heim/Set-Top-DVD-Spieler sind auch in der Lage, WMA-Dateien abzuspielen.
In PCLinuxOS gibt es mehrere Programme, die WMA-Dateien abspielen können — nun, zumindest diejenigen, die nicht vom DRM geschützt sind. Zu Ihnen gehören, VLC, MPlayer und XMMS, um nur einige zu nennen.
FLAC (Free Lossless Audio Codec)
FLAC-Dateien unterscheiden sich von MP3, Ogg Vorbis und WMA-Dateien, darin, dass Sie mit verlustfreier Komprimierung arbeiten. Als Folge davon, ist eine vergleichbare FLAC-Datei größer als eines der verlustbehafteten Dateiformate, aber die Klangqualität wird mit der der Quelle identisch sein. In der Tat viele Audiophile "Sichern" häufig Ihre Audio CD-Sammlungen als FLAC-Dateien; dann kann alles mit ihren Audio-CDs geschehen, Sie können sich einfach eine weitere Kopie Brennen — und, die Kopie wird die gleiche Qualität wie die Original-CD haben. Die Komprimierung erreicht bei FLAC-Dateien so um die 30 % bis 50 % der ursprünglichen Größe des CD-Titels.
Eine weitere beliebte Verwendung für FLAC-Dateien ist die Transcodierung zu MP3-Dateien. Da FLAC-Dateien eine verlustfreie Komprimierung verwenden, können die Dateien bearbeitet, gespeichert, erneut bearbeitet, … erneut gespeichert werden und so weiter, so oft Sie wollen, ohne dass ein Qualitätsverlust der Klang-Qualität auftritt. Anschließend, sobald die Datei nach Ihren Wünschen bearbeitet wurde, kann sie dann als MP3-Datei gespeichert werden.
Als freier und open Source-Codec gibt es starke Unterstützung für FLAC-Dateien unter Linux. Und, die gleiche freie und open Source Eigenschaft gewinnt weitere Unterstützung bei tragbaren Audio-Spielern. Dazu gehören SanDisk Sansa Fuze, SanDisk Sansa Clip, Rio Karma und iRiver E100.
Gestartet im Jahr 2000, ist das FLAC-Format nun unter der Flagge der Xiph.org Stiftung, an der Seite von Ogg Vorbis. FLAC-Dateien sind auch DRM frei. In der Tat ermutigt das FLAC-Projekt Entwickler, keine Art von Kopierschutz in Systemen zu integrieren.
Bei PCLinuxOs gibt es mehrere Programme, die die Codierung von FLAC-Dateien unterstützen. Sie umfassen aTunes, Audacity, FFmpeg und VLC. Es gibt auch mehrere Programme, die die Decodierung von FLAC-Dateien unterstützen, einschließlich aTunes, Audacity, FFmpeg, VLC, MPlayer, Songbird, Squeezebox und XBMC Media Center. Verschiedene weitere Programme unterstützen das kopieren auf CD, einschließlich aTunes, Songbird, Asunder, DAAP, MEncoder, Grip, K3b und Konqueror (nachzulesen im PCLinuxOS Magazine, Juli, 2009) … um ein paar beim Namen zu nennen.
Zusammenfassung
In der Hoffnung, dass diese Übersicht der Audio-Dateiformate nützlich ist, für die Einordnung im Zusammenhang mit den Leistungsanforderungen von verschiedenen Dateiformaten und Ihnen bei der Entscheidung hilft, welches Format Sie für Ihre Audio-Bibliothek verwenden. Natürlich werden einige der die Entscheidungen bereits von Ihnen vorgegeben sein, darauf basierend auf die Fähigkeiten des Audio-Wiedergabe-Gerätes, das Sie verwenden.
Die meisten Benutzer werden mit einem der Dateiformate, die verlustbehaftete Formate (MP3 oder Ogg Vorbis) verwenden vollkommen zufrieden sein. Aber, um die generationelle Verschlechterung zu vermeiden, ist es am besten, Sie konvertieren zuerst in ein verlustfreies Format (WAV, FLAC, AIFF), führen Ihre Änderungen durch, und wandeln dann, um eine kleinere Dateigröße zu erhalten zu einem der verlustbehafteten Formate um.
Nun … wo hab ich denn die CD von Garth Brooks hin getan?