Allgemeine Informationen zu Audiodaten

Audiodaten sind Daten, die Töne in digitaler Form gespeichert haben, damit diese weiter- gegeben werden können. Dafür sind die Dateigrößen, sowie die Qualität der gespeicherten Datei, von großem Stellenwert. Für die Platz sparende Sicherung der Datei werden verschiedene Algorithmen zur Datenreduzierung verwendet. Für die Datenreduktion kommen spezielle Audioformate zum Einsatz. Man unterscheidet 2 Obergruppen von Audioformaten: die verlustfreien und die verlustbehafteten Audioformate.
Bei der Audiodatenkompression kommt es entweder zu Datenreduktionen („verlustbehafteter Algorithmus“) oder zu einer Datenkompressionen („verlustfreier“ Algorithmus).

Kompressionsprinzip bei verlustfreien Audiformaten und verlustbehafteten Audioformaten

Bei der verlustfreien Datenkompressionen können die Daten nur auf maximal 75% reduziert werden, da Audiodateien zufällige Strukturen besitzen und nicht wie bei Bildern sich wiederholende Muster. Die verlustfreien Audioformate reproduzieren das Originalmaterial, d.h. dass die Kopie dem Ausgangsmaterial gleicht. Man erhält nur eine geringe Speicherplatzreduktion, da nur der Datenumfang des Materials reduziert wird. Im Gegensatz zu den verlustfreien Audioformaten erfolgt die verlustbehaftete Datenreduktion durch die Beschneidung der Daten, deshalb entsteht keine originalgetreue Kopie des Ausgangsmaterials. Die Herausforderung ist, dass sich die Qualitätsverluste nicht auf die Hörqualität auswirken. Deshalb wird die Sounddatei nur so stark verändert, dass die subjektive Wahrnehmung des Hörers nicht beeinflusst wird. Man bedient sich dabei der Psychoakkustik (= die Wissenschaft zur Wahrnehmung von Schall durch den Menschen) durch z.B. Weglassen von sehr hohen/niedrigen Frequenzen oder das Weglassen von leisen Tönen, die unmittelbar vor oder nach einem lauten Ton kommen, da diese kaum bis gar nicht wahrgenommen werden.

WAV (Windows Audio Format) und AIF(F) (Audi Interchange Format File)

Das WMA-Format ist ein proprietärer Audio-Codec (= ein Verfahren, das Daten oder Signale digital kodiert und dekodiert) von Microsoft und Teil der Windows Media-Plattform. Es weist eine sehr hohe Kompressionsrate auf, dennoch ist die Soundqualität sehr gut. WMA- Dateien sind sehr gut für das „Streamen“ geeignet. Streaming bedeutet, dass mit dem Eintreffen der ersten Daten, die Ausgabe von Sound auf dem Zielrechner begonnen wird. Der Sound wird „live“ übertragen. Die weiteren Daten werden während des Abspielens nach und nach geliefert. WMA´s sind kopiergeschützt und somit lizenzpflichtig.

Das AIF(F) ist ein unkomprimiertes Dateiformat, welches für die Speicherung und Übertragung von Audiodateien gedacht ist. Es kann sehr gut für den Austausch von Sounddaten zwischen unterschiedlichen Computerplattformen genutzt werden. Das AIF(F) sollte nicht für multimediale Produktionen, wie z.B. das Streaming, genutzt werden.

MP3 ( Moving Pictures Experts Group Layer 3) AAC (Advanced Audio Encoding)

Das MP3-Format ist ein Dateiformat zur verlustbehafteten Komprimierung und Ablage von Musikdateien. Dieses Format benötigt etwas ein Zehntel des Speicherplatzes einer herkömmlichen WAV-Sounddatei. Die Kompression wendet ein Verfahren an, das sich kaum auf die Qualität der Musik auswirkt, aber die Dateigröße extrem reduziert.

Das AAC-Format ist der qualitativ verbesserte Nachfolger vom MP3. Die Dateigröße ist relativ gering, dennoch ist die Qualität sehr gut. Da AAC-Dateien  kopiergeschützt sind, erfordern sie den Erwerb einer Lizenz für ihre Verwendung.

Allgemeine Informationen zu Videoformaten

Das aus der lateinischen Sprache stammende Wort „Video“ bedeutet übersetzt: „ich sehe“. Videoformate sind Aufzeichnungsverfahren für elektronische Aufnahmen von bewegten Bildern. Bei der digitalen Aufzeichnung werden die eingehenden Signale digitalisiert. Dafür dienen analoge Videosignale als Basis, die von analog nach digital umgewandelt werden. Die Daten werden anschließend komprimiert gespeichert. Videodateien sind nformationsträger von fortlaufenden Pixeln und deren Tonspur.

Das wichtigste Kompressionsverfahren MPEG

Anfang der 90er Jahre wurde für die Redezierung der Datenmengen der MPEG-1 Standard verabschiedet. Dieser beinhaltet drei sogenannte Layer, die mit zunehmender Komplexität auch höhere Kompression erzielen. Alle Layer basieren auf dem Prinzip der Irrelevanz-reduktion, d.h.  Audiosignale die vom Gehör nicht wahrnehmbar sind und Frequenzen die sich überlagern, werden nicht übertragen oder gespeichert, daher spricht man auch von verlustbehaftet.

„MPEG“ ist ein Kompressionsverfahren für digitalisierte Videosequenzen und Audiosignale. Unkomprimierte, digitalisierte Videofilme und Audiosignale kosten sehr viel Speicherplatz, welcher mit dem MPEG-Verfahren stark reduziert werden kann. Viel Speicherplatz lässt sich einsparen, wenn die Bilder eines Clips miteinander verglichen werden. Es ändert sich von einem Bild zum nächsten oft nur ein geringfügiger Ausschnitt. Daher ist es sinnvoll, nur diesen veränderten Bildteil zu speichern und nicht die komplette Bildinformation. Hierfür werden 3 unterschiedliche Frames verwendet. In den I-Frames sind alle Bildinfos ge-speichert und jedes Einzelteil ist komprimiert. In den P-Frames sind ausschließlich dich Bildinhalte gespeichert, die sich im Vergleich zum vorherigen Frame geändert haben. Die B-Frames werden auf den P- bzw. I-Frames abgleitet oder auf der Basis von Nachbarbildern interpoliert. ( Interpolation: Einfügen bzw. Berechnen neue Dateien aus Teilen vorhandener Informationen). Die einzelnen Frames werden später wieder zu einer Abfolge zusammen-gefügt.

AVI (Audio Video Interleave) und MOV (Quick Time Movie)

In den AVI-Formaten werden sowohl Audio- als auch Videodaten ineinander verzahnt abgespeichert. Vorteilhaft ist, dass fast jedes Multimediaprogramm und fast jeder DVD Player AVI´s abspielen kann. Nachteilig ist, dass dieses Format viel Speicherplatz benötigt.

MOV-Dateien werden mit verschiedenen Codecs erzeugt und bieten eine sehr gute Filmqualität bei wenig Speicherbedarf. Sie können kostenlos mit dem QuickTimePlayer abgespielt werden.