Чем больше битрейт при записи аудиофайла тем
Руководство по выбору форматов аудиофайлов: век сегодняшний и немножко прошлый
Оглавление
Вступление
Как всегда, начну со старческого брюзжания. Вот лет двадцать назад… Собственно говоря, двадцать лет назад и выбора-то особо не было.
реклама
Потому что были компакт-диски, которые превращались в WAV-файлы, занимавшие пространство среднего «винчестера» – ну и на ОС немножко места оставалось. И на BBS. И на игры. И на архив файлов. И все. Потому что средний размер жесткого диска тогда составлял какие-то сказочные сегодня 850 мегабайт. Да, именно что 850 – и именно мегабайт. Толчок всему дало появление формата MP3 в 1997 году, и это был очень знаменательный год!
Я очень хорошо помню те времена. Тогда мы с другом «возрадовались до плеши» и принялись активно кодировать компакт-диски в самые популярные 128 кбит/с с joint stereo (это когда фактически пишется один канал, и к нему добавляется информация об отличиях второй дорожки – если они есть). Еще бы, теперь альбом занимал смешные 50-70 мегабайт, и компьютерные пластиковые колонки казались вершиной прогресса. Различные звуковые карты за 200,500 или 800 долларов в журналах казались чем-то страшным и далеким. Зачем? Ведь есть MP3 128 кбит/с, смотрите, какое крутое качество!
Шли месяцы и годы (скорее ближе к месяцам). Менялись колонки, развивался MP3, и мы тогда, юные падаваны старшего школьного и начального студенческого возраста, экспериментировали с битрейтами и появившимся тогда первым конкурентом MP3 – таинственным Vorbis OGG. Сколько часов на самой разной акустике (а мы тогда уже открыли, что даже советская «Вега» уделывала все эти пластиковые недоразумения за десять баксов) было отслушано – не сосчитать.
В итоге выводы выкристаллизовались такие: OGG круче MP3 на средних битрейтах, а на высших все равны. Но преимущество OGG было в том, что на средних битрейтах файл не только лучше звучал, но и занимал меньше места. Недостатком – то, что при всех этих достоинствах OGG питался большим количеством оперативной памяти и ресурсов процессора. А в те времена мощности были, как понимаете, совсем не те.
Почему я так подробно пишу об отличиях OGG от MP3? Потому что уже начался рассказ про форматы, и все эти выводы справедливы и по сей день. Ну вот, теперь вы знаете почти все про OGG: а больше знать и не надо, поскольку его сегодня поддерживают не так уже много устройств.
И да, небольшой дисклеймер. Я не буду разводить воду про виды квантования и прочие страшные слова: если вам это интересно, то все прекрасно написано в Википедии. И форматов файлов на самом деле намного больше, чем будет перечислено далее. Вопрос в том, что они не только никому неизвестны, но и никем не поддерживаются. Почти.
И еще. Я не буду рассказывать о форматах многоканального звука. На сегодняшний день эта тема все еще в зачатке по причине своей дороговизны. И дисков выпускается мало, и также редко они перекодируются в звук. На коне по-прежнему старое доброе стерео. Очевидно, всем этого хватает. Ну или почти всем, но кто считает?
реклама
Сжатие с потерями и без
Для начала нужно определиться с тем, о чем мы будем говорить. Главное и основное: все форматы звуковых файлов сегодня делятся на:
Все, это была минутка Википедии.
И да, я раскрою вам правду на то, стоит ли тратить терабайты на lossless.
MP3: скорее отстреляться
Конечно, начать надо с MP3. И, перефразируя название фильма, – «и это все об MP3». Безусловно, все вы про него знаете, и быть Капитаном Очевидность здесь не вижу смысла. Все, что воспроизводит звук сегодня, поддерживает MP3, вплоть до максимума.
В чем его главные нарекания и минусы? В основном – в срезе верхних частот и «прореживании» всех остальных.
В этом и проявляется хваленая гибкость формата: можно сделать маленький файл и слушать покромсанную Верку Сердючку из динамика смартфона. А можно сделать большой файл, где сжатие с минимальными потерями и слушать… не на динамике смартфона как минимум.
У MP3 есть один, самый весомый и безусловный плюс, не считая хорошего качества звука и гибкости при кодировании – можно забить на качество и сделать тысячи MP3 128 кбит/с на одной флэшке. Или не забить на качество и сделать несколько сотен в 320 кбит/с.
Но плюс в том, что у него нет DRM и прочих видов защит от копирования, которые редиски-владельцы авторских прав могут ставить на свою музыку.
Отдельного абзаца заслуживает VBR. VBR – это сокращение от Variable BitRate, переменный битрейт. Основная идея VBR – то, что кодек автоматически выбирает нужный битрейт в зависимости от контента. Это происходит еще на этапе кодирования, и главное декларируемое преимущество технологии – меньший размер файла при вроде бы том же высоком качестве (разумеется, кодирование происходит все-таки «вокруг» заданной частоты).
В реальности же качество VBR заметно проигрывает своему оппоненту CBR (Constant BitRate – постоянный битрейт), плюс ко всему заметно нагружает процессор. Конечно, на современных многоядерных ЦП это не так что бы заметно, но – «как-то, доктор, неаккуратненько». В общем, смысл тут прост: VBR лучше не пользоваться, поскольку выигрыш в размерах минимален, microSD сегодня дешевы, HDD тоже не состояние стоят, а проблем от них больше. И, опять же, качество хромает.
Чем сегодня кодируют MP3? На заре формата было очень много разных декодеров, сегодня их тоже можно найти, если постараться, кто-то постоянно тоже изобретает велосипед, но безусловный авторитет уже долгие годы – LAME. Несмотря на стебный перевод названия (вольно – «хромуля»), кодек справляется со своей задачей блестяще.
Какой программой пользоваться для кодирования – тоже понятно, общепринятым авторитетом является грозный EAC (Exact Audio Copy, и он точно соответствует своему названию). И то, и другое распространяется совершенно бесплатно (более того – LAME в принципе встроен почти во все по умолчанию), так что можете попробовать свои силы в кодировании того, что и так уже сто раз кодировано.
реклама
WMA: все плохо, как всегда
Компания Microsoft разработала WMA как альтернативу MP3. Но, как и в случае с платформой Windows Phone, люди посмотрели на него, потыкали пальцем – и забросили на полку.
Потому как файл WMA изобилует мелкими неприятностями, которые сами по себе вроде бы и не так страшны (например, плохая устойчивость к ошибкам: чуть поврежденный файл про кодировании или передаче становится непригодным полностью), но в совокупности WMA становится несерьезным. К тому же, опять же декларировалось, что при меньшем битрейте WMA будет качественным. Серьезно?
Конечно, WMA сегодня поддерживает все, что поддерживает MP3. Конечно, декларируется, что поддерживается lossless-кодирование, начиная с версии 9.1. Ну поддерживается. А дальше-то что? Кто-то этим пользуется?
реклама
Плюс ко всему – в WMA можно зашивать DRM-защиту. От такого фактора потирают жадные лапки правообладатели, но говорят «фи» рядовые пользователи. Еще один гвоздь в крышку гроба WMA.
В общем, формат мутный и явно нежизнеспособный. Как и платформа Windows Phone. Как и Surface. У Microsoft хорошо получалось делать операционные системы, но вот сторонние проекты – слабовато.
Цифровое представление аналогового аудиосигнала. Краткий ликбез
Дорогие читатели, меня зовут Феликс Арутюнян. Я студент, профессиональный скрипач. В этой статье хочу поделиться с Вами отрывком из моей презентации, которую я представил в университете музыки и театра Граца по предмету прикладная акустика.
Рассмотрим теоретические аспекты преобразования аналогового (аудио) сигнала в цифровой.
Статья не будет всеохватывающей, но в тексте будут гиперссылки для дальнейшего изучения темы.
Чем отличается цифровой аудиосигнал от аналогового?
Аналоговый (или континуальный) сигнал описывается непрерывной функцией времени, т.е. имеет непрерывную линию с непрерывным множеством возможных значений (рис. 1).
Цифровой сигнал — это сигнал, который можно представить как последовательность определенных цифровых значений. В любой момент времени он может принимать только одно определенное конечное значение (рис. 2).
Аналоговый сигнал в динамическом диапазоне может принимать любые значения. Аналоговый сигнал преобразуется в цифровой с помощью двух процессов — дискретизация и квантование. Очередь процессов не важна.
Дискретизацией называется процесс регистрации (измерения) значения сигнала через определенные промежутки (обычно равные) времени (рис. 3).
Квантование — это процесс разбиения диапазона амплитуды сигнала на определенное количество уровней и округление значений, измеренных во время дискретизации, до ближайшего уровня (рис. 4).
Дискретизация разбивает сигнал по временной составляющей (по вертикали, рис. 5, слева).
Квантование приводит сигнал к заданным значениям, то есть округляет сигнал до ближайших к нему уровней (по горизонтали, рис. 5, справа).
Эти два процесса создают как бы координатную систему, которая позволяет описывать аудиосигнал определенным значением в любой момент времени.
Цифровым называется сигнал, к которому применены дискретизация и квантование. Оцифровка происходит в аналого-цифровом преобразователе (АЦП). Чем больше число уровней квантования и чем выше частота дискретизации, тем точнее цифровой сигнал соответствует аналоговому (рис. 6).
Уровни квантования нумеруются и каждому уровню присваивается двоичный код. (рис. 7)
Количество битов, которые присваиваются каждому уровню квантования называют разрядностью или глубиной квантования (eng. bit depth). Чем выше разрядность, тем больше уровней можно представить двоичным кодом (рис. 8).
Данная формула позволяет вычислить количество уровней квантования:
Если N — количество уровней квантования,
n — разрядность, то
Обычно используют разрядности в 8, 12, 16 и 24 бит. Несложно вычислить, что при n=24 количество уровней N = 16,777,216.
При n = 1 аудиосигнал превратится в азбуку Морзе: либо есть «стук», либо нету. Существует также разрядность 32 бит с плавающей запятой. Обычный компактный Аудио-CD имеет разрядность 16 бит. Чем ниже разрядность, тем больше округляются значения и тем больше ошибка квантования.
Ошибкой квантований называют отклонение квантованного сигнала от аналогового, т.е. разница между входным значением 
и квантованным значением 
(
)
Большие ошибки квантования приводят к сильным искажениям аудиосигнала (шум квантования).
Чем выше разрядность, тем незначительнее ошибки квантования и тем лучше отношение сигнал/шум (Signal-to-noise ratio, SNR), и наоборот: при низкой разрядности вырастает шум (рис. 9).
Разрядность также определяет динамический диапазон сигнала, то есть соотношение максимального и минимального значений. С каждым битом динамический диапазон вырастает примерно на 6dB (Децибел) (6dB это в 2 раза; то есть координатная сетка становиться плотнее, возрастает градация).
Ошибки квантования (округления) из-за недостаточного количество уровней не могут быть исправлены.
50dB SNR
примечание: если аудиофайлы не воспроизводятся онлайн, пожалуйста, скачивайте их.
Теперь о дискретизации.
Как уже говорили ранее, это разбиение сигнала по вертикали и измерение величины значения через определенный промежуток времени. Этот промежуток называется периодом дискретизации или интервалом выборок. Частотой выборок, или частотой дискретизации (всеми известный sample rate) называется величина, обратная периоду дискретизации и измеряется в герцах. Если
T — период дискретизации,
F — частота дискретизации, то 
Чтобы аналоговый сигнал можно было преобразовать обратно из цифрового сигнала (точно реконструировать непрерывную и плавную функцию из дискретных, «точечных» значении), нужно следовать теореме Котельникова (теорема Найквиста — Шеннона).
Теорема Котельникова гласит:
Если аналоговый сигнал имеет финитный (ограниченной по ширине) спектр, то он может быть восстановлен однозначно и без потерь по своим дискретным отсчетам, взятым с частотой, строго большей удвоенной верхней частоты.
Вам знакомо число 44.1kHz? Это один из стандартов частоты дискретизации, и это число выбрали именно потому, что человеческое ухо слышит только сигналы до 20kHz. Число 44.1 более чем в два раза больше чем 20, поэтому все частоты в цифровом сигнале, доступные человеческому уху, могут быть преобразованы в аналоговом виде без искажении.
Но ведь 20*2=40, почему 44.1? Все дело в совместимости с стандартами PAL и NTSC. Но сегодня не будем рассматривать этот момент. Что будет, если не следовать теореме Котельникова?
Когда в аудиосигнале встречается частота, которая выше чем 1/2 частоты дискретизации, тогда возникает алиасинг — эффект, приводящий к наложению, неразличимости различных непрерывных сигналов при их дискретизации.
Как видно из предыдущей картинки, точки дискретизации расположены так далеко друг от друга, что при интерполировании (т.е. преобразовании дискретных точек обратно в аналоговый сигнал) по ошибке восстанавливается совершенно другая частота.
Аудиопример 4: Линейно возрастающая частота от
100 до 8000Hz. Частота дискретизации — 16000Hz. Нет алиасинга.
Аудиопример 5: Тот же файл. Частота дискретизации — 8000Hz. Присутствует алиасинг
Пример:
Имеется аудиоматериал, где пиковая частота — 2500Hz. Значит, частоту дискретизации нужно выбрать как минимум 5000Hz.
Следующая характеристика цифрового аудио это битрейт. Битрейт (bitrate) — это объем данных, передаваемых в единицу времени. Битрейт обычно измеряют в битах в секунду (Bit/s или bps). Битрейт может быть переменным, постоянным или усреднённым.
Следующая формула позволяет вычислить битрейт (действительна только для несжатых потоков данных):
Битрейт = Частота дискретизации * Разрядность * Количество каналов
Например, битрейт Audio-CD можно рассчитать так:
44100 (частота дискретизации) * 16 (разрядность) * 2 (количество каналов, stereo)= 1411200 bps = 1411.2 kbit/s
При постоянном битрейте (constant bitrate, CBR) передача объема потока данных в единицу времени не изменяется на протяжении всей передачи. Главное преимущество — возможность довольно точно предсказать размер конечного файла. Из минусов — не оптимальное соотношение размер/качество, так как «плотность» аудиоматериала в течении музыкального произведения динамично изменяется.
При кодировании переменным битрейтом (VBR), кодек выбирает битрейт исходя из задаваемого желаемого качества. Как видно из названия, битрейт варьируется в течение кодируемого аудиофайла. Данный метод даёт наилучшее соотношение качество/размер выходного файла. Из минусов: точный размер конечного файла очень плохо предсказуем.
Усреднённый битрейт (ABR) является частным случаем VBR и занимает промежуточное место между постоянным и переменным битрейтом. Конкретный битрейт задаётся пользователем. Программа все же варьирует его в определенном диапазоне, но не выходит за заданную среднюю величину.
При заданном битрейте качество VBR обычно выше чем ABR. Качество ABR в свою очередь выше чем CBR: VBR > ABR > CBR.
ABR подходит для пользователей, которым нужны преимущества кодирования VBR, но с относительно предсказуемым размером файла. Для ABR обычно требуется кодирование в 2 прохода, так как на первом проходе кодек не знает какие части аудиоматериала должны кодироваться с максимальным битрейтом.
Существуют 3 метода хранения цифрового аудиоматериала:
Несжатый (RAW) формат данных
Другой формат хранения несжатого аудиопотока это WAV. В отличие от RAW, WAV содержит заголовок файла.
Аудиоформаты с сжатием без потерь
Принцип сжатия схож с архиваторами (Winrar, Winzip и т.д.). Данные могут быть сжаты и снова распакованы любое количество раз без потери информации.
Как доказать, что при сжатии без потерь, информация действительно остаётся не тронутой? Это можно доказать методом деструктивной интерференции. Берем две аудиодорожки. В первой дорожке импортируем оригинальный, несжатый wav файл. Во второй дорожке импортируем тот же аудиофайл, сжатый без потерь. Инвертируем фазу одного из дорожек (зеркальное отображение). При проигрывании одновременно обеих дорожек выходной сигнал будет тишиной.
Это доказывает, что оба файла содержат абсолютно идентичные информации (рис. 11).
Кодеки сжатия без потерь: flac, WavPack, Monkey’s Audio…
При сжатии с потерями
акцент делается не на избежание потерь информации, а на спекуляцию с субъективными восприятиями (Психоакустика). Например, ухо взрослого человек обычно не воспринимает частоты выше 16kHz. Используя этот факт, кодек сжатия с потерями может просто жестко срезать все частоты выше 16kHz, так как «все равно никто не услышит разницу».
Другой пример — эффект маскировки. Слабые амплитуды, которые перекрываются сильными амплитудами, могут быть воспроизведены с меньшим качеством. При громких низких частотах тихие средние частоты не улавливаются ухом. Например, если присутствует звук в 1kHz с уровнем громкости в 80dB, то 2kHz-звук с громкостью 40dB больше не слышим.
Этим и пользуется кодек: 2kHz-звук можно убрать.
Кодеки сжатия с потерям: mp3, aac, ogg, wma, Musepack…
Что такое битрейт? Подробная характеристика
Битрейт – это не просто непонятное слово, это важнейший показатель аудио или видео. Вы уже знакомы с этой характеристикой медиафайлов? Если нет – приступайте к нашем обзору, мы подробно рассказываем все необходимое!
Что это такое
Битрейт (ширина потока/ ширина пропускной полосы) – это количество бит (единиц информации), используемых для передачи и обработки данных за секунду времени воспроизводимого файла. Иначе говоря – минимальное значение канала, способного пропускать поток без задержек. Мерой измерения служат биты/сек и производные величины – кбит/сек, мбит/сек и другие.
Разобрались, что это за битрейт видео/ аудио? Вы удивитесь, но существует несколько разновидностей ширины пропускной полосы. Доходчиво объясняем, на какие типы можно поделить.
Для КС:ГО есть минимальные требования устройства? Ответ читай уже в этой статье
Существует несколько режимов сжатия потока – стоит изучить каждый из них. Важно понимать все тонкости – только так можно окончательно разобраться, что это такое – битрейт.
Как мы и сказали выше, типов всего три. Пройдемся по каждому.
Постоянный (Constant bitrate, CBR)
Заданное значение не меняется на всем протяжении файла: каждой секунде соответствует определенное – и одинаковое – количество закодированных бит данных (даже когда речь о тишине). Используется чаще при обработке файлов с постоянными характеристиками звучания и изображения.
Переменный (Variable, VBR)
Заданное пользователем число автоматически меняется программой-кодером в процессе кодирования (для каждого кадра, согласно его характеристикам). Такая технология используется для достижения наилучшего соотношения размера и качества.
Усредненный (Average, ABR)
Усредненный битрейт – это сочетание первых двух типов! Используется при создании крупных проектов – при небольшом размере файла можно добиться высочайшего качества кодирования, при этом точность расчета размера значительно выше. Значение в кбит/сек задается пользователем (как при CBR), а программа уже варьирует его в определенных пределах (как при VBR).
Изучение существующих типов позволяет понять, на что влияет битрейт видео и аудио. Чем выше этот показатель, тем выше качество готового мультимедиа-продукта! Это степень сжатия – чем сильнее сигнал сжимается, тем хуже качество и меньше размер. И наоборот!
Стандартные значения
Обязательно нужно запомнить общепринятые стандарты – ориентируйтесь на них при работе с определенным видом контента. Сначала битрейт аудио:
Давайте поговорим о том, какой битрейт видео выбрать! Приводим усредненные значения, которыми можно пользоваться – в зависимости от ситуации. Если вы внимательно изучите список, то поймете, как сильно отличаются цифры.
Существует усредненное значение, которое можно выставлять почти всегда.
При этом нужно учитывать и формат видеоролика! Для наглядности, какой битрейт лучше для видео 1920х1080 в SDR и HDR? В первом случае лучше выставить выставить 8 и 12 mbps (60 кадров/с), а во втором – уже 10 и 15 mbps.
Что такое FPS и какой является оптимальным? Узнай в источнике
Как изменить показатель
Вы уже знаете все о ширине потока – пора разобраться, как узнать битрейт видео и поменять его. В большинстве случаев вам не требуется стороннее программное обеспечение.
Сторонние сервисы нужны, чтобы поменять значение – существует масса онлайн-конвертеров или приложений для десктопа. Рекомендуем обратить внимание на Online Audio Converter, Diktorov.net, AIMP, online-convert.com.
Подробно рассказали, что такое битрейт видео и аудио, привели стандартные значения, рассказали о разновидностях. Теперь вы сможете подобрать оптимальное число и изменить его при необходимости!
Что такое битрейт?
Что такое битрейт видео и аудио?
Битрейт — это количество бит в секунду, то есть, скорость передачи данных. Символ битрейта — бит/с. Как правило, он определяет размер и качество видео- и аудиофайлов: чем выше битрейт, тем лучше качество и больше размер файла, поскольку Размер файла = битрейт (килобит в секунду) x продолжительность.
В большинстве случаев 1 байт в секунду (1 байт/с) соответствует 8 битам/с.
Чтобы узнать, что такое битрейт, стоит разобраться, как устроена видеопередача информации.
Любой ролик — это сменяющаяся череда картинок. Дабы не появлялось «ощущения слайд-шоу», скорость смены изображений должна быть как минимум 24 кадра/сек. Каждый кадр имеет параметры: ширину и высоту. Чем они выше, тем больше пикселей помещается в одной картинке — тем выше качество.
Каждая «точка», составляющая кадр, имеет вес, и равняется он 1 байту.
Возьмём одну Full HD картинку и посчитаем её вес — выйдет порядка двух мегабайт (1920×1080=2 073 600). Таким образом одна секунда видео, содержа в себе 24 кадра, весила бы 48 Мб. Здесь появляется понятие битрейта — это сила сжатия видеоролика.
Т.е. нужный файл, кодируясь, становится меньше в весе. Но от сильного сжатия он может также потерять в качестве. Конечно, на самом деле всё не так однозначно — многое зависит от кодека, который используется для кодирования. Так называется непосредственный способ сжатия. Так, видео в разных форматах, но с одинаковым битрейтом, могут выдавать разные по качеству картинки. Также применимо понятие «битрейт аудио», который обозначает силу сжатия, но уже для аудиопотока.
Как битрейт влияет на качество видео?
Битрейт видео влияет на качество видео несколькими способами.
Во-первых, это ключевой показатель любого размера видеофайла. Во-вторых, высокий битрейт видео способствует высокому качеству видео, а низкий битрейт — низкому качеству видео. Тем не менее, использование экстремально высокого битрейта — просто трата пропускной способности.
Чем выше битрейт видео, тем выше его качество?
Как правило, более высокий битрейт обеспечивает более высокое качество изображения на выходе видео, но это актуально только при сравнении одного и того же видео с одинаковым разрешением.
Ожидается, что битрейт будет увеличиваться всякий раз, когда увеличивается разрешение, так как обрабатывается больше данных.
Таким образом, более высокий битрейт видео может обеспечить превосходное качество, но это также может создать серьезную нагрузку на ваше оборудование, что может привести к его подвисанию.
Какой лучше всего битрейт видео?
Для стабильной потоковой передачи видео разрешение должно соответствовать правильному битрейту видео. Для стриминга на YouTube, Facebook или любых других каналах больше всего подходят следующие битрейты видео:
Какой нужен битрейт для 1080p?
Какой битрейт ставить для 1080p 60fps?
Рекомендуемые настройки кодирования
Если хотите узнать какие рекомендуемые настройки кодирования необходимы для видео, которые вы хотите загрузить на YouTube, смотрим справку support.google.com.
Стандартных битрейтов аудио
Чтобы лучше ориентироваться в качестве музыки или голосовых записей, предлагаем вам ознакомиться с таблицей усреднённых значений. Сюда входят варианты кодирования со сжатием (MP3) и без (FLAC, WAVE).
Стандартные битрейты видео
Как сжать видео без потери качества?
Кодеки. Зачем нужны? Чем отличаются?
Какой самый лучший битрейт?
192 кбит/с — приемлемое качество кодирования музыки 256 кбит/с — высокое качество кодирования музыки 320 кбит/с — наивысшее качество кодирования, поддерживаемое стандартом MP3.