Fragen zu Kompression und Bitidentität

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chauncey
Neuling

#1 erstellt: 31. Mai 2012, 10:27

Liebes HiFi-Forum, hallo zusammen

ich habe erst vor kurzem begonnen mich mit der theoretischen Seite von digitaler Musik zu befassen und ein paar Fragen, die sich alle um das Thema Kompression von Audiodaten bewegen:

1) Folgender Fall: Ich rippe eine Audio-CD ins AIFF-Format und komprimiere die Datei danach in MP3-128.
Die MP3-Datei konvertiere ich danach wieder in AIFF.

Wenn ich mir nun beide AIFF-Datein ansehe, erkenne ich auf den ersten Blick keinen Unterschied: beide sind gleich groß, beide haben die gleiche Daten- und Abtastrate.
Da bei der MP3-Kompression jedoch Daten unwiederbringlich verloren gehen muss ein Unterschied bestehen.

Worin besteht der Unterschied? Wie wird die MP3-Datei auf AIFF-Größe gebracht? Eine Rekonstruktion mittels Algorithmus?

2) Folgender Fall: Ich habe eine MP3-128-Datei und konvertiere sie in AIFF. Diese AIFF-Datei komprimiere ich nun wieder in MP3-128. Sind die beiden MP3-Datein bitidentisch?

3) Wie kann ich Audiodateien näher analysieren? Wie kann ich zwei Audiodateien auf Bitidentität prüfen? Programmtips bitte für Mac

Vielen Dank schonmal im Voraus. Ich hoffe ich habe meine Fragen verständlich ausgedrückt. Bitte entschuldigt, falls es dazu bereits einen Thread gibt (ich habe keinen gefunden) oder die Antworten allzu offensichtlich sind.

Beste Grüße
Thomas

Drexl
Inventar

#2 erstellt: 31. Mai 2012, 11:30

chauncey schrieb:

Wenn ich mir nun beide AIFF-Datein ansehe, erkenne ich auf den ersten Blick keinen Unterschied: beide sind gleich groß, beide haben die gleiche Daten- und Abtastrate.

Das ist kein Wunder. Das Musikstück ist ja durch die Komression nicht kürzer geworden und die Abtastrate wird durch die Umwandlung in MP3 nicht geändert.

Worin besteht der Unterschied?

Wenn zwei Dateien gleich groß sind, heißt das noch lange nicht, daß sie identisch sind. Ein einfaches COMP (Windows) oder cmp (UNIX) schafft Klarheit.

Wie wird die MP3-Datei auf AIFF-Größe gebracht? Eine Rekonstruktion mittels Algorithmus?

Genauso, wie eine MP3-Datei zur Wiedergabe gezwungen wird: Sie wird in LPCM umgewandelt.

Ich habe eine MP3-128-Datei und konvertiere sie in AIFF. Diese AIFF-Datei komprimiere ich nun wieder in MP3-128. Sind die beiden MP3-Datein bitidentisch?

Das kommt auf den Encoder an. Ein Encoder mit den gleichen Parametern wie beim ersten Aufruf kann (muß aber nicht) eine identische MP3-Datei ausspucken.

Programmtips bitte für Mac

Isch 'abe aber garrr keinen Mäck.

Butti2
Stammgast

#3 erstellt: 31. Mai 2012, 12:02

Vielleicht schaust du dir bei Gelegenheit den festgepinnten Thread "Workshop-Grundlagen: Audiokompression und Kompromisse" an.

Grüße

*Nightwolf*
Inventar

#4 erstellt: 31. Mai 2012, 12:24

AIFF ist unkomprimiert. Diese Formate speichern jeweils immer ihre volle Abtastrate und ihre volle Bittiefe, also z.B. bei Daten von CD 44,1 kHz und 16 Bit. Ein einzelnes Sample besteht bei diesem Beispiel also immer aus 16 Bit. Dabei macht es von der Speichernutzung keinen Unterschied, ob die Bits 0000... oder 1111... zeigen oder irgendwas anderes wie 0110....Daher ist bei unkomprimierten Formaten die Dateigröße einzig von der Anzahl der Kanäle, der Abtasttiefe, der Abtastrate und der Spielzeit abhängig. Zwei Lieder von CD mit der gleichen Spielzeit haben also immer die gleiche Dateigröße, selbst wenn es völlig unterschiedliche Lieder sind.

Wenn du von verlustbehaftet zu verlustfrei und wieder zurück gehst, sollten die Dateien hinterher wohl nicht Bitidentisch sein. Bei der ersten Kompession werden "Fehler" eingebaut, die hinterher bei der zweiten Berechnung wieder miteingerechnet werden.

[Beitrag von *Nightwolf* am 31. Mai 2012, 12:25 bearbeitet]

ahbed.
Hat sich gelöscht

#5 erstellt: 31. Mai 2012, 13:20

Drexl schrieb:

Ich habe eine MP3-128-Datei und konvertiere sie in AIFF. Diese AIFF-Datei komprimiere ich nun wieder in MP3-128. Sind die beiden MP3-Datein bitidentisch?

Das kommt auf den Encoder an. Ein Encoder mit den gleichen Parametern wie beim ersten Aufruf kann (muß aber nicht) eine identische MP3-Datei ausspucken.

Ist so nicht richtig, *Nightwolf* schrieb dazu ja schon:

*Nightwolf* schrieb:

Wenn du von verlustbehaftet zu verlustfrei und wieder zurück gehst, sollten die Dateien hinterher wohl nicht Bitidentisch sein. Bei der ersten Kompession werden "Fehler" eingebaut, die hinterher bei der zweiten Berechnung wieder miteingerechnet werden.

Ganz allgemein kommt es beim erneuten Komprimieren in ein verlustbehaftetes Format immer zu einem

Generationsverlust, das gilt nicht nur für MP3 sondern alle verlustbehafteten Formate.

Drexl
Inventar

#6 erstellt: 31. Mai 2012, 13:32

*Nightwolf* schrieb:

Es kommt darauf an, wie der Encoder arbeitet. Ich denke zwar auch, daß bei den meisten Encodern kein identisches Resultat herauskommt, kann mir aber auch vorstellen, daß ein Re-encoden mit identischen Parametern auch wieder eine identische MP3-Datei erzeugt.

Bei JPEG habe ich mal den Vergleich gemacht (in Adobe PSE 5): Ein JPEG-Bild geöffnet, als JPEG gespeichert, das gespeicherte wieder geöffnet, wieder als JPEG gespeichert (gleiche Parameter), usw. Dann habe ich ein Differenzbild vom ersten und letzten (rund ein halbes Dutzend) Speichervorgang erstellt: Das Differenzbild war komplett schwarz und artefaktfrei.

Allerdings konnte ich zumindest mit LAME (3.99.5) keine identischen Dateien erzeugen. Bei jedem Re-encoden (--preset extreme) schrumpft die Datei um rund ein halbes Prozent zusammen, was darauf hindeutet, daß bei jedem Reencoden weitere "unhörbare" Details weggelassen werden. Auch bei "--preset insane" (CBR 320) gibt es keine identischen Dateien.

*Nightwolf*
Inventar

#7 erstellt: 31. Mai 2012, 13:41

Bei JPG funktioniert das auch nicht. Wenn du es einfach nur so speicherst, wie es war, dann wird nicht neu berechnet. Du musst erst was am Bild ändern. Versuch mal einfach, ein JPG-Bild als TIF zu speichern und dann wieder als JPG. Da solltest du selbst schon nach einem Durchlauf Unterschiede ausmachen können.

Sehr interessant finde ich in diesem Punkt die Grafik aus dem Wikipediaartikel zu MP3:

http://de.wikipedia....stamp=20110211163015
Wenn ich sehe, was der Encoder aus einem Rechteck-Signal macht, dann wird recht schnell klar, dass bei einem erneuen Enkodieren dieses "Gewusels" unmöglich das gleiche herauskommen kann, wie beim ersten Versuch - auch, wenn hier die Qualität wirklich sehr schlecht gestellt ist.

Drexl
Inventar

#8 erstellt: 31. Mai 2012, 14:39

*Nightwolf* schrieb:

Bei JPG funktioniert das auch nicht.

Es kommt auf die Implentierung an. Wenn ein Bild mehrmals durch dieselben (gleiche Qualitätsstufe) Quantisierungsmatrizen durchgenudelt wird, wieso sollte beim 2. Lauf ein anderes Ergebnis herauskommen als beim 3. Lauf? Wenn Differenzen auftreten, dann wahrscheinlich eher durch Rundungsfehler bei der Umwandlung RGB nach YCbCr. Ich habe mir mal wieder die Mühe gemacht und ein Bild mehrfach gewandelt und daraus die Differenz erstellt. Damit man am Differenzbild überhaupt etwas erkennt, habe ich eine extreme Tonwertspreizung vorgenommen (0-8 auf 0-255). Man sieht, es gibt einzelne 8x8 Blöcke, die Differenzen ausweisen. Aber der überwiegende Teil des Bildes ist komplett schwarz, d.h. DCT/Quantifizierung hat bei mehreren Durchläufen ein identisches Ergebnis hervorgebracht. Bei einem verlustbehafteten Verfahren sollte man eigentlich erwarten, daß über das gesamte Bild ein Grauschleier verläuft.

Der Vollständigkeit halber noch das Originalbild:

Edit: Bild leider nicht in Originalgröße, da vom Hifi-Forum automatisch verkleinert wird.

Sehr interessant finde ich in diesem Punkt die Grafik aus dem Wikipediaartikel zu MP3:

Bereits beim ersten "Gewusel" haben wir kein Rechtecksignal mehr, sondern bereits eine "für mp3 optimierte" Wellenform. Weitere Durchgänge sollten damit prinzipiell keine Schwierigkeiten mehr bereiten.