Статьи

Аудио-кодирование: секреты раскрыты

Настройка аудио для видеозахвата и трансляции.

Как люди, непосредственно связанные с AV сферой, мы постоянно говорим об аудио-кодировании и аудиокодеках, а что же это такое? Аудиокодек – это, по сути, устройство или алгоритм, способный кодировать и декодировать цифровой аудиосигнал.

На практике аудиоволны, которые передаются по воздуху, являются продолжительными аналоговыми сигналами. Сигналы преобразуются в цифровой формат устройством, которое называется аналого-цифровой преобразователь (АЦП), а устройство обратного преобразования – цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП). Кодек находится между этими двумя функциями и именно он позволяет откорректировать некоторые важные параметры для успешного захвата, записи и трансляции звукового сигнала: алгоритм кодека, частота дискретизации, разрядность и скорость передачи данных.

Три наиболее популярных аудиокодека: Pulse-Code Modulation ( PCM), MP3 и Advanced Audio Coding ( AAC ). Выбор кодека определяет степень сжатия и качество записи. PCM – кодек, который используется компьютерами, CD-дисками, цифровыми телефонами и иногда SACD-дисками. Источник сигнала для PCM сэмплируется через равные интервалы, и каждый сэмпл представляет собой амплитуду аналогового сигнала в цифровом значении. PCM – это наиболее простой вариант для оцифровки аналогового сигнала.

При наличии правильных параметров этот оцифрованный сигнал может быть полностью реконструирован обратно в аналоговый без каких-либо потерь. Но этот кодек, обеспечивающий практически полную идентичность оригинальному аудио, к сожалению, не очень экономичен, что выражается в очень больших объемах файлов, а такие файлы не подходят для потокового вещания. Мы рекомендуем использовать PCM для записи цифровых образов для ваших источников или когда вы занимаетесь постобработкой аудио.

К счастью, у нас всегда есть возможность выбрать другой кодек, который может сжимать цифровые данные (по сравнению с PCM) на основании некоторых полезных наблюдений о поведении звуковых волн. Но в этом случае приходится идти на компромисс: все альтернативные алгоритмы сопряжены с «потерями», так как невозможно полностью восстановить исходный сигнал, но, тем не менее, результат всё равно хорош настолько, что большинство пользователей не смогут уловить разницу.

MP3 – это формат аудио-кодирования с использованием как раз такого алгоритма сжатия цифровых данных, который позволяет сохранять аудиосигнал в меньшие по объему файлы. Кодек MP3 чаще всего используется пользователями для записи и хранения музыкальных файлов. Мы рекомендуем применять MP3 для трансляций аудио-контента, так как ему требуется меньшая пропускная способность сети.

AAC – это более новый алгоритм кодирования аудиосигнала, ставший «преемником» MP3. AAC стал стандартом для форматов MPEG-2 и MPEG-4. По сути это тоже кодек сжатия цифровых данных, но с меньшей, чем у MP3, потерей качества при кодировании с одинаковыми битрейтами. Мы рекомендуем использовать этот кодек для онлайн трансляций.

Частота дискретизации (кГц, kHz)

Частота дискретизации (или частота сэмплирования) — частота, с которой происходит оцифровка, хранение, обработка или конвертация сигнала из аналога в цифру. Дискретизация по времени означает, что сигнал представляется рядом своих отсчетов (сэмплов), взятых через равные промежутки времени.

Измеряется в герцах (Гц, Hz) или килогерцах (кГц, kHz,) 1 кГц равен 1000 Гц. Например, 44 100 сэмплов в секунду можно обозначить как 44 100 Гц или 44,1 кГц. Выбранная частота дискретизации будет определять максимальную частоту воспроизведения, и, как следует из теоремы Котельникова, для того, чтобы полностью восстановить исходный сигнал, частота дискретизации должна в два раза превышать наибольшую частоту в спектре сигнала.

Как известно, человеческое ухо способно улавливать частоты между 20 Гц и 20 кГц. Учитывая эти параметры и значения, показанные в таблице ниже, можно понять, почему именно частота 44,1 кГц была выбрана в качестве частоты дискретизации для CD и до сих пор считается очень хорошей частотой для записи.

Есть ряд причин для выбора более высокой частоты дискретизации, хотя может показаться, что воспроизводить звук вне диапазона человеческого слуха – пустая трата сил и времени. При этом среднестатистическому слушателю будет вполне достаточно 44,1 – 48 кГц для качественного решения большинства задач.

Разрядность

Наряду с частотой дискретизации есть такое понятие как разрядность или глубина звука. Разрядность – это количество бит цифровой информации для кодирования каждого сэмпла. Проще говоря, разрядность определяет «точность» измерения входного сигнала. Чем больше разрядность, тем меньше погрешность каждого отдельного преобразования величины электрического сигнала в число и обратно. С минимальной возможной разрядностью есть только два варианта измерения точности звука: 0 для полной тишины и 1 для звучания в полном объеме. Если разрядность равна 8 (16), то при измерении входного сигнала может быть получено 2 8 = 256 (2 16 = 65 536) различных значений.

Разрядность закреплена в кодеке PCM, но для кодеков, которые предполагают сжатие (например, MP3 и AAC) этот параметр рассчитывается при кодировании и может меняться от сэмпла к сэмплу.

Битрейт

Битрейт — это показатель количества информации, которым кодируется одна секунда звучания. Чем он выше, тем меньше искажений и тем ближе закодированная композиция к оригиналу. Для линейного PCM битрейт рассчитывается очень просто.

битрейт = частота дискретизации × разрядность × каналы

Для таких систем как Epiphan Pearl Mini, которые кодируют линейный PCM 16-бит (разрядность 16), этот расчет может быть использован для определения, сколько дополнительных полос пропускания может потребоваться для PCM аудио. Например, для стерео (два канала) оцифровка сигнала производится с частотой 44,1 кГц на 16-бит, а битрейт при этом рассчитывается таким образом:

44,1 кГц × 16 бит × 2 = 1 411,2 кбит/с

Между тем алгоритмы сжатия аудиосигнала, такие как AAC и MP3, имеют меньшее количество бит для передачи сигнала (в этом и заключается их цель), поэтому они используют небольшие битрейты. Обычно значения находятся в диапазоне от 96 кбит/с до 320 кбит/с. Для этих кодеков чем выше битрейт вы выбираете, тем больше аудио бит вы получаете на сэмпл, и тем выше будет качество звучания.

Частота дискретизации, разрядность и битрейты в реальной жизни.

Аудио CD-диски, одни из первых наиболее популярных изобретений для простых пользователей для хранения цифрового аудио, использовали частоту 44,1 кГц (20 Гц – 20 кГц, диапазон человеческого уха) и разрядность 16-бит. Данные значения были выбраны, чтобы при хорошем качестве звука иметь возможность сохранять как можно больше аудио на диске.

Когда к аудио добавилось видео и появились DVD, а позднее Blu-Ray диски, был создан новый стандарт. Записи для DVD и Blu-Rays обычно используют линейный формат PCM с частотой 48 кГц (стерео) или 96 кГц (звук 5.1 Surround) и разрядность 24. Эти значения были выбраны в качестве идеального варианта, чтобы сохранять аудио с синхронизацией с видео и при этом получать максимально возможное качество с использованием дополнительного доступного дискового пространства.

Наши рекомендации

CD, DVD и Blu-Ray диски преследовали одну цель – дать потребителю высококачественный механизм воспроизведения. Задачей всех разработок было предоставить высокое качество аудио и видео, не заботясь о величине файла (лишь бы он умещался на диск). Такое качество мог обеспечить линейный PCM.

Напротив, у мобильных средств информации и потокового медиа совсем другая цель – использовать максимально низкий битрейт, при этом достаточный для поддержания приемлемого для слушателя качества. Для этой задачи лучше всего подходят алгоритмы сжатия. Теми же принципами вы можете руководствоваться для своих записей.

При записи аудио с видео…

В случае если запись будет использоваться для последующей обработки , выбирайте кодек PCM с частотой 48 кГц и максимальной разрядностью (16 или 24), чтобы обеспечить наилучшее качество аудио. Мы рекомендуем данные параметры для Epiphan Pearl Mini.

При потоковой передаче аудио с видео…

При потоковой передаче или записи для последующей трансляции можно получить хорошее звучание аудио при меньшей полосе пропускания, используя кодеки AAC или MP3 с частотой 44,1 кГц и битрейт 128 кбит/с или выше. Такие параметры гарантируют, что звук будет достаточно хорош и не скажется на качестве трансляции.

Не изменяется частота дискретизации в параметрах звука

Ну, я думаю название темы исчерпывающе. Видео прилагаю для наглядности.

Ответы (4) 

Добрый день, ShadowFuze,

Данная проблема может возникнуть из- за драйверов звуковой карты, поэтому попробуйте обновить драйверы, скачать их напрямую с сайта производителя устройства или материнской платы. Если эти действия не помогут, то попробуйте удалить драйвер и перезапустить устройство, чтобы драйвер установился автоматически. Как выполнить данные действия Вы можете посмотреть в статье Обновление драйверов в Windows 10.

Если после обновления/ переустановки драйверов проблема не иcчезнет, то уточните, пожалуйста, какая у Вас модель ноутбука или материнской платы, если у Вас ПК. Когда Вы впервые заметили, что проблема возникла? Какие действия Вы выполняли перед тем как проблема возникла?

Напишите нам, пожалуйста, о результатах. Будем ждать Вашего ответа.

1 пользователь нашел этот ответ полезным

Был ли этот ответ полезным?

К сожалению, это не помогло.

Отлично! Благодарим за отзыв.

Насколько Вы удовлетворены этим ответом?

Благодарим за отзыв, он поможет улучшить наш сайт.

Насколько Вы удовлетворены этим ответом?

Благодарим за отзыв.

Данная проблема может возникнуть из- за драйверов звуковой карты, поэтому попробуйте обновить драйверы, скачать их напрямую с сайта производителя устройства или материнской платы. Если эти действия не помогут, то попробуйте удалить драйвер и перезапустить устройство, чтобы драйвер установился автоматически. Как выполнить данные действия Вы можете посмотреть в статье Обновление драйверов в Windows 10.

Если после обновления/ переустановки драйверов проблема не иcчезнет, то уточните, пожалуйста, какая у Вас модель ноутбука или материнской платы, если у Вас ПК. Когда Вы впервые заметили, что проблема возникла? Какие действия Вы выполняли перед тем как проблема возникла?

Напишите нам, пожалуйста, о результатах. Будем ждать Вашего ответа.

Еще раз здравствуйте! Ну, могу сказать, что я это всё проделал и толку от этого было мало. Как итог — я переустановил Windows до сборки 1607 (у меня осталась флешка еще из 2016 года). Надеюсь, вы исправите все недочеты в следующей сборке 1809.

Был ли этот ответ полезным?

К сожалению, это не помогло.

Отлично! Благодарим за отзыв.

Насколько Вы удовлетворены этим ответом?

Благодарим за отзыв, он поможет улучшить наш сайт.

Насколько Вы удовлетворены этим ответом?

Благодарим за отзыв.

Вы не указали модель используемого устройства. Пожалуйста, предоставьте данную информацию.

Обратите внимание, что в случае ошибок драйверов работать над вопросом исправления ошибки необходимо производителю используемого оборудования, так как именно он тестирует и адаптирует устройства под определенные ОС и сборки. В случае использования устройства, где производитель не разработал драйвера для определенной ОС, ждать разрешения ошибки с новым выходом версии ОС приходится маловероятно, так как не эти параметры включены в обновления (драйвера производителям, сама система разработчикам Майкрософт.

Так что, пожалуйста, проверьте на сайте производителя, а лучше непосредственно напишите ему и уточните вопрос совместимости оборудования с используемой версией сборки.

По вопросу найденных ошибок системы мы всегда рекомендуем использовать приложение Центр Отзывов, где Вы можете сообщить разработчикам обо всех найденных неточностях и заказать новые опции.

Здесь на форуме рекомендуется размещать ссылки на созданные запросы, чтобы другие участники форума могли проголосовать за данный отзыв.

Если у Вас имеются еще вопросы, пожалуйста, обращайтесь.

Какую разрядность и частоту дискредитации нужно выставить в Windows?

В основном слушаю FLAC 44кНz/16Bit, но можно выставить в настройках Windows вплоть до 192kHz/32bit. Использую USB ЦАП.

Ответы

Если через wasapi или asio слушаете, то пофиг, аудиодрайвер винды в этом режиме не работает. А так 48/16, потому что в кино 48 как правило.

Согласен с Ростиславом, рекомендую использовать ASIO драйвер. Если без них, то, соответственно, при прослушивании FLAC выставлять 44кНz/16Bit, для достоверности прослушиваемого материала.

Как вариант: послушать в какой разрядности Вам больше нравится звучание и использовать его. Но помните, что это уже будет «эквалайзинг» :).

Если вы будете слушать просто так, через direct, то звук будет грязный. Тогда надо переключать. Обычно к USB ЦАПу в комплекте идет драйвер. Лучше, чтобы он имел asio. В этом случае в плеере выбирается вывод на устройство . (название ЦАПа). [asio]. Если нет asio, используйте wasapi, соответственно, выбирайте . [wasapi (event)]. Но wasapi звук портит, я проверял.

Да. портит. ASIO намного чище звучит, я сравнивал на разном материале после вот этих вот событий.

Я файлы сравнивал в редакторе, после программного кольца, по байтам смотрел. После asio совпадает, бит в бит, после wasapi не совпадает вообще.

«Only» для win7 поставьте фикс для корректной дискретизации, не ставьте драйвер для аудио ежели ваш «кодек» по умолчанию поддерживается windows (по умолчанию есть поддержка 88кгц) и не так страшен «чёрт» как его малюют — я ставлю 24-192.

А что за фикс, что он исправляет?

Фикс для ресемплера windows 7.

Ну так 24-192 — максимальное качество которое может выдавать аудио карта ПК

Люди! Ну зачем минусовать за высказывание мнения, основанного на личном опыте? Это просто не порядочно, и, даже подло.

Да это тролли, они ничего больше не умеют. Обыкновенная шпана. Африканцы. Папуасы.

Что бы не напрягать и не насиловать процессор аудио карты стоит по умолчанию 16 бит,48000Гц (качество CD), Если вы хотите более качественного звука то выставляете более высокое качество — 24 бит, 192000Гц (Студийная запись). Если у вас стоит качество 16 бит,48000Гц — то качество записи допустим 24 бит, 192000Гц срезается до 16 бит,48000Гц. Что облегчает работу, но уменьшает качество.

В том и дело, что слушаю записи в 99% FLAC 44kHz/16Bit.

Есть FLAC и выше качеством 96kHz/32Bit и 192kHz/24Bit.

Про вывод звука с ПК завалены все сайты как и что делать. Но его основная проблема это большой джиттер. А для этого нужны специальные программные и аппаратные примочки.