Audiophile's Blog
Логин:Пароль:


Забыл пароль | Регистрация (убрать всю рекламу)
О сайте | Ликбез | Словарь | Audiophile's Testroom | Поддержать | Контакты
Разделы
Поиск по сайту
Популярное
Персональная настройка
Настройка звука онлайн (foobar2000, драйвера, Windows), создание персональных сборок foobar2000.

Контакты

Случайный опрос
Какой формат аудио вы предпочитаете для домашнего прослушивания?
Всего ответов: 3039
Полезный софт
Opera QIP 2010 Download Master µTorrent
Ace Utilities AIDA64 SpeedFan 7-Zip
ESET NOD32 FileZilla Media Player Classic Home Cinema Paint.NET
Sony Sound Forge VirtualDub Unlocker Punto Switcher
Похожие проекты
Сейчас на сайте
Онлайн всего: 22
Гостей: 22
Пользователей: 0
»

Сравнение гибкости VBR режимов кодеков


25 Июля 2014, 12:52

Введение

Первоначальная идея данного теста заключается в сравнении того, насколько способны отдельные кодеры подстраиваться под сигналы различной степени сложности.

Под сложностью сигнала прежде всего подразумевается энтропия. Информационная энтропия в данном случае — это мера неопределенности и непредсказуемости изменения сигнала, а также показатель его избыточности. Чем выше энтропия, тем ниже избыточность данных, и тем сложнее сжать информацию математическими методами.

Примером данных с высокой избыточностью могут послужить текстовые файлы — в силу единообразия бинарной кодировки текстовых символов, такая информация легко сжимается (например, с помощью архиваторов ZIP и RAR). С другой стороны, изображения формата JPG и видео-файлы уже являются сжатыми файлами, в которых избыточность практически сведена к нулю — по этой причине при архивации размер таких файлов не уменьшается.

В случае с сигналами можно привести яркие примеры. Так чистый тон (синусоидальный сигнал) имеет очень низкую энтропию (его поведение можно предсказать лишь по первому периоду — на неограниченное количество времени). Если же взять белый шум, то его энтропия крайне высока — это сигнал, амплитуда которого меняется совершенно случайным образом (её значения распределены по равномерному закону).

Таким образом, если мы возьмем чистый тон и сожмем его lossless кодером (работающим исключительно по математическому алгоритму сжатия), битрейт получится очень низкий, для белого шума — наоборот, высокий (сигнал практически не поддаётся компрессии).

Здесь надо сказать, что при lossy кодировании также используется математическое сжатие, и это один из важнейших его этапов. После того, как психоакустическое кодирование исключает из сигнала неслышимые составляющие, полученные данные сжимаются математическим алгоритмом — обычно это кодирование с использованием оптимизированных таблиц Хаффмана. При lossy кодировании психоакустика работает в тесной взаимосвязи с математическим кодированием, особенно в случае, когда необходимо добиться конкретного битрейта. Так, например, если психоакустическая модель отбросила некую часть информации, а после кодирования оставшейся битрейт фрейма получился ниже или выше требуемого — процесс повторяется, с уже откорректированными значениями квантователей. В случае с VBR кодированием психоакустика задаётся конкретным целевым качеством, отбрасывает всё ненужное, а далее —какой битрейт получится — такой получится. Подробно об этом можно прочитать в статье Понятно об MP3 кодировании (принцип работы других lossy кодеков аналогичен)

Таким образом, высокий битрейт на белом шуме даёт как lossless, так и lossy сжатие, то есть можно предположить определенную корреляцию между битрейтами lossless и lossy аудио. С другой стороны, у lossy есть психоакустиеская модель, которая учитывает порог слышимости и различные виды маскировки, благодаря чему даже сложный сигнал может быть в значительной мере сжат дополнительно.

В этом эксперименте мы оценим степень корреляции между значениями битрейта lossless и lossy, а также сравним между собой популярные lossy кодеры по способности адаптировать битрейт к сигналам различной сложности.

Подготовка и тестирование

Для теста я взял 140 семплов формата 16 бит 44.1 кГц, первоначально подготовленных для слухового теста кодеков. Их продолжительность варьируется от 3 до 35 секунд.

Мною была произведена предварительная подготовка семплов: для чистоты эксперимента было решено исключить из теста работу НЧ фильтров и стерео кодирования. Для этого все семплы были предварительно пропущены через ФНЧ 18. 5 кГц и сведены в моно (затем разведенное на два канала, во избежание ошибок кодирования некоторыми кодеками).

После этого я сжал семплы с использованием следующих кодеров/параметров:

FLACCL 2.1.5 -11
TAK 2.3.0 -p4m
LAME 3.99.5 -V2
QAAC 2.40 (CoreAudioToolbox v7.9.8.5) -V 90
QAAC 2.40 (CoreAudioToolbox v7.9.8.5) -v 200
OggEnc v2.87 LancerMod based on aoTuV b6.03 -q6
Musepack SV8 --quality 6
Opus libopus 1.1 -b 200

Как видите, главным образом я использовал рекомендуемые VBR настройки со средним выходным битрейтом около 200 кбит/с. Кроме того я включил в тест QuickTime CVBR для сравнения с рекомендуемым режимом TVBR.

Результаты

Корреляция

Привожу графики результирующих битрейтов (отсортировано по битрейту TAK):

Итак, что мы видим? Прежде всего, судя по графику, корреляция между битрейтом lossless и lossy незначительная — наша гипотеза не подтвердилась. В то же время корреляция между TAK и FLAC очевидна (и это не удивительно).

Что ж, давайте проанализируем данные более детально. Рассчитаем взаимные коэффициенты корреляции и построим таблицу.

Коэффициенты корреляции между lossless и lossy главным образом лежат в диапазоне 0.2–0.5, что интерпретируется как слабая корреляция. Наиболее сильно коррелирует с lossless AAC (0.56). Кроме того, между собой lossy кодеки коррелируют тоже слабо (средний коэффициент по lossy — 0.47). Больше всего корреляция наблюдается с Vorbis (особенно Vorbis-MP3 — 0.77). Самым же «своенравным» оказался Opus (и в меньшей степени — MPC) — у него даже наблюдается отрицательная корреляция с lossless.

Отсортируем данные по битрейту Vorbis (как по самому коррелируемому):

Распределение битрейта

Построим диаграмму средних битрейтов с планками среднеквадратичных отклонений:

Для lossy:

Выводы

1. При lossy кодировании значительно большую роль играет психоакустическое сжатие, нежели математическое. Доказательством этого является низкая корреляция как между lossless и lossy, так и между lossy кодерами (здесь — из-за различных психоакустических моделей).

2. Особенно вышеописанное выражено у кодеков MPC и Opus. Это говорит о том, что их психоакустические модели уникальны и, вероятно, более эффективны (подтверждается прослушиванием).

3. Судя по первому графику, можно сказать, что в единичных случаях, при низкой энтропии сигнала, lossless сжатие может быть эффективнее, чем lossy.

4. Разброс значений битрейта lossless значительно выше, чем у lossy. Отсюда вытекают и случаи, когда битрейт lossless оказался ниже, чем у отдельных lossy кодеров.

5. Наиболее гибкими в плане битрейта являются Opus и Vorbis.

6. Ограниченный режим CVBR не отразился на степени разброса битрейтов. Это говорит о том, что в результате ограничений битрейт в равной степени как сглаживается (когда психоакутсика инициирует занижение), так и завышается (когда есть избыток неиспользованного). В то же время степень корреляции между двумя режимами довольно высока, то есть ограничения на гибкость влияют не так уж значительно.


Информация от спонсора

SelimS.ru: федеральная служба заселения. Здесь вы можете арендовать квартиру, дом, или же снять часть дома без посредников. Все объявления принадлежат собственникам недвижимости и проверяются операторами сервиса.

 
   
Просмотров: 2559 | Автор: | Добавил: Audiophile () | Рейтинг: 4.7/5, голосов: 6
Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]
Авторские статьи
Сообщество
Последнее на форуме
Кодеки
TAK FLAC APE WV
MPC OGG AAC/ALAC MP3
WMA TTA OFR LA
Теги
Follow me
Twitter YouTube
Google+ Facebook
Полезные ссылки
Copyright Taras Kovrijenko © 2009–2017