Welke audiocodecs zijn klaar om de nieuwe standaard te worden nu de MP3 is verdwenen? Laten we het hebben over compressie, moderne audiocodecs en de toekomst van audio.
In 2017 verliepen de patenten voor MP3, in het bezit van The Fraunhofer Institute. Naarmate 2018 vordert, trekken steeds meer fabrikanten ondersteuning voor de codec. Het MP3-formaat is een van de meest bekende audiocodecs en was grotendeels verantwoordelijk voor de explosie van de digitale audiowereld.
Welke codecs zijn het beste in staat om de nieuwe industriestandaard te worden nu de MP3 is verdwenen?
In dit artikel zullen we de basisprincipes van codecs onderzoeken, een kijkje nemen naar de bekende audioformaten van vandaag en tot slot een speculatieve blik werpen op de komende decennia van audiocodecs.
Wat zijn audiocodecs?
Codec is een afkorting voor coderen/decoderen. Ze kunnen hardware of software zijn - beide nemen de analoge signaalinvoer en zetten deze om naar een digitaal formaat. De decodeerfunctie is exact hetzelfde proces, maar dan omgekeerd, zodat de digitale gegevensstroom kan worden omgezet in analoge geluidsgolven voor uitvoer.
Er zijn drie categorieën codecs:ongecomprimeerd, lossy en lossless.
- Ongecomprimeerd: Niet-gecomprimeerde audiobestanden coderen het volledige audio-ingangssignaal in een digitaal formaat dat de volledige lading van de binnenkomende gegevens kan opslaan. Ze bieden de hoogste kwaliteit en archiveringsmogelijkheden die ten koste gaan van grote bestandsgroottes en hoge latentie (niet-realtime afspelen), waardoor het wijdverbreide gebruik ervan in veel gevallen wordt verboden.
- Verlies: Lossy bestanden worden anders gecodeerd dan ongecomprimeerde bestanden. De essentiële functie van analoog-naar-digitaal conversie blijft hetzelfde in lossy coderingstechnieken. Lossy wijkt af van ongecomprimeerd, omdat de frequentie van de ingangsgeluidsgolven wordt gesampled tot een ongeveer vergelijkbare digitale waarde. De som van al deze mogelijke digitale waarden geeft de codec wat bekend staat als zijn bitdiepte. De bitdiepte van de codec, meestal 16-bits of 24-bits, bepaalt hoe nauwkeurig het geluid wordt "gekwantiseerd" - het proces van bemonstering dat wordt gebruikt om de binnenkomende geluidsgolven af te ronden naar hun dichtstbijzijnde waarden. Codecs met verlies gooien een aanzienlijk deel van de informatie in de oorspronkelijke geluidsgolven weg. Hierdoor zijn audiobestanden met verlies veel kleiner dan niet-gecomprimeerde bestanden en bieden ze een veel lagere latentie voor afspelen, waardoor ze kunnen worden gebruikt in live audioscenario's.
- Lossless: Lossless-codering vormt de middenweg tussen ongecomprimeerd en lossy. Het biedt een vergelijkbare audiokwaliteit als niet-gecomprimeerd bij aanzienlijk kleinere formaten. Lossless codecs bereiken dit door de inkomende audio op een niet-destructieve manier te comprimeren bij het coderen voordat de ongecomprimeerde informatie bij het decoderen wordt hersteld.
Geschiedenis van audiocodecs
Sinds de eerste bekende audio-opname in 1860 op een Phonautograph, is de technologie voor het opnemen en afspelen van audio constant in beweging. De 20e eeuw introduceerde het tijdperk van de professionele geluidsrecorders en ingenieurs, het tijdperk van de overdracht van audio via radiogolven, enorme vooruitgang in audiokwaliteit en -technologie en aanhoudende groei in de audio-industrie - en handel in het algemeen.
In 1982 zette de audiowereld zijn eerste stappen in het nieuwe millennium met het allereerste digitale audioformaat:de compact disc. Gebouwd op de baanbrekende Pulse Code Modulation (PCM)-technologie, was de cd in staat om analoge geluidsgolven op te slaan als digitale waarden door ze te "kwantiseren" tot de dichtstbijzijnde ondersteunde digitale waarde.
Pulse Code Modulation leidde tot een nieuw tijdperk van innovatie voor digitale audioformaten. Binnen een decennium wonnen herkenbare moderne codecs zoals MP3 en WAV aan kracht. In het begin van de jaren 2000 vond de eerste golf van verliesvrije audiocodecs plaats die de digitale kwaliteit nog hoger brachten zonder de afweging van grote bestandsgroottes.
Maar deze superieure formaten waren niet voorbereid op de rage van de MP3-spelers van het begin van de jaren '00. De iPod van Apple bracht de massa naar de wereld van digitale audio en de MP3 werd de standaard voor het afspelen van audio wereldwijd.
Met de dood van de MP3, welke codec is het beste klaar om zijn plaats in te nemen? Welke mogelijkheden biedt moderne technologie voor het potentieel van toekomstige audiocodecs?
De codecs van vandaag
Er zijn tegenwoordig veel audiocodecs die intensief worden gebruikt in een groot aantal industrieën. Veel van de items op deze lijst zijn tientallen jaren geleden geïntroduceerd, maar er zijn een paar nieuwe codecs die licht werpen op het potentieel van de toekomst van audiocodecs.
- AMR — Adaptieve Multi-Rate: De AMR Codec-familie is een van de meest gebruikte audioformaten ter wereld. Dit komt grotendeels omdat het de de facto audiostandaard op mobiele telefoons is. AMR is geoptimaliseerd voor spraak, wat betekent dat het een codec van lage kwaliteit, lage bandbreedte en lage latentie is. AMR is niet ontwikkeld voor het opnemen of afspelen van muziek of audio van hoge kwaliteit.
- FLAC — volledig verliesvrije audiocodec: FLAC wordt door velen beschouwd als de betere versie van MP3. Het comprimeert bestanden tot opmerkelijk kleine formaten, en doet dit zonder enig verlies in audiokwaliteit. FLAC-bestanden zijn zeer licht en veelzijdig en kunnen worden afgespeeld op elk apparaat dat mp3's kan afspelen. En het is open-source, dat in mijn boek allerlei prijzen wint, met name implementaties van de codec en zijn functies door derden.
- WAV — bestandsformaat golfvorm: Waveform Audio File Format, vaak afgekort tot WAV, is al bijna drie decennia een werkpaard in de industrie. Het geheim van zijn kleefkracht is de eenvoud en duurzaamheid van de codec. WAV's bieden over het algemeen ongecomprimeerde audio van de hoogste kwaliteit zonder dat transcodering nodig is. De stabiliteit betekent dat vaak beschadigde of beschadigde WAV-bestanden nog steeds worden afgespeeld.
- ALAC — Apple Lossless Codec: Apple Lossless Codec, of Apple Lossless, uitgebracht in 2004, ondersteunt acht audiokanalen tot een diepte van 32 bits en een maximale samplefrequentie van 384 kHz. In 2011 maakte Apple ALAC open-source en royaltyvrij.
- AAC — Geavanceerde audiocodering: AAC is gemaakt door het Fraunhofer Institute - dezelfde ingenieurs achter MP3-compressie. Nu MP3 eerder dit jaar is verlopen, beveelt het Fraunhofer Institute AAC aan als zijn vervangende codec. AAC is een verliesgevend formaat waarvan het belangrijkste verkoopargument de aanzienlijk hogere geluidskwaliteit is dan MP3 bij dezelfde bitsnelheden.
- DSD — Direct Stream Digital: DSD is een unieke audiocodec van hoge kwaliteit. De onderliggende technologie achter DSD is een beetje anders dan de standaard Pulse Code Modulation die in de meeste andere codecs te vinden is. DSD maakt gebruik van Pulse-Density Modulation-codering — het verminderen van de resolutie van de bitstroom en het verhogen van de samplefrequentie tot 2,8 miljoen keer per seconde — om het audiosignaal te genereren. DSD heeft een beperkt gebruik in de audiowereld en dient grotendeels als een audiofiele codec die kan worden afgespeeld op speciale hardware.
- Opus: Opus is de modernste codec om deze lijst te maken. Het werd uitgebracht in 2012 en werd ontwikkeld om als een enkele standaard te dienen voor verschillende toepassingen waar er eerder meerdere waren. Opus is gemaakt met de behoeften van de moderne wereld in het achterhoofd - centraal in zijn filosofie is hoogwaardige audio met lage latentie die geschikt is voor netwerkcommunicatie en live muziekuitvoeringen. De latentie kan worden teruggebracht tot slechts 5 ms - de meeste andere codecs kunnen in vergelijking nauwelijks 100 ms latentie bieden.
Elk jaar brengt nieuwe variaties en smaken van nieuwe codec-technologie, maar waar moeten we naar zoeken in een nieuwe standaard voor massale audiodistributie?
De toekomst
Hoewel de talloze formaten om uit te kiezen vandaag misschien overweldigend zijn, is de tijd rijp om verwachtingen te stellen voor de komende codecs. Er valt veel te leren van codecs uit het recente en verre verleden. De betrouwbare eenvoud en universele functionaliteit van de WAV, het volledig verliesvrije open-sourcemodel van FLAC, de optimalisatie van Opus voor spraak en algemene audio - technologie is radicaal veranderd, dus waarom zouden onze codecs dat niet zijn?
Een droomcodec
Dit is wat ik zoek in een ideale toekomstige audiocodec:
- Beveiligd: Maakt gebruik van alle moderne beveiligings- en cryptografische technologieën.
- Open: Open source en volledig gedocumenteerd.
- Universele ondersteuning: Kan worden opgenomen en afgespeeld zonder dat er nieuwe hardware of software nodig is.
- Volledig verliesvrij: Lichtgewicht en van hoge kwaliteit.
- Meervoudig gebruik: Geoptimaliseerd voor spraak- en algemeen audiogebruik.
- Hoge resolutie: Ondersteuning voor de hoogst mogelijke opnameresoluties.
Hoewel de meeste van deze ideale parameters tegenwoordig in codecs voorkomen, heeft geen enkele codec al deze specificaties op een zinvolle manier verenigd. Laten we hopen dat de toekomst opener, bruikbaarder, functioneler is en geweldig klinkt om op te starten.
In het komende decennium zullen audiocodecs die de grenzen verleggen steeds gebruikelijker worden. De onderliggende technologie van coderen en decoderen gaat vooruit en evolueert, terwijl het samengaat met andere wetenschappen en disciplines.
Ik betwijfel of de audiowereld ooit weer een enkele "industriestandaard" codec zal zien - ik voorspel dat audioformaten zich zullen blijven ontwikkelen tot niches op vrijwel dezelfde manier als videocodecs. Dit zorgt voor meer bruikbaarheid en grotere taakspecialisatie, wat aanzienlijke vooruitgang zal boeken bij het stroomlijnen van de audiopijplijn.
Wat er ook gebeurt, de technologische ruggengraat van audioproductie en -weergave moet niet meer worden uitgelijnd. Als de huidige trends aanhouden, is de kans groot dat de audiowereld over 10 jaar onherkenbaar is.