Ogg Vorbis - Hochschule Harz

Ogg Vorbis
Fachbereich Medieninformatik
Hochschule Harz
Ogg Vorbis
Referat
Kathleen Pabst
9488
Abgabe: 15.01.2007
Stand: November 2006 Autor: Kathleen Pabst
Ogg Vorbis
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung.....................................................................................................1
2 Begriffserklärungen....................................................................................2
3 Ogg Vorbis...................................................................................................4
3.1 Geschichte..............................................................................................4
3.2 Arbeitsweise............................................................................................4
3.3 Vorteile | Nachteile | Verbreitung.............................................................5
4 Fazit..............................................................................................................5
Abbildungsverzeichnis..................................................................................6
Quellenverzeichnis.........................................................................................6
Stand: November 2006 Autor: Kathleen Pabst
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1. Einleitung
Musik bekommt in unserem Leben einen immer größeren Stellenwert. Das Anhören der Lieblingsstücke beschränkt
sich nun nicht mehr auf die eigenen vier Wände, sondern kann überall und jeder Zeit erfolgen. Mithilfe sogenannter
MP3 - Player oder Walkman - Handys ist es kein Problem mehr, seine Lieblingsmusik stets bei sich zu haben. Damit auch auf kleine Speichermedien so viel Musik wie möglich passt, werden die Daten komprimiert. Mittlerweile gibt
es unzählige Möglichkeiten Musikstücke zu komprimieren. Dabei kann zwischen verlustfreien und verlustbehafteten
Verfahren gewählt werden. Ein bekannter Codec zur verlustfreien Kompression ist der „Free Lossless Audio Codec“,
kurz „FLAC“ genannt. Der Nachteil dieser Kompression ist die Dateigröße, es werden nur Kompressionsraten von 50
- 75 % erreicht. Diese Dateien würden, z.B. auf Speicherkarten in Handys, zuviel Platz in Anspruch nehmen. Deshalb
ist es sinnvoll, solche Dateien mit einem verlustbehafteten Kompressionsverfahren zu behandeln. Ausserdem können
sowohl Handys als auch MP3 Player nur bestimmte komprimierte Dateiformate abspielen. Bei den verlustbehafteten
Verfahren steht der MP3 - Codec an erster Stelle. Doch wie lange noch? Gibt es vielleicht schon einen Audiocodec,
der MP3 das Wasser reichen kann? Oder vielleicht sogar besser ist? Ich möchte in meiner Arbeit das verlustbehaftete
Kompressionsverfahren „Ogg Vorbis“ vorstellen und auf den nächsten Seiten untersuchen, ob es vielleicht das Format
der Zukunft ist und das Potenzial hat, MP3 irgendwann vom Thron zu stoßen.
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2. Begriffserklärungen
Audiocodec
„Audio-Codecs sind software- oder hardwaremäßige Funktionseinheiten in denen das
entsprechende Audiokompressionsverfahren umgesetzt wird. Sie dienen sendeseitig
der Codierung mit der Kompression, empfangsseitig der Decodierung und Dekompression.
In den Audio-Codecs wird der angewandte Kompressionsalgorithmus umgesetzt.
[...]“ (http://www.itwissen.info)
Audiocodecs werden unterschieden in lizenzfreie und lizenzpflichtige. Sie finden Anwendung im Musik- und
Multimediabereich, aber auch bei der Internettelefonie. Audiodaten können mit verschiedenen Bitraten codiert
werden. Je niedriger die Bitrate, umso kleiner ist die Datenmenge nach der Codierung. Allerdings leidet die Qualität
darunter. [1] Die gängige Kompressionsrate bei MP3 liegt bei 128 kbps. Dabei bleiben die Datenmengen recht klein
und der Qualitätsverlust hält sich in Grenzen, ist also für das menschliche Ohr kaum, bzw. garnicht wahrnehmbar.
[2]
Audiokompression
Die Audiokompression dient der Reduzierung der Datenmenge bei Audiodaten. Es werden 2 Arten der Kompression
unterschieden. Die verlustfreie Audiokompression, auch Datenkomprimierung genannt, und die verlustbehaftete
Audiokompression, auch Datenreduktion genannt. Bei der Datenkomprimierung werden die Daten mit der
Huffmann - Codierung oder dem bekannten LZW - Verfahren komprimiert und sind bei anschließender
Dekompression eine 100%ige Kopie des Originals. Darauf soll aber an dieser Stelle nicht näher eingegangen
werden. Im Gegensatz dazu, ist die Datenreduktion immer mit einem Datenverlust verbunden. Die Qualität der
Kopie kommt also nie an die des Originals heran, dafür sind die Datenmengen geringer, je nach Bitrate der
Komprimierung. Um eine Audiodatei zu komprimieren, bedient man sich psychoakustischer Modelle des
menschlichen Ohres. Zuerst wird das Frequenzspektrum der Datei bestimmt. Dies geschieht über die sogenannte
Fourier Transformation (FTT) oder die Diskrete Kosinus Transformation (DCT). Anschließend wird dieses
Frequenzspektrum in viele Intervalle unterteilt, die nicht unbedingt gleich groß sein müssen. Die Zeitleiste wird
ebenfalls in Intervalle unterteilt, jedoch in gleich große. Das Audiosignal wird also portioniert. Es gibt verschiedene
Reduktionstechniken, die aber nicht immer alle auf ein Audioformat angewendet werden müssen.
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Einige Beispiele für Reduktionstechniken sind:
Die Hörschwellenmaskierung
Dabei werden die Signale aus dem Frequenzspektrum entfernt, welche sowieso nicht hörbar sind, also unter
der Hörschwelle liegen.
Abb. 1: Hörschwelle des menschlichen Gehörs
Die Frequenzmaskierung
Es werden die Signale entfernt, die von anderen Signalen übertönt werden.
Abb. 2: Frequenzmaskierung
Die Zeitmaskierung
Dasselbe Vorgehen wie bei der Frequenzmaskierung, ausser dass dabei noch die
zeitliche Abfolge berücksichtigt wird.
Abb. 3: Zeitmaskierung
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Natürlich gibt es noch andere Reduktionsverfahren, wie die Stereoredundanz und die Koeffizientenquantisierung, doch
diese sollen hier nur am Rande erwähnt sein. [3]
Max
3. Ogg Vorbis
Bei dem freien Audiocodec Vorbis der Firma Xiph.org handelt es sich um einen relativ neuen, verlustbehafteten Codec
zur Audiokomprimierung. Die Vorbis - Daten werden in sogenannten Ogg - Containern eingebettet, welche ebenfalls
von der Firma Xiph.Org entwickelt wurden, bzw. werden. Diese Container können Audio-, Video- und Metadaten
beinhalten. Das Zusammenspiel von Container und Codec ergibt den Namen Ogg Vorbis. [4]
3.1 Geschichte
Min quer
1998 wurde das Verteilen und Verkaufen von MP3 - Audiocodec - Software lizenzgebührenpflichtig. Daraufhin begann
Christoph Montgomery von der Firma Xiph.Org Foundation mit der Entwicklung eines freien Audiocodecs, welcher den
Namen Vorbis tragen sollte. Bei der Namensgebung stand eine Figur aus Terry Pratchetts Scheibenweltromanen, der
„Exquisitor Vorbis“ Pate. Die Version 1.0 ging 2002 an den Start. Ab dem Jahr 2003 begannen verschiedene
Hardwarehersteller, z.B. iriver und Real Networks, ihre Geräte mit Vorbis - Support auszustatten. [5]
3.2 Arbeitsweise
Bei der Ogg Vorbis - Komprimierung wird anstelle vorgegebener Bitraten mit Qualitätsstufen gearbeitet, ähnlich wie es
z.B. bei der Bildkomprimierung mit JPG der Fall ist. Es stehen 10 verschiedene Qualitätsstufen zur Verfügung, wobei
Stufe 4 in etwa einer Kompressionsrate von 128 kbps entspricht. Dieses Verfahren nennt man ein VBR - System, das
heißt, die Bitraten sind nicht vorhersehbar, sondern variabel. [6]
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Qualitätststufen
Bitrate
10
460…500 kbps
9
300…340 kbps
8
240…280 kbps
7
205…245 kbps
6
170…210 kbps
5
145…185 kbps
4
110…150 kbps
3
90…130 kbps
2
80…100 kbps
1
65…85 kbps
Abb. 4: VBR-System der Ogg Vorbis Komprimierung
Wird eine Audiodatei mit Ogg Vorbis codiert, ist bereits bei Qualitätsstufe 3, das entspricht ungefähr einer Bitrate von
112 kbps, die Qualität besser, als die einer MP3 mit einer Bitrate von 128 kbps. Die codierte Audiodatei ist zudem
auch noch ca. 10% kleiner als besagte MP3. Das wird, wie oben schon erwähnt, durch den Einsatz variabler Bitraten
erreicht. Der Encoder verwendet nur so viele oder so wenige Bits, wie notwendig, um die gewünschte Qualitätsstufe zu
erreichen.
3.3 Vorteile | Nachteile | Verbreitung
Das Ogg Vorbis - Format ist ein patentfreies Format, was ihm einen großen Vorteil vor anderen Formaten verschafft.
Es arbeitet plattformunabhängig, ist sowohl auf Windows-, Macintosh- und Linuxrechnern zu verwenden.
Gerätehersteller können das Format völlig lizenzfrei unterstützen. Auch zur Klanggestaltung in Spielen oder anderer
Software kann es benutzt werden, ohne dass Software - Programmierer Tantiemen bezahlen müssen. Ausserdem ist
es ein Open Source Produkt, das heißt, jeder hat die Möglichkeit den Source Code zu ändern und so das Format
weiter zu verbessern. Desweiteren bietet Ogg Vorbis seinen Nutzern einen flexiblen Tagging - Standard. Er ist ähnlich
dem ID3 - Tag bei MP3s, jedoch vollständig vom Nutzer an seine Datei anpassbar, benutzerdefinierte Tags sind
möglich. Aus einer bereits codierten Datei, kann wiederum eine Datei mit niedrigerer Bitrate erzeugt werden. Bisher
war das nur über das Original möglich. Diese neue Datei hat dieselbe Qualität wie nach der Encodierung aus der
Originaldatei. Das Verfahren trägt den Namen Bitrate - Peeling und befindet sich noch in der Entwicklung. Ogg Vorbis
Dateien unterstützen
bis 255 Audiokanäle, es können also auch gängige DVD - Audio - Kanäle codiert werden. [7]
Min hochkant
Zum Streaming über das Internet ist es ebenfalls gut geeignet.
Da Ogg Vorbis ein recht junges Audioformat ist, lässt dementsprechend die Unterstützung im Hardwarebereich im Moment noch etwas zu wünschen übrig. Viele MP3 - Player können Ogg Vorbis - Dateien nicht abspielen, im Lauf der Zeit
wird sich das aber sicher ändern. In einigen Softwareplayern, wie z.B. Winamp, ist Ogg Vorbis schon integriert,
ebenfalls werden Ogg Vorbis - codierte Dateien beim Podcasten im Internet bereits erfolgreich eingesetzt. [8]
4. Fazit
Im Moment ist der Ogg Vorbis - Codec noch nicht allzu weit verbreitet, ich denke aber dass er eine echte Chance hat,
sich gegen MP3 zu behaupten. Ein neues Audioformat populär zu machen, ist nie einfach, schließlich muss es sich
mit alteingesessenen Verfahren messen. Wenn in Zukunft der Hardware - Support für dieses Format jedoch zunimmt,
was ich stark hoffe, steigen auch die Chancen, dass es populärer wird. Am attraktivsten macht es sicherlich die Tatsache, dass es lizenzfrei zu benutzen ist. Und selbst wenn es sich nicht gegen MP3 durchsetzen kann, so ist es doch ein
willkommener Außenseiter im Bereich der Audiokomprimierung.
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Ogg Vorbis
Abbildungsverzeichnis
Abb. 1 - 3
Abb. 4
Audiokompression (Datenreduktion),
http://www.leidinger.net/publications/Audiokompression/,
Zugriff: 29.11.2006
AudioHQ -> Ogg Vorbis,
http://www.audiohq.de/index.php?showtopic=49 ,
Zugriff: 29.11.2006
Quellenverzeichnis
1)
2)
3)
4)
5)
6)
7)
8)
Audio-Codec :: Definition :: IT-Lexikon,
http://www.itwissen.info/definition/lexikon///ac__audio%20codec_audio-codec.html,
Zugriff: 30.11.2006
Simon Wagner - Ogg-Vorbis-Einführung,
http://simon.wwwagner.org/open-sources/for-artists/ogg-intro.html,
Zugriff: 30.11.2006
Audiokompression (Datenreduktion),
http://www.leidinger.net/publications/Audiokompression/,
Zugriff: 29.11.2006
Vorbis.com: FAQ,
http://www.vorbis.com/faq/,
Zugriff: 30.11.2006
Vorbis - Wikipedia,
http://de.wikipedia.org/wiki/Vorbis
Zugriff: 29.11.2006
Audiocodecs und Kompressionseinstellungen MPeX.net MP3/Audio Infocenter - [MPeX.net],
http://www.mpex.net/info/presets.html#1.4,
Zugriff: 29.11.2006
Simon Wagner - Ogg-Vorbis-Einführung,
http://simon.wwwagner.org/open-sources/for-artists/ogg-intro.html,
Zugriff: 30.11.2006
Vorbis.com: FAQ,
http://www.vorbis.com/faq/
Zugriff: 30.11.2006
Stand: November 2006 Autor: Kathleen Pabst
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