Gute Lektüre zum Thema Upward Convertion gesucht

[JakobRosemann]

Hi zusammen,

ich würde mich gerne mehr schlau machen über Upward Convertion von Bitrate und Samplerate.
Konkret geht es um die Anwendung im Mastering (und Mixing).
Bitte kein Halbwissen posten oder fehlerhafte Prosumer-Berichte, sondern ich möchte konkret folgende Fragen am Ende klären können:

- Wo werden die hinzuberechneten Bits (z.B. nach Konvertierung von 16 auf 24 Bits) angefügt (oben, unten, mittendrin?), was passiert mit dem Quantisierungsrauschen der Ursprungsdatei bzw. wo landet dieses Pegelmäßig (wird es ebenfalls um 48 dB hochgezogen oder entfernt es sich gar irgendwie vom Nutzsignal?), wo arbeiten anschließend genutzte Plugins und Rechenvorgänge (im untersten der 24 Bits?) und werden hierdurch produzierte Fehler durch eine abschließende Konvertierung in 16 Bit vielleicht gar wieder weggeschnitten am unteren Ende? Summieren sich Quantisierungsrauschen und Ditheringrauschen letztendlich im unteren Bit bei ca. -96dB?

-Wird bei einer Vergrößerung der Samplerate das Quantisierungsraster (die Treppenstufengröße) zwischen den einzelnen Samples einer digitalisierten Audiodatei durch mehr Abtastpunkte kleiner (durch eine Art Interpolation vielleicht) oder bleibt die Treppenform gleich, nur mit mehr Abtastpunkten?

Ich wäre wahnsinnig dankbar für Hinweise zu guten Quellen, die hier (vielleicht auch nur teilweise) Abhilfe schaffen können!

Liebe Grüße
Jakob

 

[Ash-Zayr]

Also wenn Du hier anhand Deiner wissenschafltichen Fragen im Forum quasi eine Dissertation ohne gewünschtes Halbwissen oder Usererfahrung in Auftrag geben willst, dann stelle das doch lieber mal ins "Pro" Unter-Forum.

Ash

 

[Recaper]

Vielleicht steht's hier.

https://www.tu-ilmenau.de/fileadmin...y/AST_V05_Dithering_Abtastraten_Umsetzung.pdf

 

[ModulationMatrix]

Evtl. solltest du auch noch die Umwandlung von fixed point in floating point Repräsentation mit betrachten. Denn 16/24 ist meist ersteres und ab 32 bit meist letzteres.

 

[JakobRosemann]

Vielleicht steht's hier.

https://www.tu-ilmenau.de/fileadmin...y/AST_V05_Dithering_Abtastraten_Umsetzung.pdf

Vielen Dank! Demnach wird beim Upward-Sampling also tatsächlich interpoliert und die "Treppenstufen" werden verkleinert. Das finde ich schon mal eine erste tolle Information!

 

[Jimmy_punk]

aaaaalso,

ich bin softwareingenieur in bereich der Audiotechnik, bei einem großen deutschen Automobilzulieferer. ich kann aber nur einen teil der fragen beantworten, weil ich diese teilweise schlicht nicht verstehe, denn deine formulierungen sind manchmal unpräzise.

vorneweg: daten werden im rechner in einer reihenfolge dargestellt, dabei spricht man von LSB (least significant bit) und MSB (most significant bit), die wetigkeit ergibt sich dann aus der endianess (little endian oder big endian). Mehr dazu findest du hier: http://de.wikipedia.org/wiki/Bitwertigkeit

Wenn ich daten von 16 bit nach 24 bit konvertiere mache ich das üblicherweise so:

(Imput-Sample / Größter Wert des 16 Bit Wertebereichs) * Größter Wert des 24 Bit Wertebereichs.
Dabei wird evtl. vorhandenes Rauschen mit skaliert. Hierbei handelt es sich aber um eine ganzzahldarstellung.
Plugins werden in der Regel in einer DAW gerechnet, die typischerweise mit einer Gleitkommadarstellung der Zahlen Arbeitet (in mathematisch: Dezimalbrüche). Hierdurch werden Rundungsfehler kleiner, bzw. wirken meist weniger stark aus. Beim Export aus einer DAW wird wieder in die Ganzzahldarstellung konvertiert und auch erst in diesem Schritt sollte Dithering angewendet werden.

Zum Thema Upsampling: bei einer Sampleratenconvertierung sollte immer ein interpolierender Algorithmus verwendet werden. Diese Algorithmen sind beliebig komplex, ich empfehle den Vergleich gänginer SRC-Tools: http://src.infinitewave.ca/
Wenn du bei deinem Treppenstufen-Vergleich bleiben willst: die Breite einer Treppenstufe ändert sich bei der Sampleratenconvertierung und durch Interpolation natürlich auch die Höhe der eingefügten Treppenstufe. Bei der Auflösungsänderung (auch Bitratenkonvertierung) im Ganzzahlbereich ändert sich nur die GesamtHöhe der Treppe und damit die Anzahl der Stufen.


Grüße!
Henrik

 

[Signalschwarz]

Wie definiert sich denn die "Bitrate" bei Audio? Bits/Sekunde?

 

[Soundkraft]

- Wo werden die hinzuberechneten Bits (z.B. nach Konvertierung von 16 auf 24 Bits) angefügt (oben, unten, mittendrin?)

Ich versuchs mal sehr simpel ohne zuviel Technikgedöns:

Wenn du ein Gummiband hast, das 16 cm lang ist und du dehnst es auf 24 cm....wo landen die Enden dann und wo ist die Mitte? Du ziehst übrigens an beiden Enden! Mach den Versuch und mal Punkte drauf aufs Gummiband (Rechts links MItte und irgendwo dazwischen und schaus dir an was passiert wenn du ziehst...genau das passiert bei der Konvertierung. Du hast genauso viele Punkte wie vorher..sie liegen nur weiter auseinander.

Es wird nichts angefügt...es wird nur gestreckt da die Wertebereich halt unterschiedlich gross sind.
Denke mal nicht in Bits sondern in den konkrete Zahlenbereichen, die diese 16 bzw 24 Bit ausdrücken

Edit..in Wirklichkeit hast du natürlich kein Verhältnis von 16cm zu 24 cm sondern eher eins von 16cm zu 40m aber so lange Arme hat ja keiner

 

[Signalschwarz]

Hmm, wenn also beim Hinzufügen das Ganze nur größer wird, ohne dass es sowas wie ein oben oder unten gibt bei dem etwas hinzugefügt wird, warum wird dann beim wegnehmen/reduzieren so oft von "untersten Bits" gesprochen und dass diese "abgeschnitten" werden? Liest man hier im Forum recht oft.

 

[Signalschwarz]

Wieso beziehst Du dich bei deinem zur Veranschaulichung dienenden Beispiel einmal auf die Anzahl der Bits und einmal auf die möglichen Werte?

 

[Soundkraft]

Liest man hier im Forum recht oft.

Ich nehme an die Frage ist rethorisch gemeint?

Ich nehme an, weil Leute sich "Bits" wie kleine Bauklötzchen vorstellen....wenn man einfach mal nur die Zahlen dahinter sieht ist einem doch klar dass da nur eine Dehnung oder Kompression des Wertebereichs stattfindet.Ist ja nicht so dass alle Werte die nur die oberen Bits benutzen einfach wegfallen...wenn da ein Wert liegt kann man den nicht einfach zu "Null" werden lassen.

 

[Soundkraft]

Wieso beziehst Du dich bei deinem zur Veranschaulichung dienenden Beispiel einmal auf die Anzahl der Bits und einmal auf die möglichen Werte?

ich nehme an du meist wegen den 16 und den 24 cm? Hab ich schon im Edit geschrieben....ich wollst einfach halten und dann fiel mir ein, dass es doch vllt Leute gibt die sich dran aufhängen..und siehe da..ich hatte recht

 

[Signalschwarz]

Rhetorischer Natur? Nein. Mein Name ist Hase, ich weiß von nichts. Und der Smiley soll nicht bedeuten, dass ich meine Fragen bzw. die Aussagen auf die sie sich beziehen witzig finden würde, aber ich wurde von einem der führenden Forum-Kleriker dazu angehalten doch mehr freundliche Smileys zu verwenden um deutlich zu machen, dass meine auf manch einfaches Gemüt sarkastisch, bösartig, frustriert bis hasserfüllt wirkenden Beiträge weil ich oft Stilmittel der Karikatur, Pointierung und ähnlichem nutze doch total lieb gemeint sind.

 

[Signalschwarz]

Nein, nein, ich würde mich niemals an irgendwas aufhängen. Ich finde das sogar geschmacklos, weil sich mein Cousin letztes Jahr auf diese Weise das Leben genommen hat.

 

[ModulationMatrix]

Also der Software-Ing hat's ja auch als Skalierung beschrieben, dann wird das schon stimmen. Was eigentlich beim wieder herunterskalieren auf einen kleineren Wertebereich passiert ist ja dass rechnerisch entstehende Nachkommastellen abgeschnitten werden. Diese Anteile sind offenbar die, die in der höherwertigen Bitrepräsentierung als "untere Bits" bezeichnet werden können.

Oder?

 

[Soundkraft]

Achso..naja...ich denke ich weiss was du meinst. Sollte ich mich täuschen und du einen Fehler in meiner Erklärung siehst (ausser dass ich die Grössenverhältnisse nicht gleich so klar hab werden lassen) dann darfst du mich gern berichtigen. Ich hab "abschneiden" immer als das betrachtet was es ist...eine Reduktion des Wertebereichs...und mehr nicht.

 

[Nachtschicht]

Vielleicht steht's hier.

https://www.tu-ilmenau.de/fileadmin...y/AST_V05_Dithering_Abtastraten_Umsetzung.pdf

Vielen Dank! Demnach wird beim Upward-Sampling also tatsächlich interpoliert und die "Treppenstufen" werden verkleinert. Das finde ich schon mal eine erste tolle Information!

die treppenstufen verschwinden übrigens im prozess der am schluss unvermeidlichen DA wandlung komplett. bis rauf zur nyquist-frequenz gibt dir also ein bei 44.1 gesampeltes signal genau dasselbe wieder wie ein signal mit "feineren treppenstufen".

und höhere bittiefe gibt dir letztlich nix weiter als höheren rauschabstand, da wird gerne anhand des "gezogenen gummibands" von einer "besseren auflösung" im hörbaren bereich ausgegangen, die es aber so in der praxis gar nicht gibt. das quantisierungsgedöns ist bei höheren bitrates halt weiter unten im nutzsignal vergraben als bei 16 bit, bei letzterem liegt es aber immer noch bei -neunzigirgendwas db und damit im kontext der meisten genres hinreichend weit vom durchschnittspegel entfernt.

trotzdem machts natürlich sinn im prozess der audioarbeit mit höheren bitrates zu arbeiten, speziell floating point weil hier als weiterer vorteil eine für die praxis sehr hilfreiche übersteuerungssicherheit hinzukommt die so bei 16/24 linear nicht gegeben ist. als argument für niedrigere bitrates bliebe hier eigentlich nur eine gewisse platzersparnis, die aber bei den heutigen plattengrössen völlig irrelevant ist.

anders hingegen bei den samplerates: während die bitrate dem rechner letztlich egal ist weil der mixer intern sowieso mit 32bit float oder mehr arbeitet egal was für files du reinfütterst, wirkt sich eine erhöhung der samplerate direkt auf die gesamtleistung deiner daw aus. ausserdem musst du am schluss angesichts der tatsache dass die weitverbreitetsten zielmedien unverändert 44.1 bzw 48 khz fahren konvertieren. bitrate runterdithern ist ein ziemlich unkritischer prozess, sampleratekonvertierung hingegen nicht, da kann man sehr viel falsch machen und eine nicht blitzsauber vollzogene sampleratekonvertierung wirkt sich x-mal mehr negativ auf den klang aus als eine erhöhung der samplerate dir was positives bringen könnte.

mir hat mal ein masteringstudio bei der schlichten wandlung einer DVD-stereosumme (livekonzert) auf 44.1 für die zugehörige live-CD den kompletten mix verclippt. reg ich mich heute noch drüber auf

 

[Akai31]

wahrscheinlich 'analoge' SCR und den lavry gold als clipper missbraucht...

 

[Jimmy_punk]

oje, ihr schmeisst hier ne menge dinge durcheinander, die nix miteinander zu tun haben.

Ich mach mal nen Beispiel: angenommen ihr wollt das Material, dass ihr auf Audio-CD geliefert bekommt in einer gängigen DAW bearbeiten. Die Audio-CD hat 16 Bit Auflösung und eine Samplerate vom 44,1 kHz, die Daten sind als Ganzzahlen dargestellt, das bedeutet, der kleinste Wert ist eine -32768, der größte Wert entspricht 32767. Wollt ihr diese Daten in die DAW importieren, so wird die DAW die Daten typischerweise in eine Gleitkommazahl (float) mit 32 Bit Darstellung konvertieren (für die interne Verarbeitung). Hierbei könnte eine Skalierung auf den Wertebereich -1,0 bis 1,0 durchgeführt werden, dabei gehen keine Daten verloren, siehe http://de.wikipedia.org/wiki/Gleitkommazahl. Nach der internen Berechnung, wird die DAW die Daten in einer 24 Bit Ganzzahldarstellung auf der Festplatte ablegen. Diese Daten haben einen Wertebereich von -8 388 608 bis 8 388 607, es muss also wieder skaliert werden.

Und jetzt kommt der Trick: weil die Darstellung von Audio-Daten immer einen Maximalwert kennt ( 0 dB = FS, FullScale), gilt quasi: 32 767 = 8 388 607 = 1,0 (analog gilt das für den minimalen Wert).

genau das passiert bei der Konvertierung. Du hast genauso viele Punkte wie vorher..sie liegen nur weiter auseinander.

Nein: Der Unterschied zwischen 16 und 24 Bit Ganzzahldarstellung ist nur, wieviele Stufen zwischen diesen Beiden Maximalwerten zur Verfügung stehen. Und deshalb finde ich das Bild mit dem Gummiband so schlecht nicht, ich würde allerdings vorschlagen, es zu modifizieren:
Die Beiden Enden müssten immer den Gleichen Abstand zueinander haben, nur es passen mehr Punkte im gleichen Abstand zueinander auf das Band: siehe Bild. Und das Signal wird ja auch net lauter dadurch. Genauer gesagt: es können noch leisere Werte dargestellt werden.

Um das Ganze auf die Pegel in Dezibel zu übertragen, eignet sich eher die Darstellung ohne Vorzeichen, das lässt sich einfacher rechnen. Dabei werden die gleichen Daten einfach nur anders interpretiert, die Abstände bleiben aber die gleichen. Im Fall einer 16 Bit Datei werden aus - 1,0 = - 32768 der Wert 0 als kleinster möglicher Wert, aus 1,0 = 32 767 wird 65 535. Jetzt berechnen wir die Auflösung: 1 / 65 536 mögliche Stufen = 0,000 015 ... in Dexibel: 20 * log ( 0,000 015) = -96,329...dB. Für uns reicht -96 dB.
Das oft beschworene Quantisierungsrauschen bewegt sich in diesem Bereich, für Audiomaterial das mit 16 Bit aufgelöst ist!
Die gleiche Rechnung für eine 24 Bit Datei: 20 * log( 1 / 16 777 216 ) = - 144,5 dB. Das Quantisierungsrauschen einer Aufnahme mit 24 Bit wird also bei -144 dB liegen.

Achtung: wenn ich 16 Bit Material nach 24 Bit konvertiere, dann enthält es bereits ein Rauschen mit -96 dB!

mir hat mal ein masteringstudio bei der schlichten wandlung einer DVD-stereosumme (livekonzert) auf 44.1 für die zugehörige live-CD den kompletten mix verclippt

ich behaupte: das kann nicht sein. Weil wenn dein Mix mit 48 oder 96kHz Samplerate kein clipping enthält, dann wird er durch eine Sampleratenconvertierung erstmal auch kein clipping hinzu gefügt bekommen. Einzige Ausnahme bildet hier das sog. Aliasing, wodurch beim Downsampling Frequenzanteile entstehen können, die vorher nicht da sind - diese könnten sich mit vorhandenen Frequenzanteilen addieren. Da musses aber schon mitm Teufel zugehen, denn die gängigen SRC-Tools besitzen zwar durchaus spürbares Aliasing, das bewegt sich im Bereich von -70 bis -90 db (Cubase SRC, siehe oben verlinkter Vergleich!). D.h. dein Mix müsste vorher schon sowas von am Anschlag gewesen sein, damit die zusätzlichen -70 db ihn zum clippen bringen.

Wie definiert sich denn die "Bitrate" bei Audio? Bits/Sekunde?

Ist das wirklich ernst gemeint? Ein Signal wird in der digitalen Darstellung zeitdiskret dargestellt: x Samples / Sek. und Quantisiert: x Bits / Sample.

Grüße

 

[Soundkraft]

Achtung: wenn ich 16 Bit Material nach 24 Bit konvertiere, dann enthält es bereits ein Rauschen mit -96 dB!

Der Gummibandvergleich sollte eigentlich nur darstellen wie sich der Wertebereich verändert.
Von Verbesserung hab ich nix geschrieben. Da muss mann dann auch die Aufnahme von einer Konvertierung trennen. Klar kann man aus Schei..e (16bit-Aufnahme) kein Gold (echte 24Bit-Aufnahme) machen
Dein angehängtes BIld ist aber auf jedenfall das "korrekter gezogene Gummiband"

Aber eigentlich sind wir ja alle am Thema vorbei...gibts denn nun ein Buch zu dem Thema oder wird das in Mastering/Mixingbüchern abgehandelt?