Ist verlustfreie Kompression Kompression?

[Heiner66]

Irgendwie finde ich nicht die passende Kategorie für diese Frage, aber vielleicht geht es hier einigermaßen. Wir hatten ja neulich schon mal so einen "philosophischen" Thread über Lautheit anläßlich der Vorstellung, es müsse ein Plugin geben, das online die Lautheit verschiedener Spuren angleicht. Vermutlich ist es hier ähnlich. Aber vielleicht auch nicht.

> Was ist der grundsätzliche Unterschied zwischen verlustfrei komprimierenden Formaten und nicht komprimierenden ?

Gibt es dafür wirklich ein hartes Unterscheidungskriterium?

Wiki spricht bei Audioformaten wie ALAC, FLAC usf. von "verlustfreier Kompression" (gegenüber verlustbehafteter Kompression bei Formaten wie MP3, WMA usf.). Analog bei Bildformaten PNG, WEBP gegenüber JPEG usf. ( http://de.wikipedia.org/wiki/Bildkompression ). Aus den verlustfreien Formaten kann man also immer wieder ein WAV oder eine CDA-Datei bitidentisch erzeugen (ein TIFF oder BITMAP).

Bei komprimierten Formaten ist immer von Codecs die Rede, die die Dateien bei ihrer Erzeugung codieren und bei jedem Abspielvorgang decodieren (weshalb auch die Verarbeitungstiefe verschiedener Player beworben wird).

Wird im Umkehrschluss bei den unkomprimierten Formaten wie WAV nun nicht in diesem Sinne decodiert, sondern werden die Dateien in einem anderen, eindeutig unterscheidbaren Sinne einfach nur "gelesen"?

Und falls ja, was heißt das? Als Laie ist für mich eigentlich jeder Audiogenuß via PC ein Interpretationsvorgang digitaler Daten durch Software - wobei die komrimierten Formate offenbar mehr Rechenleistung erfordern - aber ist es dann nicht eine Frage des graduellen Rechenaufwandes, ob ein Format als verlustfrei komprimierendes gilt oder nicht?

Kommt in der Codierung eines Formates und des Aufwandes seiner Decodierung beim Abspielen nicht schlicht die Nähe oder Ferne des jeweiligen Codes zur Maschinensprache zum Ausdruck und wäre damit eigentlich graduell und nicht kategorial von anderen Formaten zu unterscheiden?

Wäre dem so, könnte man anstelle von Kompression ja auch von Interpretation oder Konvertierung sprechen, alles nur eine Frage des Maßes...

Wer weiß hierzu mehr?

Gruuuß,

Heiner

 

[TinDD]

Nein, es sind schon zwei verschiedene Kategorien. Verlustbehaftete Kompression heisst, du kriegst das Original NICHT mehr exakt wiederhergestellt. Bei Verlustfreier Kompression hingegen schon.

 

[Lacunaflow]

Verlustfrei bedeutet ich habe jetzt einen bit code der lautet z.b. 11111111
Der Komprimiercodek speichert aber dann 8x1

Das macht bei Millionen von Codezeilen eine erhebliche ersparnis!


Der verlustbehaftete code analysiert das signal, und speichert nur die relevanten dinge, je nach einstellung mehr oder weniger, daher können diese daten auch niemals wieder hergestellt werden!

 

[Heiner66]

Danke für Euer Engagement, aber Ihr habt beide die Frage zu flüchtig gelesen...

 

[Lacunaflow]

Hmm, habe sie nochmal gelesen, bleibe bei meiner Antwort.


lg.

 

[Fritz]

Irgendwie finde ich nicht die passende Kategorie für diese Frage, aber vielleicht geht es hier einigermaßen. Wir hatten ja neulich schon mal so einen "philosophischen" Thread über Lautheit anläßlich der Vorstellung, es müsse ein Plugin geben, das online die Lautheit verschiedener Spuren angleicht. Vermutlich ist es hier ähnlich. Aber vielleicht auch nicht.

> Was ist der grundsätzliche Unterschied zwischen verlustfrei komprimierenden Formaten und nicht komprimierenden ?

Gibt es dafür wirklich ein hartes Unterscheidungskriterium?
]Heiner[/color]

Moment, Moment!

Kann es sein, dass du Dynamikkompression mit Datenkompression (bzw. Datenreduktion) verwechselst? Das sind zwei (aber sowas von) grundverschiedene Dinge (die leider beide meist salopp mit "Kompression" bezeichnet werden).


Und ja, es gibt ein hartes Unterscheidungskriterium.

Der Punkt ist: Es gibt Formate (wie Wav), da sind die Unterschiede zum analogen Quellsignal (Aufnahme) oder Zielsignal (Wiedergabe) nur durch die Bandbegrenzung und Bittiefe der AD bzw DA Wandlung gegeben. Wenn dem Datenstrom an sich nichts passiert (Übertragungsfehler, z.B. Kratzer auf der CD (gut ja, streng genommen ist es dann keine wav Datei mehr, aber der Datenstrom ist ja ident)), dann gibt es auch keine zusätzlichen Abweichungen/Fehler. Es gibt auc Methoden, diesen Datenstrom nicht mittels PCM-Codierung zu speichern -> verlustfreie Datenkomprimierung.

Anders verhält es sich bei den datenreduzierten Formaten (aka verlustbehaftete Komprimierung) wie mp3 oder neuer MPEG 2 Formaten (AAC Varianten, etc). Dort wird zusätzlich (zu AD DA Wandlung, gegenüber dem analogen Signal) nochmal Information entfernt (in der digitalen Ebene), die als irrelevant für den Konsumenten betrachtet wird - dies mehr oder weniger stark, je nach gewünschtem Speicherbedarf/Bandbreite.

Das ist aber ein sehr großes mitunter sehr komplexes Thema (auf der teschnischen Seite).

 

[Heiner66]

Nochmal ganz langsam:

es geht einzig um die Unterscheidung zwischen den sogenannten nicht komprimierenden Formaten wie bspw. WAV oder CDA und den sogenannten verlustfrei komprimierenden wie FLAC oder ALAC. Und zwar worauf die Unterscheidung beruht - ist es eine eindeutige technische Unterscheidung oder mehr eine begriffliche:

Der Begriff der Kompression bedarf ja einer Referenz - etwas wird komprimiert. Ist diese Referenz das WAV-Format (bzw. die Auflösung 16 bit 44,1 kHz), gemessen an dem FLAC und ALAC - bei gleicher Qualität - einfach nur kleiner sind? Aber dann könnte man auch von einer Konvertierung sprechen.

Liegt in der Art der Interpretation von verlustfrei komprimierenden Formaten etwas, was neben der Verkleinerung den Begriff "Kompression" rechtfertigt?

Der Unterschied zwischen verlustbehaftet komprimierenden wie MP3 usf. und NICHT KOMPRIMIERENDEN wie WAV usf. IST KLAR - siehe WIKI-Artikel.

@Fritz: Meine Güte, wie kommst Du denn jetzt darauf? Es geht doch hier eindeutig ausschließlich um Datenkompression.

Gruuuß,
Heiner

 

[Lacunaflow]

Und zwar worauf die Unterscheidung begrifflich beruht.

Flac packt halt die Daten, musst du dir vorstellen wie zip.

 

[ewo]

Ich weiß nicht, ob ich die Frage koplett verstanden hab, aber ich probier's mal...

> Was ist der grundsätzliche Unterschied zwischen verlustfrei komprimierenden Formaten und nicht komprimierenden ?

Der Unterschied ist natürlich die Kompression. Egal ob verlustbehaftet oder nicht, der Unterschied zwischen komprimierten Daten und nicht komprimierten ist erstmal die Kompression. Als Kompression wird hier die Reduktion des Datenvolumens bezeichnet.

Gibt es dafür wirklich ein hartes Unterscheidungskriterium?

Jein. Wenn ein Analogsignal 24 Bit / 96 kHz digitalisiert wird und schlussendlich 'unkomprimiert 16 Bit / 44.1 kHz gespeichert wird, könnte man das als verlustbehaftete Kompression bezeichnen.
Umgangssprachlich wird es aber nur dann komprimiert bezeichnet, wenn ein Algorithmus explizit Datenredundanz und/oder 'unhörbares' entfernt.

Wird im Umkehrschluss bei den unkomprimierten Formaten wie WAV nun nicht in diesem Sinne decodiert, sondern werden die Dateien in einem anderen, eindeutig unterscheidbaren Sinne einfach nur "gelesen"?

'Nur gelesen' gibt es eigentlich nicht. Die Daten müssen immer irgendwie 'analogisiert' werden. Wie oben bestimmt auch hier der verwendete Algorithmus über die Begrifflichkeit.

Und falls ja, was heißt das? Als Laie ist für mich eigentlich jeder Audiogenuß via PC ein Interpretationsvorgang digitaler Daten durch Software - wobei die komrimierten Formate offenbar mehr Rechenleistung erfordern - aber ist es dann nicht eine Frage des graduellen Rechenaufwandes, ob ein Format als verlustfrei komprimierendes gilt oder nicht?

Der Rechnenaufwand ist sekundär (es kann z.B. auch über Hardware encodiert und decodiert werden). Es geht um die (willkürliche?) Definition eines Kompressionsalgorithmus. Run-Length Encodings sind extrem einfach, der Rechenaufwand ist minimal. So könnte der Aufwand für ein Stereo 16 Bit RL decoding geringer sein, als der für ein (unkomprimiertes) interleaved 32 Bit Floating Point decoding. Es ist also die explizite Benutzung eines Kompressionsalgorithmus, der den Namen vorgibt.

Kommt in der Codierung eines Formates und des Aufwandes seiner Decodierung beim Abspielen nicht schlicht die Nähe oder Ferne des jeweiligen Codes zur Maschinensprache zum Ausdruck und wäre damit eigentlich graduell und nicht kategorial von anderen Formaten zu unterscheiden?

Jein - die nähe zu 'Maschinencode' hat IMO nichts damit zu tun, aber der 'Sinn' (also komprimierend oder nicht) des verwendeten Algorithmus bestimmt den Namen (Ich glaube, ich wiederhole mich...)

Wäre dem so, könnte man anstelle von Kompression ja auch von Interpretation oder Konvertierung sprechen, alles nur eine Frage des Maßes...
Im Grunde ist es immer eine Interpretation oder Konvertierung, da digitale Signale per se nicht direkt wiedergegeben werden können sondern über irgendwelche Verfahren analogisiert werden müssen.

Wer weiß hierzu mehr?
Keine Ahnung, sorry.

-ewo

 

[Fritz]

Nochmal ganz langsam:

es geht einzig um die Unterscheidung zwischen den sogenannten nicht komprimienden Formaten wie bspw. WAV oder CDA und den sogenannten verlustfrei komprimierenden wie FLAC oder ALAC.

Der Unterschied zwischen verlustbehaftet komprimierenden wie MP3 usf. und NICHT KOMPRIMIERENDEN wie WAV usf. IST KLAR - siehe WIKI-Artikel.

@Fritz: Meine Güte, wie kommst Du denn jetzt darauf? Es geht doch hier eindeutig ausschließlich um Datenkompression.

Gruuuß,
Heiner

Nun, dann hab ich wohl die ersten Zeilen deines ersten Beitrags falsch verstanden. Hätte mich auch gewundert.

Zitat:

"es geht einzig um die Unterscheidung zwischen den sogenannten nicht komprimienden Formaten wie bspw. WAV oder CDA und den sogenannten verlustfrei komprimierenden wie FLAC oder ALAC."

Gut. Mir war die Fragestellung bisher wohl nicht ganz klar. Ich habe jedenfalls den Eindruck, dass du keine sehr klare Vorstellung von den Vorgängen bei der Komprimierung/Codierung hast.

Mal ein paar Zeilen zu diesem (wie ich finde sehr interessanten) Thema:

-) Verlustbehaftete (mp3, aac & co): Das Signal wird durch eine Filterbank (in nahezu perfekt disjunkte) Frequenzbänder zerlegt; nach einem groben Modell des Gehörs wird bestimmt, welche Anteile in jedem Teilband relevant sind und welche nicht. Mit entsprechend nötiger Anzahl bits wird dann in jedem Band das Signal codiert.

-) Verlusftfreie Komprimierung: Ich kenne hier die Verfahren, die im wesentlich auf linear prediction basieren: Das Signal wird durch ein mathematisches "Modellsignal" beschrieben. Letztlich versucht das System das Spektrum des Signals (Zeitabschnitt für Zeitabschnitt) möglichst genau zu erfassen; dafür sind Parameter notwendig, diese werden gespeichert. Außerdem werden auch die Abweichungen zwischen den Schätzwerten (Modellsignal) und dem tatsächlichen gespeichert. Ein weiterer Punkt ist die Benutzung kurzer Kodewörter für häufig auftretende Symbole und vice versa.
Insgesamt ergibt sich eine Reduzierung des Speicherbedarfs, die gesamte Information bleibt aber erhalten und nur anders dargestellt (im Vergleich zu PCM/wav).

hth

Zwischen diesen beiden Verfahren besteht also ein wesentlicher Unterschied in der Funktionsweise.

PS: wenn du Zugang hast, in "Udo Zölzer: Digitale Audiosignalverarbeitung" findet sich das ganz gut zusammengefasst.

 

[Nordwest7]

Dort wird zusätzlich ... nochmal Information entfernt... die als irrelevant für den Konsumenten betrachtet wird

Durch die Informationsreduktion wird das Signal gröber bzw. ungenauer dargestellt, das entspricht, akustisch gesehen, dem *hinzufügen* eines Störgeräuschs!
Diese Störgeräusch wird vom Encoder möglichst so gewählt, dass es in der Verdeckung durch das Nutzsignal bleibt.
Etwas anderes ist es, wenn man die Sample-Rate reduziert - da werden dann wirklich einfach die hohen Frequenzen weggefiltert, da hat die (dadurch mögliche) Datenreduktion eine direkte akustischen Entsprechung!

 

[Heiner66]

Klasse, EWO, danke!!

@Fritz: Ja, ich finde es auch interessant, obwohl es so akademisch daherkommt. Danke für Deine Erklärung - die gewissermaßen die halbe Fragestellung abdeckt - denn anstelle des sogenannt unkomprimierten Formates WAV erklärst Du die verlustbehaftete Komprimierung.

Ich will aber auf den Unterschied zwischen der von Dir erklärten verlustfreien Komprimierung und dem (sogenannt) GAR NICHT komprimierenden WAV- oder CDA-Format hinaus - siehe EWOs Antwort.

@Lacunaflow: Die Metapher des Zips finde ich anschaulich - so ähnlich stelle ich es mir auch vor. Und in diesem Bilde stelle ich die Frage nach dem prinzipiellen Unterschied von gezippt und ungezippt.

 

[TinDD]

Nochmal ganz langsam:
es geht einzig um die Unterscheidung zwischen den sogenannten nicht komprimierenden Formaten wie bspw. WAV oder CDA und den sogenannten verlustfrei komprimierenden wie FLAC oder ALAC. Und zwar worauf die Unterscheidung beruht - ist es eine eindeutige technische Unterscheidung oder mehr eine begriffliche:
Heiner

Dann hast du recht, das würde ich auch als fliessenden Übergang empfinden.

1. Extrem: Braindead Speicherung der Daten seriell (wav)

2. Extrem: mathematische aufwendigste Verknurpselung der Daten so dass sie möglichst platzsparend gespeichert werden können (zip)

Dazwischen liegen graduelle Arten der intelligenten platzsparenden Speicherung, wo noch keine ausgefallene Logik erforderlich ist. Z.Bsp. statt den Absolutwert zu Speicher wird die Differenz zum vorhergehenden Wert gespeichert, oder das Beispiel von Lacunaflow mit 111111111 = 8x1.

 

[Soundkraft]

Wenn ich jetzt mal spitzfindig bin (und das bin ich gern ) dann ist jedes digitale Abbild aus der analogen Welt schon für sich eine "Kompression". Egal wie hoch die Bitrate und die Abtastfrequenz ist....das "Original" hat immer noch Werte dazwischen.

Bezogen auf Dateiformate gilt aber:

Wenn die Originalquelle zu 100% bitgenau wieder so hergestellt werden kann ist es Verlustfrei.

Wenn nicht, dann ist es verlustbehaftet.

Der Hauptunterschied: Der verlustfreie Kompressionsalgorithmus interpretiert die Daten nicht sondern packt sie nur enger zusammen.

Der verlustbehaftete interpretiert ihn durch den ENCODER und trifft Entscheidungen, welche Daten gebraucht werden bzw verändert werden. Da die Daten auf eine Weise verändert wurden in der man erstmal nichts mehr mit ihnen anfangen kann braucht man dann den dazugehörigen DECODER um wieder an ein allgemein "lesbares" Format zu kommen. Das Endergebnis ist aber nicht mehr die Quelldatei vorm Einlesen in den Encoder sondern das Ergebnis der Encodierung.

Weiss nicht obs darum geht...isn bisschen schwer zu verstehen was du überhaupt mit der Frage bezweckst, da dir ja eigentlich klar ist, wo der Unterschied liegt

Edit : Oh..da hab ich wohl eh zu lange gebraucht

 

[Heiner66]

]ewo schrieb in #9: Im Grunde ist es immer eine Interpretation oder Konvertierung, da digitale Signale per se nicht direkt wiedergegeben werden können sondern über irgendwelche Verfahren analogisiert werden müssen.-ewo

]Soundcraft schrieb in #14: Wenn ich jetzt mal spitzfindig bin (und das bin ich gern ) dann ist jedes digitale Abbild aus der analogen Welt schon für sich eine "Kompression". Egal wie hoch die Bitrate und die Abtastfrequenz ist....das "Original" hat immer noch Werte dazwischen.

Da WAV-Dateien offenbar (hoffentlich) auch eine Zusammenfassung der Maschinensprache darstellen, ist es m.E. nicht wirklich gerechtfertigt, bei Formaten wie FLAC oder ALAC von Kompressionsformaten zu sprechen. Sie transportieren die gleiche Abtastrate und Samplingtiefe wie das CD-Format bei geringerer Datenmenge und dabei nicht einmal höherem Decodieraufwand:

ewo schrieb in #9: Run-Length Encodings sind extrem einfach, der Rechenaufwand ist minimal. So könnte der Aufwand für ein Stereo 16 Bit RL decoding geringer sein, als der für ein (unkomprimiertes) interleaved 32 Bit Floating Point decoding.

)

So gesehen scheint mir, dass diese Formate dieselbe Information einfach effizienter / intelligenter codieren, oder?

 

[Bccc1]

Die selben Informationen auf weniger Platz zu speichern ist doch eine Kompression. Warum sollten FLAC und ALAC keine komprimierten Formate sein?

 

[TinDD]

Da WAV-Dateien offenbar (hoffentlich) auch eine Zusammenfassung der Maschinensprache darstellen, ist es m.E. nicht wirklich gerechtfertigt, bei Formaten wie FLAC oder ALAC von Kompressionsformaten zu sprechen. Sie transportieren die gleiche Abtastrate und Samplingtiefe wie das CD-Format bei geringerer Datenmenge und dabei nicht einmal höherem Decodieraufwand:

Doch, der Aufwand ist höher, allerdings nur wenig. In einer wav stehen die Samples hintereinander weg so wie sie letztendlich an den DAC gegeben werden, sozusagen ein serieller Stream. In einer flac müssen erst (einfache) Rechenoperationen ausgeführt werden bevor die Samples als serieller Stream vorliegen. Ist also eine, wenn auch einfache, Kompression.

 

[Heiner66]

Ja, wenn das WAV-Format eine standardmäßige Datenverarbeitung für alle DACs vorgibt, kann man - eben immer unter Bezugnahme auf diesen Standard - von Kompression sprechen.

Bccc1 schrieb in #16: Die selben Informationen auf weniger Platz zu speichern ist doch eine Kompression.

Nicht automatisch - es kommt auf die Referenz an. Ginge man vom FLAC aus, könnte man auch sagen: WAV ist eine Expansion...

 

[TinDD]

@Heiner: das siehst du glaube ich ZU abstrakt jetzt. Wav ist genau der Stream an Samples der an den DAC gegeben wird.

 

[Heiner66]

Ich glaub, ich habe Dich verstanden, TinDD: alle DACS erwarten den "WAV-Stream" - richtig? Dann stimme ich DIr zu, dass eine zuvor erforderliche Wandlung bei ALAC und Co eine Kompression darstellt, weil der WAV-Stream dann eben die Bezugsgröße ist.

Bloß warum kann mein Autoradio dann eigentlich MP3s von USB-Stick, aber keine WAVS abspielen?