Audiodatenformate

Ein kleiner Überblick

Über die traditionellen

Audiodatenformate

Gliederung• Überblick/Entwicklungsskizze• Ausgewählte Formate im Detail

– Unkomprimierte– Das SND-Format– Das WAV(PCM) bzw. AU Format– Das AIFF Format

– Komprinierte– AIFF-C– MOD-Format– (MIDI-Format)

– Vergleich– ADAT

Überblick/Entwicklung

Das SND-FormatSND

Wird bei NeXT und Sun verwendet

Besteht aus Kopf (SNDSoundStruct) und Daten

Bei NeXT z.B. in eine Standartbibliothek (Sound Kit) einge- bunden, wodurch Bearbeitung des Klanges ohne Kenntnis vom inneren Aufbau einer SND Datei möglich ist

Aufbau des SNDSoundStruct

Aufbau in C Syntax

typedef struct {

int magic; /*magic number SND_Magic*/

int dataLocation; /*offset or pointer to the data*/

int dataSize; /*number of bytes of data*/

int dataFormat; /*the data format code*/

int samplingRate; /*the sampling rate*/

int channelCount; /*the number of channels*/

char info[4]; /*optional text information*/

}SNDSoundStruct;

WAV(PCM) AIFF

Die Entwicklung

EA IFF 85-Format

RIFF-Format

Microsoft

WAV-Format

Windows

AIFF

Apple /Mac

Der Aufbau der Wav-FormatesChunk Name Beschreibung*FORM Wave- Chunk Enthält alle weiteren Chunks

* FMT Format-Chunk Die Parameter der Audio-Daten

(Samplerate etc.)

* DATA Data-Chunk Die Audio-Daten, falls das (unkomprimierte)

PCM-Aufzeichnungsformat benutzt wird.

FACT Fact-Chunk Angaben zum Aufzeichnungsformat, falls nicht PCM benutzt wird.

??? CuePoint-Chunk Eine Liste von Markierungen

??? PlayList-Chunk Eine Reihenfolge, wie die Karkierungen abzuspielen sind.

??? AssocDataList-Chunk Eine Liste Anwendungsspezifischer Daten

Der FMT-ChunkName Beschreibung

Format-Typ Mono oder Stereo

Kanalzahl 1 oder 2

Sample-Rate

In Samples pro Sekunde (Hertz)

Byte-Rate In Bytes pro Sekunde (hilft bei der Bemessung des Audiopuffers

beim Abspielen)

Bytes pro Sample

Die Größe eines Samples (die Summe aller Kanäle)

Bits pro Sample

Diese Angabe ist PCM-Spezifisch .Werte des nächsten Abtastzeitpunktes (1-8 N+; 9-16 2er-Komplement)

Der Code des Wave Chunks in CForm Chunk

Typedef struct{

ID ckID; /*=Form*/

long ckSize; /*=Länge in byte*/

ID formType; /*= Wave */

char chunks[ ]; /*Korrektur-byte

falls ckSize

ungerade ist*/

}WaveChunk;

Format ChunkTypedef struct {ID ckID; /*= Format */long ckSize;unsigned short wFormatTag;

(= WAVE_FORMAT_PCM)unsigned short nChannels;unsigned long nSamplesPerSec;unsigned long nAvgBytesPerSec;unsigned short nBlockAlign;unsigned short nBitsPerSample;}FormatChunk

Der Data Chunk enthält nur die Audiodaten

Der Aufbau des AIFF-Formates

Chunk Name Beschreibung*FORM Format-Chunk Enthält alle weiteren Chunks in beliebiger

Reihenfolge

*COMM Common-Chunk Die Parameter der Audiodaten

*SSND Sound Data-Chunk Die Musikdaten

MARK Marker-Chunk Ermöglicht mehrere Zeitpunkte innerhalb der Abtastwerte zu kennzeichnen

INST Instrument-Chunk Kann zur Erzeugung digitalisierter Instrumentenklänge verwendet werden.

Enthält Marker

Darüber hinaus gibt es noch eine Reihe weiterer Chunks!

Der Common Chunk

typedef struct {

ID ckID; /* =COMM */

long ckSize; /* =18*/

short numChannels;

unsigned long numSampleFrames;

short sampleSize;

extended sampleRate;

} CommonChunk

Der Sound Data Chunk

typedef struct {

ID ckID; /* = SSND*/

long ckSize;

unsigned long offset;

unsigned long blockSize;

unsigned char soundData [ ];

} SoundDataChunk

Der Code des AIFF Chunks in CDie Syntax des Form Chunks gleicht der des Wave Chunks

Komprimierung von Musikdaten

• Digitalisierung von Musik

• Große Datenmengen möglicher Ausweg Komprimierung

• Probleme bei der Komprimierung

– Komplexität des Verfahrens

– Datenverlust

– Qualitätsverlust

Von AIFF zu AIFF-C

• AIFF-C ist eine Erweiterung von AIFF zur Verwendung von komprimierten Klangdaten.

• Der grundsätzliche Dateiaufbau bleibt unverändert.• Der Form Chunk hat den gleichen Aufbau wie bei AIFF. Der einzige

Unterschied besteht im Inhalt des Formtyps, der jetzt `AIFC‘ heißt. Außerdem muß er genau einen Format Version Chunk enthalten.

• Der Common Chunk wurde im Vergleich zu AIFF um zwei Angaben erweitert:

ID compressionType;Pstring compressionName;

• Im Sound Data Chunk folgen die komprimierten Daten der einzelnen Kanäle immer hintereinander, gefolgt von den Daten des nächsten Zeitintervalls.

Das MOD Audioformat

• völlig andere Herangehensweise an das Komprimieren der Daten

• kein pures Sampling

• mehrere kurze Samplings (Instrumente) und eine Partitur mit Noten

• Hoher Produktionsaufwand

• Bearbeitungsprobleme

• Kein Rechenaufwand bei der Komprimierung

Aufbau des Mod FormatesPos Länge Typ Beschreibung

1 20 Char Titel des Liedes (falls <20 mit Nullen

aufgefüllt)

21 22 Char Name des 1.Samples (Instrumentes)

43 2 BigEnd Länge des Samples in 2-byte words

45 1 SNibble Tonhöhe (variierbar in 1/8 Haltonschritten)

46 1 Byte Lautstärke ( 0 [-36.1dB]-64 [0.0dB] )

47 2 BigEnd Anzahl der zu spielenden Töne

49 2 BigEnd Länge der zu spielenden Töne

51 30 Information zum 2. Sample

921 30 Information zum 31. Sample

951 130 Byte Songinformationen , Partitur

1081 4 Char File Format Tag

Das Midi Format

• Noch „kleiner“ als das MOD-Format• Nur noch abspeichern von Nummern• Informationen zu den Nummern in Software

oder Hardware• Da genaue Instrumentendefinitionen häufig

nicht vorhanden sind,ist eine getreue Wiedergabe fast nicht möglich

Vergleich der Datenmengen der einzelnen Formate

Objekt Benötigte Datenmenge

Komplettes dickes Buch (300 Seiten) 700 KB

1 min. unkompr. Audioaufzeichnung (CD) 10 MB

1 min. hochkompr. Audioaufzeichnung (CD) 1 MB

1 min Audioaufzeichnung (Telefonqualität) 1 MB

Dateiformat Datenmenge(pro h) Bemerkung

Wav /AIFF ... 600 MB CD-Qualität (16bit, 44kH)

MOD 60 MB fast CD-Qualität

MIDI 200 KB schlechtere Qualität

ADAT (Datenübermittlung)

Problem: Übertragung digitaler Audiodaten ohne Informationsverlust.

1.Entfernung

2.Taktfrequenz

3. Kanalmenge

Lösung: ADAT

Aufbau Teil 1

Einsbit4 Daten

Informationsbits

1 Kanal

Kanal 1 Kanal 2 ..... Kanal 8User Bits

10 Nullbits

Aufbau Teil 2Stellenanzahl Inhalt(6*4)*8= 192 Kanalinformationen

48 1bit nach jedem 4er Block

4+1 Userbits plus 1bit

10+1 Nullbits am Ende

=256

Beispiel (vier Kanäle,kein Userbit)

0000 0000 0000 0000 Information von 4 Kanälen

0000100001000010000100000000001 im ADAT Format

0000111110000011111000000000001 kodiert