Compressione audio digitale: differenze tra le versioni
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== Descrizione ==
Un file è una sequenza di cifre binarie (bit) utilizzata come veicolo di [[informazione]]. Comprimere significa ridurre il numero delle cifre che costituiscono la sequenza mantenendo l'[[informazione]] inalterata o in un intorno dell'informazione originaria (ossia facendo in modo che la nuova informazione approssimi quella precedente).
=== Motivazioni ===
I motivi della [[Compressione dei dati|compressione]] sono:
*
* impiegare minor tempo in fase di trasmissione dati.
Il costo da pagare è l'aumento dei tempi di lettura/scrittura legati rispettivamente a tempi di decompressione/compressione. Nel caso di file audio si ha un costo anche in termini di qualità dell'audio.
=== Tipologie ===
Esistono due tipi di compressione:
* con perdita (''[[Compressione dati lossy|lossy]]''): quando l'informazione contenuta nel file compresso è minore di quella contenuta nel file di origine
* senza perdita (''[[lossless]]''): quando l'informazione contenuta nel file compresso è identica a quella contenuta nel file di origine
La prima permette compressioni maggiori, ma a scapito della qualità sonora.
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== Compressione con perdita ==
=== Premessa ===
Dal risultato della compressione audio con perdita non si può più ottenere un suono identico all'originale ma la riduzione ottenibile è molto spinta: con rapporti di compressione di 10 a 1, il risultato è quasi indistinguibile dall'originale ma ci si può spingere anche oltre a discapito della qualità.
Gli studi di [[psicoacustica]] hanno permesso di accertare che l'uomo non è sensibile nello stesso modo a tutte le [[frequenza|frequenze]] e che un suono ad alta [[intensità acustica|intensità]] ne maschera uno con frequenza vicina ma intensità più bassa. Sfruttando queste ed altre considerazioni, si può pensare di eliminare l'informazione che non verrebbe comunque percepita ed ottenere quindi un buon rapporto di compressione.
=== L'approccio Time/Frequency ===
I principali algoritmi di compressione ''lossy'' dei segnali audio si basano su tecniche di tipo ''time/frequency'', per mezzo delle quali, il segnale audio viene preliminarmente scomposto in finestre temporali e processato da un banco di [[filtro digitale|filtri digitali]], al fine di rappresentarlo in molteplici sotto-bande nello [[Rappresentazione spettrale dei segnali|spettro]] audio. Successivamente, ciascuna sotto-banda viene [[quantizzazione (elettronica)|quantizzata]] considerando sia la potenza in essa convogliata (a maggior potenza corrisponde, come regola generale, una maggiore quantizzazione), sia la sensibilità dell'udito umano, nonché gli effetti [[psicoacustica|psico-acustici]]. Uno dei principali limiti dell'approccio ''time/frequency'' risiede nella possibilità che le proprietà intrinseche del segnale audio da comprimere non siano stazionarie nella finestra temporale di analisi. In questo caso, il rumore di quantizzazione introdotto in ciascuna sotto-banda, distribuendosi sull'intera finestra temporale di analisi, può indurre dei gravi effetti distorsivi che deteriorano la qualità del segnale. Per ovviare a tale problema, in molti degli standard di uso comune, sono state adottate tecniche di adattamento dinamico della finestra temporale di analisi (in presenza di segnali non stazionari si riduce la dimensione della finestra di analisi) e di predizione nel dominio della frequenza.
* [[mp3]] (MPEG-1 Layer III) è stato introdotto negli [[anni 1980|anni ottanta]] ed è il più popolare. Essendo il più antico, è anche il meno efficiente e spesso il peggiore in termini di qualità.▼
=== Alcuni esempi di codec lossy ===
▲* [[
* [[Windows Media Audio]] (WMA) è molto diffuso sui sistemi [[Microsoft Windows|Windows]].
* Ogg [[Vorbis]] è un codec più efficiente dell'
* [[Advanced Audio Coding|AAC]] è stato reso popolare dalla Apple. Apple's [[iTunes]] Music Store fa uso di file compressi con
* [[Dolby Digital]] (
* MPC o [[Musepack]] è un formato opensource con una qualità maggiore dell'mp3 a parità di bitrate.
* Ogg [[Opus (codec audio)|Opus]] è un codec audio aperto e royalty-free, è stato sviluppato nel 2012 con il risultato della collaborazione di molte organizzazioni, come [[IETF]], [[Mozilla]], [[Microsoft]] (per [[Skype]]), [[Xiph.Org Foundation|Xiph.Org]], [[Octasic]], [[Broadcom]] e [[Google Inc.|Google]]. Ha un ritardo algoritmico molto basso rispetto ai formati musicali più popolari come [[MP3]], [[Vorbis]] e [[HE-AAC]] e può competere con loro in termini di rapporto tra qualità e velocità di trasmissione.
== Bitrate ==
I file [[multimediale|multimediali]] sono per loro natura connessi al tempo che scorre. In altri termini ad ogni secondo è associato un certo contenuto informativo e quindi una certa sottosequenza di cifre binarie. Il numero di cifre binarie che compongono queste sottosequenze è detto bitrate. In altre parole il bitrate è il numero di cifre binarie impiegate per immagazzinare un secondo di informazione. Questo può essere costante per tutta la durata del file o variare all'interno di esso. Ad esempio i cd musicali vengono campionati (registrati) ad una frequenza pari a 44.100[[Hertz|Hz]]. Da ciò si evince che ogni secondo si hanno 44.100 valori registrati dall'ipotetico microfono che vanno poi moltiplicati per i 2 canali del suono stereo che vanno a loro volta moltiplicati per 2 poiché la registrazione avviene a 16 bit (pari appunto a 2 byte). Quindi avremo:
44.100 x 2 x 2 x 60 (secondi) = ~10 MB ogni minuto
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Una compressione ''lossy'' effettua un compromesso fra la perdita d'informazione e la dimensione del file finale, mentre una ''lossless'' deve bilanciare la dimensione del file finale con i tempi di esecuzione dell'algoritmo.
Esistono anche codec in grado di utilizzare un approccio ibrido, utilizzando una compressione lossy e generando un blocco di correzione, in modo da ricostruire l'onda sonora senza alterazioni qualitative; attualmente i codec in grado di adottare anche questa strategia sono WavPack, OptimFrog DualStream e MPEG-4 SLS.
== Bibliografia ==
{{Formati di compressione}}▼
* {{cita libro |lingua=en |autore=Khalid Sayood |titolo=Introduction to Data Compression|url=https://archive.org/details/introductiontoda0000sayo_v8a9 |edizione=4th ed. |editore=Morgan Kaufmann |anno=2012 |isbn=978-0124157965}}
* {{cita libro|autore1=Pietro Valocchi|autore2=Daniele Sereno|titolo=[[s:it:Codifica numerica del segnale audio|Codifica numerica del segnale audio]] |anno=1996|ISBN=978-8885280557|editore=SSGRR}}
== Voci correlate ==
* [[Codec audio]]
== Altri progetti ==
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