Das Audiocodec-Abc

Beim Digitalisieren eines Videos oder Musikstücks kommen Codecs zum Zug. Der Begriff wurde aus den englischen Wörtern «Coder» und «Decoder» gebildet. Dabei handelt es sich um Computeralgorithmen, die Ton- oder Bildsignale kodieren bzw. dekodieren – mit verlustfreier oder verlustbehafteter Kompression. Es gibt Codecs für Audioformate, für Videos, aber auch für Sprachübertragung etwa bei der IP-Telefonie. Der Zweck der Codecs liegt darin, zum Beispiel Musik möglichst originalgetreu – sprich in hoher Qualität – zu speichern. Dies natürlich am liebsten, ohne allzu viel Speicherplatz zu belegen oder ohne beim Streaming zu viel Netzwerkbandbreite zu verbraten. Es ist daher ein Balanceakt: Wie stark darf man komprimieren, sodass es für den gewünschten Zweck noch gut genug klingt?

Ein Codec ist übrigens nicht das Gleiche wie ein Dateiformat, obwohl es Codecs gibt, die gleich heissen wie manche Dateiformate (zum Beispiel MP3 ist beides), in denen die gleichnamigen Codecs verwendet werden. Zuerst jedoch etwas Grundwissen und Fachbegriffe zum Thema Audiocodecs.

Die lassen sich am besten anhand von Videoformaten erklären, aber es gibt auch Audiocontainer. Zum Beispiel bei vertonten Videodateien könnte zum Kodieren des Videoteils der Codec H.264 verwendet werden, fürs Kodieren der Soundspur vielleicht AAC oder MP3 – und das Ganze steckt dann in einem Container, beispielsweise des Dateityps .mkv oder .mp4. Eine Software, die diese Dateien abspielen kann, muss nicht nur das Containerformat kennen, sondern auch mit den darin verwendeten Codecs vertraut sein.

Diese beiden Begriffe bedeuten ungefähr das, was Sie vermuten dürften. Eine verlustfreie Kompression sorgt dafür, dass keinerlei Bits verloren gehen. Das ist fast so, als würden Sie ein Word-Dokument in eine Zip-Datei stecken. Nach dem Entpacken entspricht die Datei aufs Bit genau jener, die gezippt wurde.

Ein verlustbehafteter Codec lässt beim Kodieren ein paar Daten über die Klinge springen – fast so, als würden Sie bei einem Bild die Auflösung verkleinern. Nun soll Musik aber auch in einem verlustbehaftet komprimierten Format noch passabel klingen. Deshalb wirft man möglichst nur jene Daten weg, die fürs menschliche Ohr ohnehin nicht hörbar wären, zum Beispiel besonders hohe oder tiefe Frequenzen. Oder solche, die von anderen bis zur Unhörbarkeit überlagert werden.

Beim Aufnehmen und Speichern eines Audiosignals haben verschiedene Faktoren einen Einfluss darauf, in welcher Qualität die digitale Version etwa eines Musikstücks gespeichert wird und wie gross die Datei wird. Die Abtastrate wird in Hertz bzw. Kilohertz angegeben. Sie gibt an, wie häufig pro Sekunde das Signal «gemessen» wird. Jede dieser Messungen wird als «Sample» bezeichnet. Je häufiger gemessen wird, desto genauer und daher umso besser ist das Resultat.

Der zweite wichtige Wert ist die Bitzahl oder Bittiefe. Diese gibt an, wie viele mögliche Werte zur Verfügung stehen, ein Sample abzubilden. Es ist also so etwas wie die musikalische Auflösung. Bei 16 Bit stehen für jede dieser «Messungen» 16 binäre Stellen (aus Nullen und Einsen) zur Verfügung, das ergibt im Dezimalsystem 65 536 mögliche Werte. Je höher die Bittiefe, desto mehr mögliche Werte können gespeichert werden, was zu einer höheren Genauigkeit bzw. Qualität führt.

Und die Bitrate ist mehr oder weniger eine direkte mathematische Folge aus Abtastrate und Bitzahl. Denn die Bitrate beschreibt, wie viele Daten pro Sekunde fliessen bzw. verarbeitet werden.

Bei gewöhnlichem Stereosound kommen zwei Kanäle zum Einsatz – ganz logisch: einer links, einer rechts. Codecs mit Mehrkanal-Unterstützung können auch mehr als nur zwei Seiten ansteuern, so etwa Quadrophonie mit je einem Lausprecher in jeder der vier Ecken eines Raumes oder 5.1-Raumklang mit drei Speakern vorne (links, Mitte, rechts), zwei hinteren Boxen (links und rechts) und einem Subwoofer. Es gibt Codecs mit Mehrkanal-Unterstützung und welche ohne.