Hörvergleich von MP2, MP3, RealAudio und Windows Media Audio

Aufgabenstellung

Machen Sie Hörtests mit vier verschiedenen Audio-Kompressionsverfahren bei verschiedenen Kompressions-Datenraten (üblicherweise in kBit/s = kbps angegeben). Zwei der vier Verfahren sollten MP2 und MP3 sein. Zwei weitere Verfahren können Sie frei wählen. Es sollte sich dabei um Formate handeln, bei denen verschiedene Kompressions-Datenraten in einem größeren Bereich vorgegeben werden können. Stellen Sie die Verfahren in einer Tabelle gegenüber, und bewerten Sie die Qualität mit den Schulnoten von 1 bis 6.

Weitere Fragen: Wie stark hängt die Qualität des MP3 Formates vom Encoder ab? Verwenden sie für die MP3 Kompression zwei verschiedene Encoder. Wir stark leidet die Qualität bei der wiederholten Komprimierung, dekomprimierter Datenstroeme? (Also nach mehreren Zyklen 'Encode MP3', 'Decode MP3', 'Encode MP3' ...)

Hörvergleich

Zielsetzung

Der Hörvergleich wurde durchgeführt, um die Qualitätsmerkmale aktueller, verbreiteter Kompressionsverfahren für Audio-Dateien auf ihre Praxistauglichkeit zu testen.

Testumgebung

Die Hörtests wurden an einem gewöhnlichen, ruhig gelegenen Computer-Arbeitsplatz durchgeführt. Das für die Tests verwendete Audiomaterial wurde von Original-CDs auf die Festplatte des PCs überspielt. Anschließend wurde das Audiomaterial mit einem Audio-Editor gekürzt. Die so erhaltenen Referenzdateien wurden jeweils mit den ausgewählten Kompressionsverfahren mit je zwei unterschiedlich starken Kompressions-Datenraten in die entsprechenden Audio-Formate umgewandelt. Die Klangdateien wurden für die Tests mit Standardsoftware abgespielt und auf aktiven PC-Lautsprechern bei gehobender Zimmerlautstärke ausgegeben.

Auswahl des Testmaterials

Da alle getesteten Verfahren verlustbehaftet komprimieren, ist die allgemeine Schwierigkeit natürlich die Originaltreue. Idealerweise ist das Klangerlebnis bei der komprimierten Datei identisch mit dem Klangerlebnis bei der Originaldatei. Um die Kompressionsverfahren auf ihre Praxistauglichkeit zu testen, wurden vier Tonbeispiele mit unterschiedlichen Eigenschaften (und Ansprüchen) ausgewählt.

• Sprache mit Hintergrundgeräuschen (Verständlichkeit)
• Kubanischer Jazz (Klangvielfalt, weicher Klang)
• Rythmusbetonter Pop (Klangbrillanz, scharfer Klang)
• Klassische Gitarre (Dynamik, Detailpräzision)

Kompression des Testmaterials

Unter den vielen möglichen Audio-Kompressionsverfahren wurden vier ausgewählt, die einerseits relativ stark verbreitet sind und für die andererseits frei erhältliche Kompressions-Software (Encoder) angeboten wird.

• MPEG-I Audio-Layer 2 (MP2), Encoder: SoundLimit V2.5, Eastern Digital
• MPEG-I Audio-Layer 3 (MP3), Encoder: SoundLimit V2.5, Eastern Digital
• RealAudio (G8), Encoder: RealProducer V8, RealNetworks
• Windows Media Audio (WMA), Encoder: Windows Media Encoder V7, Microsoft

Jedes Verfahren wurde bei zwei Kompressions-Datenraten (64kbps und 128kbps) getestet. Während SoundLimit eine einfache Auswahl der möglichen Kompressions-Datenraten in kbps (Kilo-Bit pro Sekunde) anbot, gestaltete sich die Auswahl der gewünschten Kompressions-Datenraten im RealProducer und im Windows Media Encoder komplizierter als erwartet. RealProducer bietet eine Auswahl verschiedener Zielmedien (Single ISDN, 28K Modem, Corporate LAN) an, ohne Angabe der jeweils erreichbaren Kompressions-Datenrate. Diese konnte erst nach erfolgter Kompression festgestellt werden. Der Windows Media Encoder bietet ebenfalls eine Auswahl möglicher Zielmedien oder Qualitätswünsche, jeweils mit zu erwartender Kompressions-Datenrate. Nach erfolgter Kompression kam es jedoch vor, daß die tatsächliche erreichte Kompressionsdatenrate nicht mit der gewählten übereinstimmte.

Verglichen wurden die folgenden Formate:

• Referenzformat (Original) 1412kbps
• MP2 64kbps
• MP2 128kbps
• MP3 64kbps
• MP3 128kbps
• G8 voice compression 64kbps
• G8 stereo music compression 64kbps
• G8 stereo music compression 132kbps
• WMA 1 channel ISDN 64kbps (tatsächlich 48kbps)
• WMA near CD quality 64kbps (tatsächlich 96kbps)
• WMA transparent CD quality 128kbps

Neben den getesteten Formaten wurden die Dateien auch noch in das AAC-Format konvertiert. Die Ergebnisse konnten allerdings nicht getestet werden, da keine lauffähige Wiedergabe-Software zur Verfügung stand. Die Autoren wären dankbar für Hinweise auf funktionierende AAC-Player. Komprimiert wurde mit Astrid/Quartex.

Beim Vergleich der Hörbeispiele ist berücksichtigen, daß die unterschiedlichen Kompressionsformate für unterschiedliche Zwecke entwickelt wurden. Sie zeigen ihre Stärken und Schwächen bei unterschiedlichen Kompressions-Datenraten. MP3 zielt beispielsweise auf Datenraten von über 128kbps für Musik in CD-Qualität, während MP2 für ausreichende Sprachverständlichkeit bei unter 64kbps entwickelt wurde. WMA und G8 sollen HiFi-Qualität für Musik bei Datenraten um 64kbps ermöglichen.

Bewertungsmaßstab

Bewertet wurde nach sechs Qualitätsstufen mit unterschiedlichen Ansprüchen an die verschiedenen Kompressions-Datenraten. Bei 64kbps wurden geringe Nachteile in der Klangtreue hingenommen. Der Klang sollte aber schon mindestens mit dem Hörerlebnis eines Telefongespräches (oder Musik über eine Telefonverbindung) mithalten können. Bei 128kbps sollten sich die Klangerlebnisse bei den komprimierten Formaten und dem Referenzformat allerdings gar nicht mehr unterscheiden lassen. Bei Blindtests sollte der Hörer nicht mehr in der Lage sein, Original und komprimierte Version auseinanderhalten zu können. Die Vergleiche durften mehrfach wiederholt werden.

Für die Qualitätserlebnisse wurden von den Testhörern Noten vergeben, die für die Gesamtbewertung gemittelt und anschließend gerundet wurden.

Testhörer

Die drei Autoren führten die Tests als Testhörer selbst durch und durften sich ggf. auf Auffällligkeiten der Klangbeispiele aufmerksam machen. Zwei der drei Autoren spielen verschiedene Instrumente und haben Erfahrungen im Abmischen von Musikaufnahmen. Es kann hier evtl. von klangsensiblem Gehör ausgegangen werden.

Disclaimer

Bei den Hörbeispiele handelt es sich um Auszüge von Original-CDs von jeweils ca. 30 Sekunden Länge. Die Hörbeispiele werden hier zu wissenschaftlichen Zwecken ohne Rücksicht auf Urheberrechte bereitgestellt. Ein Herunterladen zur anderen als zu wissenschaftlichen Zwecken ist nicht gestattet.

Gegenüberstellung und Bewertung anhand ausgewählter Hörbeispielen

Gesamtbewertung der Kompressionsverfahren bei unteschiedlichen Bitraten

Weitere Tests

Unterschiedliche MP3-Encoder

MP3 definiert ein Verfahren zur verlustbehafteten Kompression von Audio-Signalen. Die Definition läßt jedoch genug Spielraum für unterschiedliche Implementierungen. Daraus folgt, daß MP3-Encoder von verschiedenen Herstellern auch erkennbare Qualitätsunterschiede aufweisen. Es wurden zwei Encoder nebeneinander im Hörtest verglichen. Um die Unterschiede deutlich zu machen wurde eine relativ starke Kompression gewählt. Bei einer Kompressions-Datenrate von 64kbps sind bereits deutliche Artefakte zu hören.

Wiederholte Kompression

Bei wiederholter MP3-Kodierung/-Dekodierung verstärken sich die störenden Effekte der Kompression. Zur Verdeutlichung wurde wieder eine Kompressions-Datenrate von 64kbps gewählt. Als Encoder kam BladeEnc von Tord Jansson zum Einsatz. Die verstärkten Artefakte klingen übrigens anders als die Störungen, die bei geringeren Kompressions-Datenraten auftreten.

Letzte Änderung: 2001-07-18
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