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Audio-Codec Opus: Einer für Alle(s)

CPU-Lastigkeit

Zwar wurde Opus mit den neuesten Techniken der Audio-Kompression entworfen, ein Design-Aspekt war jedoch, die Rechenlast möglichst gering zu halten. Zum Decodieren benötigt Opus nun etwas mehr Rechenpower als Vorbis, beim Kodieren braucht der CELT-Encoder sogar noch weniger. Der wesentlich komplexere Silk-Encoder jedoch belastet die CPU deutlich mehr als sein CELT-Bruder.

Opus lässt sich für CPUs ohne Fließkomma-Einheit als Fixedpoint-Variante mit dem Flag --enable-fixed-point kompilieren. Laut den Entwicklern laufen sowohl Decoder als auch Encoder problemlos auf allen gängigen Embedded-CPUs in Echtzeit. Aber Vorsicht: Auf CPUs mit Fließkomma-Einheit arbeitet die Fixedpoint-Variante langsamer und liefert auch eine etwas schlechtere Audio-Qualität.

Trickkiste

Opus nutzt jede Menge teils brandneuer Tricks. So erlaubt es der Codec, die Zeit- oder Frequenz-Auflösung in jedem Block für jedes Frequenzband getrennt festzulegen. Beispielsweise priorisiert er in einem Musikstück beim Einsatz eines neuen Instruments die Zeit im Block höher als die Qualität, damit der Einsatz 100-prozentig korrekt ausfällt. Das betrifft aber nur die Frequenzen des neuen Instruments, auf einem anderen Block bildet es ein schon klingendes Instrument stattdessen mit besserer Frequenzauflösung ab. Konkurrierende Codecs wie Vorbis, AAC oder MP3 priorisieren pro Block für alle Frequenzen entweder den korrekten Einsatz oder die Qualität.

Ebenfalls neu ist das "Pre-Echo Cancelling", das durch starke Quantisierung entstehende, hörbare "stille" Löcher vor dem Einsatz eines Instruments erkennt und mit Rauschen füllt. Durch "Forward Error Correction" gibt sich Opus robust gegen Bitfehler, die beim Übertragen entstehen. Es gibt viele neue Möglichkeiten bei der Zuordnung der Bits, die künftiges Verbesserungspotenzial beim Encoder erahnen lassen. Der "Allocation Tilt" beispielsweise wendet die Bandbreite eher für die höheren oder die niedrigeren Frequenzen auf. Beim "Band Boosting" gibt der Encoder bestimmten Frequenzbändern mehr Bandbreite – dieses Feature nutzt der Encoder momentan noch gar nicht, aber die Möglichkeit sieht die Spezifikation bereits vor.

Übrigens spielte bei der Opus-Entwicklung die Psychoakustik, also das Weglassen von für das menschliche Ohr unhörbaren Frequenzen, keinerlei Rolle: Den Entwicklern zufolge genügte es vollauf, die Energie des Signals möglichst korrekt abzubilden.

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