Die Hardware unseres PCs, die für das darin wiedergegebene Audio verantwortlich ist, kann in zwei Kategorien unterteilt werden. Einerseits die Soundkarten, mit denen Audio erzeugt, erzeugt und wiedergegeben wird. Auf der anderen Seite die Audio-Codecs, die auf Kodierung und Dekodierung von Ton basieren. In diesem Artikel stellen wir Ihnen die Hardware-Audio-Codecs auf dem PC vor.
In der Software ist ein Multimedia-Codec ein Dateityp, der in einem bestimmten Format codiert ist und eine bestimmte Interpretation erfordert, um die darin gespeicherten Informationen zu erhalten. Ein Hardware-Codec übernimmt genau diese Aufgabe, jedoch so, dass keine Verwendung eines CPU ein Programm dafür ausführen. Zu diesen Codecs gehören die Audio-Codecs, die als weitere Hardware in einem Teil unserer PCs versteckt sind.
Die Entwicklung von Hardware-Audio auf dem PC
Wie bei der Grafikhardware hat sich auch die für Audio oder Sound bestimmte Hardware im Laufe der Zeit weiterentwickelt. Die Idee war immer, die höchste Klangtreue auf dem PC zu erreichen, aber die anfängliche Hardware war durch zwei Aspekte begrenzt. Einerseits die Rechenleistung der Prozessoren und andererseits die Präzision der Daten. Das ist immer noch dasselbe wie bei der Grafikhardware, aber beim Audio gab es an einem bestimmten Punkt eine Abkehr von der traditionellen Entwicklung.
Während sich GPUs bekanntlich zu hochkomplexen Prozessoren entwickelt haben, wurde Audio stattdessen immer stärker integriert, bis es vollständig in anderen Komponenten verschwunden ist. Das Motiv dahinter? Es ist einfach zu erklären, während die Grafik selbst bei den fortschrittlichsten Spielen eine spürbare Verbesserung aufweist. Der Ton hingegen ist für die allermeisten gut genug.
Der Grund, warum Audio auch ohne die Entwicklung von GPUs gut genug geworden ist, liegt im Konzept der mathematischen Annäherung. Eine Approximation ist eine Darstellung, die zwar nicht exakt ist, aber aufgrund ihrer Realitätstreue als nützlich angesehen wird. Sobald Audio zu einer getreuen Annäherung wurde, hörte der evolutionäre Schritt auf, die höchstmögliche Wiedergabetreue zu erreichen.
Das Aufkommen von Audio- und Videokomprimierungsformaten
Das bekannteste Audioformat in der Geschichte ist MP3, ein Akronym, das von MPEG-1 Layer 3 abgeleitet ist, das der Teil des Audios des Video-Codecs ist, der für VideoCD verwendet wird, bekannt als MPEG. Die mit dem Ziel geschaffen wurde, ein Format zu schaffen, mit dem Musik über die Telefonleitung übertragen werden kann, in einer Zeit, in der das Internet ein Name war, den nur sehr wenige Menschen kannten, da wir über die frühen 90er Jahre sprechen.
Am Ende wurde MP3 entwickelt, ein Audioformat, das eine 10-mal höhere Komprimierungsrate als herkömmliche Audio-CDs aufwies. Das bedeutet, dass zehnmal mehr Audio gespeichert werden könnte. Um den Ton zu komprimieren, wurden die Grenzen des menschlichen Ohrs ausgenutzt, um ein Format zu erreichen, das eine getreue Näherung darstellt und weniger Daten als Grundlage benötigt. Aber die andere Hälfte der Gleichung bestand in der Dekodierung des Formats. Trotz der Tatsache, dass MP3 als Format aus den frühen 90er Jahren stammte, hatte selbst ein PC aus der gleichen Zeit Probleme, das Format zu reproduzieren, und es war notwendig, spezielle Chips zu erstellen, die Dateien in diesem Format dekodieren konnten.
Die Notwendigkeit von Hardware-Audio-Codecs
Das MP3-Format ließ nicht nur tragbare Musikplayer dort erscheinen, wo das Mitführen der Discs nicht mehr nötig war, sondern ermöglichte auch deren Verbreitung über das Netz und damit die Telefonleitung. Aber es schuf auch einen Bedarf an PC-Hardware, der nichts anderes war, als Kodierungs- und Dekodierungsmechanismen für die verschiedenen Komprimierungsformate zu integrieren, die auf dem kommerziellen Markt auftauchten.
Das Netzwerk der Netzwerke war gefüllt mit Musikdateien, die in P2P-Netzwerken verteilt wurden und in diesem Format codiert werden mussten. Die damaligen CPUs begannen, SIMD-Einheiten im Inneren zu tragen, die diese Art von Aufgabe beschleunigten. Aber das Erscheinen der DVD als Video- und Datenformat machte es nicht nur möglich, Filme auf dem PC anzusehen, sondern es wurden Audio- und Video-Codecs implementiert, um sie zu entschlüsseln. Eine Entwicklung und eine Notwendigkeit, die die Implementierung von Audio-Codecs mit sich brachte, um diese Dateien so schnell wie möglich zu dekodieren.
Was ist ein Audio-Codec und wie funktioniert er?
Nachdem die Einführung abgeschlossen ist, müssen wir zum Kern der Sache gehen, dazu müssen wir verstehen, dass das Wort Codec eine Verkürzung des Begriffs Encoding-Decoding ist. Es ist ein Prozessor, der aus einem Eingangsdatenstrom, der codiert wird, einen anderen durch die Ausführung einiger Regeln erzeugt, denen er folgt, um diese Daten zu decodieren. Diese Regeln können in Form eines Programms in einen internen Speicher des Prozessors geschrieben oder mikroverdrahtet sein. Die Unterschiede zwischen einem Audio-Codec und einem Video-Codec außerhalb des Formats, mit dem sie es zu tun haben, sind also nicht existent, schließlich ist ein Datenstrom nichts anderes als eine Ansammlung von zu behandelnden Bits.
Was ist also der Unterschied? Nun, es liegt an der Art und Weise, wie diese Daten für den Benutzer greifbar werden. Video Codecs sollen über ein Videosignal und von dort auf einen Bildschirm übertragen werden. Andererseits wird in einem Videocodec die erzeugte Datei an einen Audioausgang übertragen. Natürlich gibt es GPUs, die ihre Computing-Pipeline verwenden, um Audio zu decodieren und zu generieren. Das tun sie dank der Tatsache, dass der HDMI-Ausgang sowohl die Audio- als auch die Videosignale überträgt.
Audio Codecs galten als platzsparend, um Daten auf sehr langsamen Kommunikationsschnittstellen übertragen zu können, aber als Platz und Netzwerkgeschwindigkeit kein Problem mehr waren, ging ihr Design in eine andere Richtung. Die Möglichkeit, Audiosysteme in 3D oder Positional Audio zu codieren, um Multi-Lautsprechersysteme in Multimedia-Inhalten verwenden zu können. Was dazu einen Teil der CPU-Leistung erfordern würde.
Wo findet man heute Hardware-Audio-Codecs?
Es kommt darauf an, man muss bedenken, dass heute die Leistung der CPUs im Vergleich zu vor kurzem so groß ist, dass viele Funktionen, die früher von der dedizierten Hardware abhängig waren, wieder auf die CPU zurückgekehrt sind. Genau der Audio-Codec findet sich normalerweise auf Audio-Boards, da es sich um einen kleinen Chip auf dem Hauptplatine oder in einer anderen Komponente. Aber weil es ein Teil ist, der nicht mehr oft auf die Einbeziehung von Hardware-Audio-Codecs geachtet wird, findet man sie in High-End-Hardware.
Es ist möglich, dass die CPU Ihres PCs den Ton Ihres Lieblingsspiels oder Ihrer Lieblingsserie selbst verwaltet und Sie es nicht bemerken. Schließlich wird nur ein Teil der Leistung einer CPU benötigt, um das Audio zu dekodieren. Dies bedeutet jedoch nicht, dass die Gesamtleistung des Systems dadurch nicht beeinträchtigt wird. Aber angesichts der Tendenz, den Audio-Codec auf vielen PCs zu speichern, neigen die meisten Anwendungen heute dazu, ihn zu ignorieren und sind so konzipiert, dass sie ausschließlich die CPU des Benutzers abrufen können.
Heutzutage sind Hardware-Audio-Codecs so integriert und miniaturisiert, dass wir sie in High-End-Lautsprechern und -Kopfhörern finden und je nach Ausrichtung Positions-Audio-Interpretationsfunktionen in Kombination mit Bewegungssensoren des Benutzers oder des Lautsprechers selbst ausführen.
