Исследование ресемплеров для foobar-а

[E.Sokol]

Здесь представлены результаты передискретизации одиночного импульса 44.1кГц/16 в 96кГц/24 посредством аудио-плеера foobar версии 1.3.9 с использованием нескольких разных ресемплеров.
Поводом послужила вот эта статья, авторы которой, на мой взгляд, не совсем корректно провели анализ.

Стандартные:

PPHS и SSRC

PPHS:


PPHS в режиме Ultra:


dBpoweramp/SSRC:

[свернуть]

SoX 0.8.3, скачанный отсюда, фишка которого, как я понял, в скорости. У него есть варианты настроек, я выбрал максимальное качество с 3-мя вариантами параметра Passband. В нормальном качестве незначительно отличается форма кривой.

SoX

Passband = 90:


Passband = 95:


Passband = 99:

[свернуть]

MultiResampler, скачанный с официальной страницы foobar-а.
Поддерживает несколько алгоритмов, варианты настроек отсутствуют.

MultiResampler

Zero Order Hold:


Blep Synthesis:


Linear Interpolation:


Blam Synthesis:


Cubic Interpolation:


Sinc Interpolation:


По поводу графиков Linear, Cubic и Sinc Interpolation хочется сразу же сделать важное уточнение: это - не истина в последней инстанции, а результат работы конкретно этого ресемплера. Другие ресемплеры могут давать совсем другие результаты при использовании тех же названий.

[свернуть]

SRC - Secret Rabbit Code - он же libsamplerate.

Примечателен тем, что широко используется в Linux, в частности, был обнаружен в плеере DeaDBeeF и последней версии ALSA (1.0.29 от 26.02.15).
Реализация для foobar-а (для версий младше 1.0) была найдена здесь. Там же указана и причина, по которой нет поддержки более новых версий foobar-а.
Имеет 5 режимов работы.

SRC

Linear Interpolator:


ZOH Interpolator:


Fastest Sinc Interpolator:


Medium Sinc Interpolator:


Best Sinc Interpolator:

[свернуть]

[Traktorist3d]

А SSRC X, можно протестировать в режиме атачан ультра? И что можете сказать о этом рессемплере по полученным результатам?

[E.Sokol]

Плагин SSRCX поставляется с открытым исходным кодом, из которого видно, что ничего нового в нём нет, и он просто использует библиотеку SSRC. Видимо, идея была в том, чтобы использовать SSRC с максимально возможными настройками.

otachan Low


otachan Normal


otachan High


otachan Top


otachan Ultra


Видно, что пресеты otachan Normal, High и Top принципиально ничем не отличаются друг от друга, а otachan Ultra даже хуже, т.к. уровень шума у него выше.

[Pest]

Видно, что пресеты otachan Normal, High и Top принципиально ничем не отличаются друг от друга, а otachan Ultra даже хуже, т.к. уровень шума у него выше.

Странно, но я на слух к такому же мнению пришел, по крайней мере что Ultra не самый лучший пресет.

[Traktorist3d]

E. Sokol спасибо большое за работу. Еще есть виндовый ресемплер, и как пишуть да и сам пробовал, если его обновить(ставится заплатка от микрософта), очень неплохо выполняет свои функции.

---------- Сообщение добавлено 17.01 ---------- Предыдущее сообщение было 16.57 ----------
Задействуется, если установить заплатку и в настройках звука виндоувс выставить например 24/96. И выводить звук в фубаре через DS.

Его б тоже замерить для полного счастья.

[Pest]

Задействуется, если установить заплатку и в настройках звука виндоувс выставить например 24/96. И выводить звук в фубаре через DS.

Это на каком Windows, что за заплатка (KBxxxxxx)?

[Traktorist3d]

https://support.microsoft.com/ru-ru/hotfix/kbhotfix?kbnum=2653312&kbln=en-us

заплатка обновляет виндовый рессемплер. E. Sokol если будете тестить этот рессемплер , желательно сравнение до и после заплатки.


---------- Сообщение добавлено 17.18 ---------- Предыдущее сообщение было 17.12 ----------

http://www.indexcom.com/tech/WindowsAudioSRC/ и здесь вроде о нем

и здесь https://hydrogenaud.io/index.php/topic,96737.0.html

[dee-jan]

Есть еще хорошая версия SOX с расширенными настройками и визуализацией импульса и полосы подавления.
http://sourceforge.net/projects/resamplerv/ Ставится как инсталлятор в папку компоненты фубара.
Пробуйте.

[ViktKors]

Видно, что пресеты otachan Normal, High и Top принципиально ничем не отличаются друг от друга, а otachan Ultra даже хуже, т.к. уровень шума у него выше.

Только не "шум выше", а подавление внеполосных компонент хуже.
А так, все, как часто и бывает. Программировать можем, а накой это делается - осознаем слабо.

Это не столько тест "ресемплеров", сколько тест цифровых фильтров в их составе. А задача фильтра (просто по определению) - отфильтровать лишнее. В данном случае - внеполосные компоненты. Из всех приведенных ЦФ именно на этой задачае сосредоточился только Sox. И отлично решил ее ценой некоторого спада в полосе пропускания (и по-видимому, раз уж он "быстрый" вдумчиво отнеслись к коэффициентами ФИРа).
Остальные-же мужественно сражались либо
а) за "прямоугольность" характеристики, т.е. увеличением "звона" добивались отсутствия завала на частотах вроде 22049.9 Гц (кому это надо, спрашивается??);
б) либо за "идею". Вроде вида интерполяции.

Тестом же именно ресемплера было-бы (помимо достаточности подавления внеполосных, скажем от 120 дБ) еще и оценить точность работы (а-ля вычислений).

Для "углубленного" изучения можно было-бы путем оценки х-ки в полосе пропускания оценить время и интенсивность "пре-эха"* .

*_________________
Неравномерность АЧХ в полосе пропускания часто выглядит как равномерная волнистость в линейном масштабе частот (ну или как сумма нескольких "равномерных волнистостей"). Точно такую-же АЧХ дает сумма сигнала с ним-же самим, но ослабленным и задержанным/выдвинутым вперед. Встречаются оценки этого как "пре/пост-эха". Что-то в этом есть

[E.Sokol]

Еще есть виндовый ресемплер, и как пишуть да и сам пробовал, если его обновить(ставится заплатка от микрософта), очень неплохо выполняет свои функции.

Это сравнение тянет на отдельную тему, и усилий для его осуществления нужно много больше, чем я могу себе позволить. Это в фубаре сделал Convert и всё готово, а тут нужно хаки придумывать.

Это не столько тест "ресемплеров", сколько тест цифровых фильтров в их составе.

Я же не случайно назвал тему как "исследование", а не "обзор" или "сравнение", чтобы не брать на себя ответственность за интерпретацию результатов. Цель была - "показать то, что скрыто".

Только не "шум выше", а подавление внеполосных компонент хуже.

А на "шум выше" акцентировал внимание только потому, что на первый взгляд это не совсем очевидно.

Есть еще хорошая версия SOX с расширенными настройками и визуализацией импульса и полосы подавления.

Там я не увидел ничего нового, т.к. автор плагина просто добавил визуализации.
Дополнительный же параметр "Stop Band Attenuation" кажется мне излишним, т.к. не вижу никаких случаев, при которых подавление в 96дБ будет более предпочтительным, чем 198 (и то - только в теории, т.к. реальный выход у нас 24-битный только).

за "прямоугольность" характеристики, т.е. увеличением "звона" добивались отсутствия завала на частотах вроде 22049.9 Гц (кому это надо, спрашивается??);

Я вроде слышал, что эта "прямоугольность" как-то связана с теоремой Котельникова...
В том плане, что при апсемплинге мы не просто увеличиваем частоту дискретизации, а восстанавливаем исходный сигнал по его отсчётам.

Вопрос о наличии звона в данном случае довольно интересный и является неплохим кандидатом для очередной священной войны.
В частности, на hydrogenaud.io тут и тут даже не просто сомневаются, а не стесняются прямо говорить, что Найквист был неправ.

[aal]

В частности, на hydrogenaud.io тут и тут даже не просто сомневаются, а не стесняются прямо говорить, что Найквист был неправ.

Это всё оговорено для бесконечного гармонического сигнала, а не шумовой последовательности. За неимением другой теории, пользуются этой. И это вполне допустимо при ряде ограничений.

[Mazila]

Из всех приведенных ЦФ именно на этой задачае сосредоточился только Sox.

Недавно сделал измерения THD цапа на 1кГц при работе фубара с двумя разными рессемплерами. Так вот Sox оказался лучшим. Второй давал рост искажений где то на 10дб. В итоге удалил ненужные на всякий случай. Таки Дела

[Traktorist3d]

Недавно сделал измерения THD цапа на 1кГц при работе фубара с двумя разными рессемплерами. Так вот Sox оказался лучшим. Второй давал рост искажений где то на 10дб. В итоге удалил ненужные на всякий случай. Таки Дела

А какой второй?

[Mazila]

А какой второй?

PPHS был. Думаю имеет смысл выкроить время и проверить самые распространеные

[Traktorist3d]

Значит и виндовый можно померить?

[E.Sokol]

Еще есть виндовый ресемплер, и как пишуть да и сам пробовал, если его обновить(ставится заплатка от микрософта), очень неплохо выполняет свои функции.

С этой заплаткой ситуация довольно мутная.

Во-первых, видно, что сама Microsoft её не одобряет - сначала нужно согласится с отказом от ответственности, а потом они сами пришлют тебе её на почту. И раз она отсутствует в Windows Update, значит, для этого есть причина.

Во-вторых, в этом посте говорится о " degrade its record sample rate converter performance" в "all audio record/capture/encoder applications that use the Microsoft MME API".
"Performance", а не "quality".
А MME - исторически первый мультимедиа интерфейс, который в Windows 7 реализуется через эмуляцию. Что значит - при воспроизведении звука через DirectSound эта проблема никак не проявляется.

Немного покопавшись, я нашёл более адекватное описание проблемы здесь:

A fault in the MME WaveIn/WaveOut emulation was introduced in Windows Vista: if sample rate conversion is needed, audible noise is sometimes introduced, such as when playing audio in a web browser that uses these APIs. This is because the internal resampler, which is no longer configurable, defaults to a fast integer-based linear interpolation (e.g. new sample is taken as an exact duplicate[dubious – discuss] of the nearest sample instead of a varying portion of the two nearest samples), which was the lowest-quality conversion mode that could be set in previous versions of Windows. The resampler can be set to a high-quality mode via a hotfix for Windows 7 and Windows Server 2008 only.

Тут прямо говорится о снижении качества в угоду скорости (и отсутствия каких-либо задержек до и после, что наверняка было приоритетной причиной).

[zoog]

Offтопик:

что Найквист был неправ

Неправ был Котельников, утверждая, что для дискретизации спектра F достаточно частоты 2F (у Нюквиста - более 2F).

[Mazila]

Значит и виндовый можно померить?

Ну да вообще то

[anpir]

Пара страничек по теме,
а может и не в тему про foobar и Вынь здесь ни слова, но всё же

Sonograms of HiRes FLACs and DXDs & Resampler Test
http://www.opensound.com/forum/viewtopic.php?f=3&t=4423

Вот по этой ссылке
http://www.opensound.com/forum/viewtopic.php?f=3&t=5788
упоминается FFT resampler, "Petrov*s resampler for ALSA", "Sergey Petrov experimental SRC"

Petrov*s plugin v.0.9 (exact scientific resampler) for DeadBeef player
http://www.opensound.com/forum/viewt...tart=90#p19477

FFT resampler - что за зверь?

[E.Sokol]

SRC - Secret Rabbit Code - он же libsamplerate.

Примечателен тем, что широко используется в Linux, в частности, был обнаружен в плеере DeaDBeeF и последней версии ALSA (1.0.29 от 26.02.15).
Реализация для foobar-а (для версий младше 1.0) была найдена здесь. Там же указана и причина, по которой нет поддержки более новых версий foobar-а.
Имеет 5 режимов работы.

SRC

Linear Interpolator:


ZOH Interpolator:


Fastest Sinc Interpolator:


Medium Sinc Interpolator:


Best Sinc Interpolator:

[свернуть]

---

---

---

---------- Сообщение добавлено 29.01.2016 в 21.10 ---------- Предыдущее сообщение было 28.01.2016 в 21.22 ----------

Вот по этой ссылке
http://www.opensound.com/forum/viewtopic.php?f=3&t=5788
упоминается FFT resampler, "Petrov*s resampler for ALSA", "Sergey Petrov experimental SRC"

Petrov*s plugin v.0.9 (exact scientific resampler) for DeadBeef player
http://www.opensound.com/forum/viewt...tart=90#p19477

Ну а что толку, что он там упоминается. Ни ссылки, ни исходников, ни описания, ни графиков, ничего. Вот если бы вы сами сняли с него импульсную характеристику - было бы намного интереснее.

FFT resampler - что за зверь?

Это может всё, что угодно, т.к. название однозначно алгоритм не описывает.
В википедии, например, описывается вот такой вот алгоритм с использованием исключительно FFT, однако на практике он неприменим из-за высокой вычислительной сложности - т.к. ни 44100, ни 96000 не являются степенями двойки, а ведь ещё и перекрытие нужно делать в 50%. Хотя, конечно, можно использовать и упрощённый вариант - делать апсемплинг в чётное количество раз - например, с 44.1 в 352.8, а потом даунсемплинг в 96 интерполяцией.

---

---

---

---------- Сообщение добавлено 31.01.2016 в 12.35 ---------- Предыдущее сообщение было 29.01.2016 в 21.10 ----------

Неравномерность АЧХ в полосе пропускания часто выглядит как равномерная волнистость в линейном масштабе частот (ну или как сумма нескольких "равномерных волнистостей"). Точно такую-же АЧХ дает сумма сигнала с ним-же самим, но ослабленным и задержанным/выдвинутым вперед.

"сумма сигнала с ним-же самим, но ослабленным и задержанным/выдвинутым вперед" - это гребенчатый фильтр, и АЧХ в ней отличается от нашей. Пример (задержанный на 16 семплов и уменьшенный на одну четверть):

Видно, что "волнистость" здесь - ровная.

В нашем же случае природа этой "волнистости" совсем другая и известна как "боковые лепестки" ("sidelobes"). Обычно употребляется в контексте анализа разнообразных оконных функций.

Появляются они вследствие того, что на самом деле вместо преобразования Фурье, которое определено на бесконечном промежутке времени, мы используем оконное преобразование Фурье. Это не значит, что оно стало "конечным" - это значит, что с точки зрения преобразования наше окно "зацикливается" бесконечное количество раз - вследствие бесконечности и периодичности функций sin и cos.

Пример.

Когда мы делаем БПФ вот над такой вот функцией:

Для преобразования это выглядит так:

Но если мы используем эту функцию для линейной свёртки (для FIR-фильтрации), то никакой зацикленности не появляется и она просто дополняется нулями (бесконечным количеством):

И если сделать БПФ над этой функцией, дополненной нулями, вот тогда-то эти лепестки и можно увидеть:

---

P.S. Все уже догадались, что "прямоугольность" ресемплера dBpoweramp/SSRC связана с функцией sinc, с помощью которой, согласно теореме Котельникова, и осуществляется восстановление исходного сигнала?