Форматы записи-воспроизведения аудиосигналов

Формат МРЗ. МРЗ – сокращение от MPEG LayerЗ. Это один из основных цифровых форматов хранения аудио, разработанный Fraunhofer IIS и THOMSON, позднее утвержденный как часть стандартов сжатого видео и аудио MPEG1 и MPEG2. Данная схема является наиболее сложной схемой семейства MPEG Layer 1/2/3. Она требует наибольших затрат машинного времени для кодирова­ния по сравнению с двумя другими и обеспечивает более высо­кое качество кодирования. Используется главным образом для передачи аудио в реальном времени по сетевым каналам и для кодирования Audio CD.

Степень сжатия, определяются не форматом, а самим пользовате­лем при задании параметров кодирования. Ширина потока, или битрейт (bitrate) может изменяться от наибольшего для МРЗ (320 кбит/с) до 96 кбит/с и даже ниже. Термин битрейт обозначает общую ширину потока, независимо от того, монофо­нический или стереофонический сигнал он содержит.

При испытаниях опытные эксперты, специализирующиеся на субъективной оценке качественности звучания, не смогли различить звучание оригинального трека на CD и закодирован­ного в МРЗ с коэффициентом сжатия 6:1, т.е. с битрейтом в 256 кбит/с.

Более низкие битрейты, несмотря на их популярность, не дают возможности обеспечить надлежащее качество кодирова­ния. Объективно и 256 кбит/с не дает возможности осуществить полностью обратимое кодирование, то же самое можно сказать и про наивысший битрейт – 320 кбит/с, но отличия от CD Audio, по которому кодируется тестовый МРЗ, сравнимы с отличиями самого CD Audio от исходного высококачественного сигнала, из которого он был получен путем оцифровки.

Файл формата МРЗ (обычно используется расширение *.mpЗ) может также содержать информацию о файле непосред­ственно в заголовке: имя исполнителя, графику (альбом диска), URL для дальнейшей информации, текст песни и т. д.

Процесс кодирования. Перед кодированием исходный сигнал разбивается на участки, называемые фреймами, каждый из кото­рых кодируется отдельно и помещается в конечный файл неза­висимо от других. Последовательность воспроизведения опреде­ляется порядком расположения фреймов. Каждый фрейм может кодироваться с разными параметрами. Информация о них со­держится в заголовке фрейма.

Кодирование начинается с того, что исходный сигнал с по­мощью фильтров разделяется на несколько, представляющих от­дельные частотные диапазоны, сумма которых эквивалентна ис­ходному сигналу.

Для каждого диапазона определяется величина маски­рующего эффекта, создаваемого сигналами соседних диа­пазонов и сигналом предыдущего фрейма. Если она превышает мощность сигнала интересующего диапазона или мощность сиг­нала в нем оказывается ниже определенного опытным путем по­рога слышимости, то для данного фрейма данный диапазон сиг­нала не кодируется.

Для оставшихся данных каждого диапазона определяется, сколькими битами на сэмпл можно пожертвовать, чтобы поте­ри от дополнительного квантования были ниже величины мас­кирующего эффекта. При этом учитывается, что потеря одного бита ведет к внесению шума квантования величиной порядка 6 дБ.

После завершения работы психоакустической модели фор­мируется итоговый поток, который дополнительно кодируется по Хаффману, на этом кодирование завершается.

Скорости передачи. На низких битрейтах всегда срезаются мелкие, сравнительно тихие детали, наличие или отсутствие ко­торых нередко серьезно меняет эмоциональную окраску компо­зиции, придает или лишает ее таких эффектов, как ощущение «кристальной чистоты» звука (в той мере, в которой она присут­ствует в CD Audio). Кроме того, в соответствии с психоакустиче­ской моделью, высшие (более 16 кГц) частоты на низких бит­рейтах кодируются с очень низким приоритетом.

На высших битрейтах при последовательном применении психоакустической модели, разработанной FhG IIS, проблемы могут доставлять только ошибки, внесенные при написании ко­дерка.

Битрейты порядка 112…128 кбит/с по качеству неплохи для прямых трансляций и ознакомительного прослушивания, но от­нюдь не для создания архивов музыки качества CD Audio.

Следующий после 256 кбит/с битрейт – 320 кбит/с, он же – максимальный для кодирования аудио с характеристиками СЕ Audio, т. е. 44,1 кГц 16 бит Stereo. Различие между качеством звука на битрейтах 128 кбит/с и 256 кбит/с / 320 кбит/с принципиально. Первый к качеству уровня CD никакого отношения не имеет, в отличие от двух последних.

Другие форматы

WAV. Формат WAV является метаформатом для данных лю­бого типа. Имеет стандартный заголовок и описания областей данных, которых может быть несколько, способ же кодирования аудиосигнала может быть каким угодно. Вполне могут содер­жаться данные, не имеющие отношения к аудио.

Каждый метод кодирования, указываемый в заголовке, имеет собственный идентификатор, в соответствии с которым Windows и определяет, установлен ли кодек для работы с данным фай­лом, и если установлен – подключает его.

Кодеки, индивидуальные для каждого подформата, регистри­руются в системе при их установке, после чего становится воз­можным использовать WAV-файлы, содержащие аудиоданные в форматах, поддерживаемых данными кодеками.

VQF. Этот формат разработан компанией NTT. Алгоритм ко­дирования широко не разглашается, но если сравнить результа­ты кодирования в форматах VQF и МРЗ, то можно заключить, что алгоритмы имеют очень мало общего и основаны на совер­шенно разных подходах к сжатию звука. Самая сильная сторона формата степень сжатия.

VQF-файл с компрессией 80 кбит/с по качеству идентичен МРЗ-файлу, записанному в 128 кбит/с, степень сжатия превос­ходит МРЗ более чем на 30 %. Главный недостаток алгоритма – высокое потребление системных ресурсов.

WMA. В 1998 г. компания Voxware присоединилась к проекту TwinVQ и в его составе участвовала в разработке формата VQF. Через некоторое время компания отделилась от проекта и на ос­нове разработок VQF создала новый формат, получивший назва­ние Voxware Audio Codec 4.0. Он стал первым алгоритмом сжа­тия, обеспечивающим качество 128 кбит/с МРЗ-файлов при цифровом потоке в 64 кбит/с.

OGG Vorbis. Этот формат был опубликован летом 2000 г. В это же время появилась бета-версия его кодера. После втрое более медлительного по сравнению с WMA процесса кодирова­ния на выходе при 128 кбит/с получается звук, близкий к ориги­нальной записи.

В файле OGG может содержаться до 255 каналов, т. е. мож­но кодировать многоканальные потоки вроде Dolby Digital. Кро­ме того, в OGG-файлы можно встраивать графические изобра­жения и тексты, которые могут возникать по ходу воспроизве­дения.

DVD-аудио. С появлением DVD производители CD начали создавать стандарты более высококачественного воспроизведения. Среди них – аудиокомпакт-диск высшего качества (SACD или Super Audio CD), диск цифровой звукозаписи (DAD или Digital Audio Disc).

Эти стандарты предполагают диски с разрешающей способ­ностью (уровни квантования) 24 бита и частотой выборки в 96 кГц, в противоположность обычному CD с форматом 16 бит и 44,1 кГц. Кроме того, формат SACD обладает обратной совмес­тимостью с существующими проигрывателями – факт, который может помочь в сражении за потребителя.

Основное преимущество спецификации DVD-аудио сравни­тельно с DVD-видео и компакт-диском заключается в значи­тельном увеличении качества при записи в аудиоформате РСМ (Pulse Code Modulation или импульсно-кодовая модуляция).

DVD-аудио обеспечивают значительно более высокое каче­ство, чем возможно на компакт-диске или DVD-ви­део. DVD-аудио может быть записан с диапазоном частот, который более чем в 4 раза шире, чем для CD, что предоставляет живость и выразительность, невозможные на компакт-диске. DVD-аудио также имеет намного больший динамический диапазон, чем это возможно на компакт-диске, – делающий громкие звуки громче, а тихие – более тихими.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: