Возьми музыку в дорогу. Часть 1. Введение

десятилетие, MP3 стал стандартом де факто, поскольку много сделано в него вложений пользующимися им сторонами, в том числе и цифровыми радиостанциями. Для MP3 также написано

множество удобного программного обеспечения. Сейчас уже налажено производство аппаратных MP3 плееров, и карманных, и для автомобилей. Таким образом, MP3 стал первым массово признанным форматом хранения аудио после CD-Audio (пусть, часто и нелегальным).

Степень сжатия и качество

128 kbps

В принципе, нормальный формат, если Вы имеете обычную аудиотехнику и рядовой слух. Но, чтобы быть уверенным, лучше кодировать на 160 kbps, т.к. это даст запас (весьма существенный) по сравнению с 128 kbps на тот случай, если улучшится качество аппаратуры. А если хотите быть совсем уверены в том, что Ваша музыка ничего не потеряет от кодирования, то берите 192 kbps. 128 kbps (11:1) Самый популярный на сегодня битрейт. Степень сжатия 11:1 — это, конечно, аргумент, особенно для Интернета, где каждый килобайт на счету. Однако при этом не очень хорошо сохраняются высокие частоты и имеют место некоторые искажения звука.

При этом можно точно сказать, что на обычной аппаратуре, например используя обычную звуковую карту, компьютерные колонки, пусть и неплохого качества, разницы не будет заметно, если только Вы не эксперт по звуку. Однако на качественных колонках отсутствие высоких частот проявляется довольно заметным образом — музыка звучит приглушенно. На 128 кб/с лучше себя ведут кодеры от Fraunhofer-IIS — они оставляют больше высоких частот, чем кодеры ISO и, тем более, Xing. Все ISO кодеры как один добавляют характерный звон, наличие которого связано с

особенностью психоаккустических фильтров ISO. На этом битрейте отлично себя показал MP3 Producer, специально оптимизированный под низкие битрейты. 160 kbps (8:1) Лучше, чем 128 кб/с. На неплохой (хорошей непрофессиональной) аппаратуре разницы уже не заметно. Но все равно присутствует недостаток высоких частот. На этом битрейте себя лучше проявили кодеры от Fraunhofer, т.к. ISO кодеры продолжают «звенеть», хотя и меньше. Выбирать приходится между кодерами от Fraunhofer, поэтому неплохой выбор — новый MP3 Producer. 192 kbps (7:1) Последнее время, с ростом пропускной способности каналов Интернета, этот битрейт становится более популярным на его просторах. Заметная часть новых записей оцифровавается именно в 192 kbps, во всяком случае теми, кто занимается MP3 серьезно. Кодеры от Fraunhofer убирают высоких больше, чем кодеры ISO, которые уже не «звенят». На этом битрейте кодеры от ISO чуть-чуть опережают Fraunhofer. Но ISO-оптимизированные — гораздо быстрее. 256 kbps (5:1)

Вот тут практически все совсем перестают ощущать разницу между записью с CD и MP3-файлами, даже на очень качественной аппаратуре, при кодировании ISO-кодерами. Все ISO-кодеры

обеспечивают на слух одинаковое качество, которое выше, чем у других кодеков.Используя стерео эффекты и ограничивая ширину полосы звуковых частот, кодирование схем может достигнуть приемлемого надежного качества в более низких частотах. Некоторые типичные данные для MPEG Layer-3:

Во всех международных тестах слушания, MPEG Layer-3 впечатляюще доказывал высокое исполнение, поддерживая исходное качество при сжатии данных 1:12 (около 64 kbit/s ). Если материал допускает ограниченную ширину полосы частот около 10 kHz, разумное надежное качество для стерео сигналов может быть достигнуто при сжатии 1:24.

Способы кодирования СТЕРЕО в сигнале

В рамках MP3 кодирование стереосигнала допустимо четырьмя различными методами: Dual Channel — Каждый канал получает ровно половину потока и кодируется отдельно как моно сигнал. Рекомендуется главным образом в случаях, когда разные каналы содержат принципиально разный сигнал — скажем, текст на разных языках. Stereo — Каждый канал кодируется отдельно, но кодер может принять решение отдать одному каналу больше места, чем другому. Это может быть полезно в том случае, когда после отброса части сигнала, лежащей ниже порога слышимости или полностью аскируемой, оказалось, что код не полностью заполняет выделенный для данного канала объем, и кодер имеет возможность использовать это место для кодирования другого канала. Этим, например, збегается кодирование «тишины» в одном канале, когда в другом есть сигнал. Данный режим выставлен по умолчанию в большинстве ISO-based кодеров, а также используется продукцией FhG IIS на битрейтах выше 192kbs. Применим и на более низких битрейтах порядка 128kbs… 160kbs. Joint Stereo (MS Stereo) — Стереосигнал раскладывается на средний между каналами и разностный. При этом второй кодируется с меньшим битрейтом. Это позволяет несколько увеличить качество кодирования в обычной ситуации, когда каналы по фазе совпадают. Но приводит и к резкому его ухудшению, если кодируются сигналы, по фазе не совпадающие. В частности, фазовый сдвиг практически всегда присутствует в записях, оцифрованных с аудиокассет, но встречается и на CD, особенно если CD сам был записан в свое время с аудиоленты. Но эта проблема, опять же, нам не сильно важна, т.к. нас интересует, прежде всего, кодирование полноценных Audio CD. Режим выставлен по умолчанию продукцией FhG IIS, а также кодером Lame, для битрейтов от 112kbs до 192kbs. Joint Stereo (MS/IS Stereo) — Вводит еще один метод упрощения стереосигнала, повышающий качество кодирования на особо низких битрейтах. Состоит в том, что для некоторых частотных диапазонов оставляется уже даже не разностный сигнал, а только отношение мощностей сигнала в разных каналах.

Словарь

Кодер (англ. coder, encoder)
Программа и/или устройство, используемые для преобразования информации из одного вида в другой (кодирование). Мы рассматриваем программы, которые преобразуют аудио-данные из формата PCM WAV в ISO MPEG Audio Layer-3 (MP3).

Декодер (англ. decoder)
По сути то же, что и кодер, но осуществляет преобразование в обратном направлении.

Кодек (англ. codec)
Кодер и декодер в одном блоке.

Степень сжатия
Отношение размера входного (некодированного) файла к размеру выходного (кодированного) файла. Например, степень сжатия 11:1 означает, что закодированный файл в 11 раз меньше оригинала.

Битрейт (англ. bitrate)
Количество бит, отведенное для записи единицы времени аудио-информации. Измеряют обычно в кбит/с, то есть килобит в секунду (англ. kb/s или kbps). Степень сжатия (следовательно и качество), определяется шириной потока (bitrate) про кодировании сигнала. Термин битрейт в общем случае обозначает общую величину потока, количество передаваемой за единицу времени информации, и поэтому не связан с внутренними тонкостями строения потока, его смысл не зависит от того, содержит ли поток моно или стерео, или пятиканальное аудио с текстом на разных языках, или что-либо еще. Bitrate может варьировать в широких пределах от наибольшего, 320кбит/с до 96кбит/с и ниже.

Децибелл (англ. decibell, обознач. дБ, dB)
Единица измерения каких-либо величин. По опрелению значение величины в децибеллах равно десяти логарифмам отношения величины в обычных единицах к некой опорной величине в обычных единицах. В звукотехнике обычно используется для измерения слышимости звукового сигнала, при этом в качестве опорной величины берется максимальный уровень звука. Дело в том, что человеческое ухо воспринимает силу звукового потока нелинейно. Особенность слуха в том, что звук в -40 дБ кажется в 2 раза тише, чем звук в -20 дБ, хотя очевидно, что величина U40, описывающая этот звук (в данном случае — мощность звукового потока), в 100 раз меньше величины U20. Получается что «ухо слышит в децибеллах».

Логарифмическая шкала
Шкала, в которой величины, соответствующие соседним отметкам, различаются не на одинаковую величину (как это делается обычно — линейная шкала), а в одинаковое число раз.
АЧХ (амплитудно-частотная характеристика, англ. AFG, amptitude to frequency graph)
Зависимость уровня сигнала от частоты сигнала. Из-за того, что уровень может измеряться и в единицах мощности звукового потока, и в единицах электрического напряжения (по отношению к электрическому представлению этого же сигнала в схемах, скажем, усилителя), и много чего еще; а также учитывая особенности человеческого слуха (см. Децибелл), уровень сигнала часто измеряют в дБ и не конкретизируют, об уровне чего (громкости, напряжения) идет речь. АЧХ можно построить в виде графика.

MPEG Layer 1/2/3
В MPEG Layer3 основной упор делается на оптимизацию качества звучания (кодируется с частотой 44,1 kHz, как и на обычном CD Audio). Что касается MPEG Layer2, например, то там осуществляется понижение частоты дискретизации до 22,5 kHz, что заметно ухудшает восприятие звука, зато в два раза уменьшает объем файла (потока). Этот формат часто используют для передачи аудио в реальном времени по сетевым каналам (Интернет). Правда, в этом секторе более распространен формат RealAudio, т.к. он имеет встроенную защиту. Более подробно это здесь рассматриваться не будет, т.к. этот обзор построен вокруг и около процесса качественного кодирования CD Audio.

Frame
Кодирование данных происходит посредством выделения независимых отдельных блоков данных — фреймов. Для этого исходный сигнал при кодировании разбивается на равные по продолжительности участки, именуемые фреймами и кодируемые отдельно. При декодировании сигнал формируется из последовательности декодированных фреймов.

VBR
В районе конца 98 — начала 99 года XingTech первая использовала технологию переменного битрейта, VBR. Если в случае постоянного битрейта кодер выбирает наиболее значащие частотные составляющие фрейма, убирающиеся в выделенный битрейт, то в случае VBR задается максимальный допустимый уровень потерь, а кодер выбирает еще и минимальный битрейт, достаточный для выполнения поставленной задачи. Стоящие рядом в конечном потоке фреймы могут оказаться в итоге закодированы с совершенно разными параметрами (как вы помните, фреймы кодируются отдельно). Сейчас VBR можно использовать в LAME-кодеке. Единственная проблема кодирования в VBR — значительное падение скорости (в 2-3 раза). Используя сжатие по методу MPEG, можно молучить уменьшение объема данных, все еще поддерживая исходное качество CD.