Стандартизация звука
Quote:
Форматы
Для начала давайте поговорим о музыкальных цифровых форматах. Современных форматах, ибо я тешу себя надеждой, что желающих прикупить себе весной 2006 года кассетный или дисковый аудиоплеер среди читателей нашего журнала нет. Священные войны «пленка против цифры» на фотосайтах, как это ни странно, все еще ведутся, но в музыкальной сфере давно уже все ясно: кассеты, бобины и пластинки отошли к динозаврам. Туда же весьма неспешно перемещаются и аудиокомпакты (Audio CD), но несколько по другой причине: из секторов low-end и middle-end их помаленьку вытесняют компрессированные «компьютерные» форматы, а те меломаны, которые могут себе позволить аппаратуру hi-end, переходят на SACD и DVD Audio.
К огромному неудовольствию звукозаписывающих корпораций, пользователи до сих пор полагают себя вправе распоряжаться законно купленными компакт-дисками, как им заблагорассудится. То есть, как минимум, делать резервные копии на случай непредвиденных обстоятельств; а многие не видят ничего плохого и в том, чтобы обмениваться музыкой со знакомыми. И то и другое прекрасно можно сделать, просто скопировав диск, тем более что после «драматического», как пишут некоторые авторы пресс-релизов (безграмотно калькируя английское слово dramatic), падения цен на CD-R-болванки цена вопроса стала вовсе мизерной. Конечно, всегда можно было «снять» тем или иным способом музыку на жесткий диск ПК, но до определенного времени это было со всех точек зрения нерационально (стандартный аудиодиск занимал под 600–700 Мбайт, а 12–15 лет назад и винчестеры-то таких размеров были далеко не у всех; кроме того, нормальные люди слушали компакт-диски все-таки на домашних стереосистемах), и простые смертные, как правило, даже не подозревали о такой возможности. Но ко второй половине 90-х начали появляться первые удачные кодеки MP3 (сам стандарт задолго до этого был разработан в немецком институте Фраунгофера, но долгое время оставался в тени; кстати говоря, формата MPEG-3 не существует — MP3 расшифровывается как MPEG Layer 3), которые быстро оценила продвинутая публика: еще бы, при сносных по тем временам потерях качества (которые на компьютерных колонках и заметны-то не были!), результирующий объем файлов был меньше на порядок! Стандартная по тем временам компрессия с постоянным битрейтом 128 Кбит/с сжимала минуту звука до одного мегабайта. С учетом того, что одновременно наметилась тенденция расширения интернет-каналов, пользователи быстро оценили возможность обмениваться музыкой друг с другом через Сеть. И пошло-поехало…
Со временем жесткие диски начали увеличиваться в объеме и падать в цене, а компьютерная акустика совершенствовалась. Довольно быстро, что неудивительно, появились пользователи, которые переводили всю свою аудиоколлекцию целиком в MP3, подключали к компьютеру стереосистему, обретая таким образом «музыкальный домашний центр», о котором так много сегодня толкуют, избавлялись навсегда от необходимости искать на полках нужный компакт-диск и беспокоиться о пылинках, которые могут поцарапать его поверхность. При этом довольно быстро выяснялось, что навязшее на зубах выражение «CD-качество» (словосочетание CD quality было введено все тем же институтом Фраунгофера еще в начале 90-х — для сравнения с единственно доступным в то время убогим ADPCM), так оптимистично употреблявшееся, никак не могло быть применено к файлам, закодированным с постоянным битрейтом 128 Кбит/с, 44 кГц, 16 бит, стерео.
С вашего позволения, я не буду пересказывать всю историю формата MP3. Просто напомню, что довольно быстро появились кодеки с поддержкой не только CBR (constant bitrate — постоянный битрейт, когда каждый фрагмент музыкальной композиции сжимается одинаково), но и VBR и ABR. VBR (variable bitrate — переменный битрейт) отличается тем, что кодек пытается получить максимально возможное качество при минимальном объеме данных путем динамического изменения ширины потока (i. e. коэффициента сжатия) в зависимости от сложности сигнала; грубо говоря, тишину или музыку типа «умц-умц» можно сжать очень сильно, а вот «Реквием» лучше сжимать минимально. В ряде композиций (например, Atom Heart Mother группы Pink Floyd) очень тихие и спокойные моменты чередуются с тонально насыщенными, и динамическое изменение как раз означает возможность кодировать их с разным битрейтом. Таким образом, достигается наилучшее из возможных соотношение размер/качество. ABR (average bitrate — средний битрейт) — это нечто-то среднее между CBR и VBR: в этом режиме ширина потока данных изменяется в небольших пределах от среднего заданного значения.
VBR — конечно, здорово, но MP3, будучи первопроходцем, имеет целый ряд недостатков, которые с переменным успехом пытались устранить разработчики конкурирующих форматов. Работы велись по двум главным направлениям: во-первых, устранение резкого падения качества музыки при кодировании на битрейтах ниже 128 Кбит/с (оригинальная конструктивная недоработка); во-вторых — здесь мы шустро переходим из технической сферы в экономическую, — независимость от патентов института Фраунгофера.
Начнем с MP3Pro — продвинутой версии все того же формата, созданной сотрудниками института совместно с компанией Coding Technologies. При ее разработке пытались решить только первую проблему и даже, как считается, этого добились: рекламный слоган гласит, что «файлы MP3Pro с битрейтом 64 Кбит/с звучат так же, как MP3 128 Кбит/с!». Судя по отзывам ряда экспертов, это весьма похоже на правду... И добро бы они одни были такие умные, но ведь одновременно аналогичную работу вели и конкуренты, чьи кодеки были не менее эффективны, но при этом вполне доступны, а главное — активно продвигались. Но «жадность фраера сгубила» — владельцы патентов на MP3Pro, компании Fraunhofer и Thomson, возжелали получать деньги не только с производителей различной техники, но и с конечных пользователей (то есть с нас с вами). Результат — MP3Pro пока что не предан забвению, но час этот близок, и он фактически никем сегодня на рынке не востребован.
Угадаете, какая компания продвигает формат Windows Media Audio (WMA)? Соответственно, и цели его создания легко определите: альтернатива MP3, которой можно было бы управлять из Редмонда, не совещаясь с немцами, а также (и это главное!) обеспечение защиты авторских прав, чтобы пользователь, не дай бог, не послушал на ноутбуке то, что он закодировал на собственном же настольном компьютере. Поскольку и то и другое, с точки зрения конечных потребителей, — достоинства суть сомнительные, их решено было не выводить на первый план, а воспользоваться все тем же слоганом, уже знакомым нам по MP3Pro: «файлы WMA с битрейтом 64 Кбит/с звучат так же, как MP3 128 Кбит/с», разумеется, с добавлением «следовательно, WMA 64 Кбит/с = CD-качество». Некогда я довольно много времени уделил тестированию этого формата и должен сообщить, что CD-качеством здесь и не пахнет. Да, действительно, файлы, закодированные с низкими битрейтами (тем же 64 Кбит/с) при использовании WMA звучат, несомненно, лучше, чем MP3 (с аналогичным битрейтом); хотя, повторюсь, такие битрейты имеет смысл использовать только при кодировании очень простых композиций, или если из аудиосистем в распоряжении имеются только «колонки компьютерные стандартные, цена $5/кг». Но зачем-то в Microsoft поручили писать этот кодек программистам, поклоняющимся Всемирному Равновесию, и они решили обязательно компенсировать полученное преимущество отставанием в качестве на высоких битрейтах — в отдельных композициях можно услышать завалы, не наблюдавшиеся даже у старого доброго MP3. Девятая версия кодека несколько улучшила положение: появилась поддержка режима VBR, WMA9 pro умеет сжимать без потерь, поддерживает несколько каналов и на низких и средних битрейтах однозначно обгоняет MP3.
MPEG-2/MPEG-4 AAC (Advanced Audio Coding, чаще всего используются с контейнером MP4 с соответствующим расширением файла). По сути, это очередная эволюционная замена MP3 с заметным улучшением качества звучания на низких битрейтах, поддержкой многоканального звука (отчего он популярен среди пользователей, перекодирующих видео с DVD) и прочим. Формат во многом схож с MP3Pro, но продвигается значительно лучше, тем паче что он является промышленным отраслевым стандартом. Кодек платный для конечных пользователей, но он включен в ряд популярных продуктов, в частности, Apple iTunes.
Возможно, один из самых перспективных форматов на сегодняшний день — OGG Vorbis, который к тому же активно и регулярно обновляется. Он разрабатывается в рамках проекта OGG, созданного компанией Xiphophorus, и с самого начала заявлен как бесплатный для всех и каждого, что само по себе добавляет ему плюсов (особенно в глазах производителей плееров). Кодек изначально ориентирован на режим VBR (хотя CBR также поддерживается) и обеспечивает — по сравнению с MP3 — очень неплохое звучание на низких и средних битрейтах, вполне сравнимое с платными конкурентами WMA и AAC (а кое-где и превосходящее их). Кроме того, он поддерживает любое количество каналов, любой битрейт (не ограничиваясь 320 Кбит/с) и предоставляет гибкую систему работы с тегами, которая значительно удобнее ID2 и ID3. Несмотря на то что коммерческого продвижения как такового OGG Vorbis не происходит, он уже давно привлек к себе заслуженное внимание пользователей и поддерживается большим количеством новых аппаратных плееров.
Кроме вышеназванных есть еще ряд мертвых или умирающих форматов, например, VQF (Vector Quantization Format)/ TwinVQ, который слишком поздно «научился» компрессировать с битрейтом выше 96 Кбит/с, или Liquid Audio/LQT (один из ранних вариантов формата AAC), не получивший достаточной поддержки и продвижения. В рамках этого «Советника» они нас не интересуют, равно как и прекрасная система кодирования ATRAC (Adaptive TRansform Acoustic Coding), принадлежащая Sony и используемая ею в MiniDisc-плеерах, а также потоковые форматы вроде Real Audio.
Вы, наверное, уже заметили, что все вышеперечисленные конкуренты тем или иным образом решали главную проблему MP3 — провал на битрейтах ниже 128 Кбит/с. Верхний же диапазон (160–320 Кбит/с), что неудивительно, у большинства кодеков — в том числе и у оригинального MP3 — звучит более чем неплохо и особых нареканий не вызывает. Собственно говоря, лучшее качество можно обеспечить только при использовании lossless-форматов, сжимающих без потерь (но при этом, разумеется, конечный файл имеет очень солидный размер, хотя и меньше исходного). Ни один из них, насколько мне известно, не поддерживается на сегодняшний день аппаратно, да и вообще по понятным причинам они интересуют в основном аудиофилов (в плохом смысле этого слова) и меломанов с действительно хорошей аппаратурой и прекрасным слухом, которые предпочитают тонально насыщенную музыку — например, классику.
Подытоживая часть, посвященную форматам компрессии музыки, хочу отметить, что MP3, конечно, сильно устарел и значительно уступает большинству современных конкурентов. Практически все они выдают значительно более качественный результат при использовании низких битрейтов, а три лидера AAC/OGG/WMA поддерживают, кроме того, работу с несколькими каналами и интересны еще рядом дополнительных бонусов. Но при этом он по-прежнему остается стандартом де-факто в индустрии за счет большого временного отрыва, с которым он пришел на рынок, и, как следствие, популярности у конечных пользователей. Невозможно найти плеер, который бы не поддерживал MP3; то же относится ко всем сотовым телефонам, карманным компьютерам, планшетам и прочим гаджетам, хоть как-то умеющим проигрывать музыку. Уже одно это обеспечит ему долгую жизнь (всем надоели войны стандартов!), а на фоне уже имеющейся огромнейшей фонотеки все недостатки MP3 кажутся сущим пустяком. Если же учесть все время снижающиеся цены на флэш-память и мобильные винчестеры и прекратить беспокоиться о размере конечных файлов, кодируя их с переменным битрейтом 128–220 Кбит/с или даже 192–320 Кбит/с, возраст формата и подавно перестает быть недостатком. Заметьте, что цифровых проигрывателей (DAP — digital audio player), которые бы поддерживали только его, сегодня почти не осталось, но при этом их по-прежнему называют «MP3-плеерами». Я, например, всю свою огромную (150 Гбайт) музыкальную коллекцию храню исключительно в MP3 — меня вполне удовлетворяет качество файлов, закодированных с битрейтом VBR 192–320, и отсутствие проблем с прослушиванием любой композиции на любом устройстве.
Троица конкурентов, впрочем, тоже, скорее всего, никуда не денется и помаленьку будет завоевывать свое место под солнцем. WMA по понятным причинам будет жить до тех пор, пока его продвигает Microsoft, а это явно надолго — денег-то сколько вложено, не говоря уже про коммерческие перспективы. AAC, ставший индустриальным стандартом, никуда не денется из своей MPEG-4-ниши и потихоньку будет осваивать соседние (не забывайте, что он, например, поддерживается Великим Белым Плеером, что само по себе — некая гарантия). А OGG Vorbis выезжает за счет бесплатности: какой же нормальный производитель откажется добавить в свой плеер поддержку популярного и перспективного формата, если ему это ничего (кроме затрат на внедрение, конечно, но в данном случае их можно не принимать во внимание) не стоит? Никто не откажется, а учитывая растущую популярность (обратите внимание, многие разработчики компьютерных игр предпочитают сэкономить на лицензии, используя OGG), появление все новых моделей с аппаратной поддержкой этого формата — вопрос времени. На сегодняшний день больше половины представляемых проигрывателей умеют проигрывать OGG.
По материалам журнала "Домашний Компьютер"
http://www.homepc.ru/gadgets/mp3/282631