Сжатие звуковых файлов

Для сжатия информации используется дифференциальная импульсно-кодовая модуляция (Differential Pulse Code Modulation). В этом случае сохраняется только разность между текущим значением сигнала и предшествующим. Дифферен­циальная импульсно-кодовая модуляция основана на том факте, что раз­ность требует меньшего количества бит, чем полная величина амплитуды. Дельта-модуляция (Delta Modulation) представляет собой вариант диффе­ренциальной импульсно-кодовой модуляции, при которой для кодирования каждого дискретного значения сигнала используется единственный бит, от­ражающий изменение сигнала на единичную величину в сторону увеличе­ния или уменьшения. Однако наибольшее распространение, в частности, для записи звука по­лучила так называемая адаптивная импульсно-кодовая модуляция (Adaptive Pulse Code Modulation, ADPCM).

Формат МРЗ

MP3 (сокращение от MPEG Layer3) - один из цифровых форматов хране­ния аудио, используется главным образом для передачи аудио в реальном времени по сетевым каналам и для кодирования CD Audio.

МРЗ - потоковый формат; исходный сигнал при кодировании разбивается на равные по продолжительности участки, именуемые фреймами и кодируемые отдельно, а при декодировании конечный сигнал формируется из последовательности декодированных фреймов.

Высокая степень компактности МРЗ по сравнению с импульсно-кодовой модуляцией 16Bit Stereo 44.1 kHz (в формате CD Audio) достигается с помощью дополнительного квантования с учетом особенностей человеческого слуха, в том числе эффекта маскирования слабого сигнала одного диапазона частот более мощным сигналом соседнего диапазона, когда он имеет место, или мощным сигналом, преды­дущего фрейма, вызывающего временное понижение чувствительности уха о к сигналу текущего фрейма. Также учитывается неспособность большинства людей различать сигналы, по мощности лежащие ниже определенного уровня, разного для разных частотных диапазонов.

Степень сжатия, и, соответственно, объем дополнительного квантования, определяются не форматом, а самим пользователем в момент задания па­раметров кодирования. Ширина потока (bitrate) варьируется от наибольшего для МРЗ, равного 320kbs (320 килобит в секунду), до 96kbs и ниже. Термин битрейт обозначает общую ширину потока, безразлично к тому, монофони­ческий или стереофонический сигнал он содержит.

Разные программы обработки и проигрывания звука дают разное качест­во кодирования и декодирования.

Выбор программы кодирования, ее параметров и степени cжатия/битрейта (и связанного с его уровнем качества) зависит главным обра­зом от трех факторов:

— содержания оцифрованной звуковой информации (речь, звуковое сопро­вождение, высококачественная музыка);

— предполагаемого адресата аудиоинформации и уровня его претензий к качеству звука или скорости передачи аудиофайла по сети;

— предполагаемого качества воспроизводящей аудиоаппаратуры (аудиокарты и акустических систем).

Разные битрейты дают разное качество. Любители МРЗ абсолютно по-разному оценивают степень приемлемости одних и тех же битрейтов и имеют свой взгляд на то, какой битрейт следует считать оптимальным. Кто-то выбирает 128 kbs, другие 160 kbs, третьи золотую середину - от 192 kbs до 256 kbs. Некоторые - 320 kbs.

Битрейт 256 kbs следует считать совершенно достаточным для абсолют­ного большинства пользователей;

Тесты определили МРЗ 160 kbs... 192 kbs в большинстве случаев вполне приемлемыми для хранения аудио на компьютере, например, в компьютер­ных играх, когда внимание отвлечено;

Битрейт 320kbs - максимальный (степень сжатия - более чем в че­тыре раза), для кодирования аудио с характеристиками CD Audio, то есть 44.1 kHz 16bit Stereo;

Самым популярным все же остается битрейт 128 kbs, но при его использовании мы имеем скорее качество аудиокассеты, записанной с очень низким уровнем шумов.

В сети INTERNET, как правило, можно найти только МРЗ, закодированные с битрейтом 128 kbs, признанным оптимальным для использования в сети INTERNET.

МРЗ стал массово признанным форматом хранения ау­диоинформации. Ситуация с форматом MP3 создала правовую колли­зию, связанную с нелегальным распространением аудиотреков через сеть Ин­тернет.

Стандарт МРЗ не определяет никакого точного стандартного математи­ческого алгоритма кодирования; он индивидуален для каждого разработанного кодера. Вместо этого стандарт определяет общую схему процесса кодирования, а также формат закодированного фрейма. Сами последова­тельности фреймов могут передаваться потоком (streaming) или храниться в файлах.

МРЗ файл, как и поток, состоит из последовательно расположенных фреймов, между которыми может содержаться произвольная информация. Основное требование состоит в том, что не должно быть совпадений с сигнатурой начала фрейма.

Часто к последовательности фреймов добавляют стандартный заголовок мета-аудиоформата WAV, и получается то, что называют WAV-MP3. Формат WAV является метаформатом для данных любого типа. Формат имеет стандартный заголовок и описания областей данных, которых может быть несколько, способ же кодирования аудиосигнала может быть каким угодно. Вполне могут содержаться данные, к аудио отношения не имеющие.