В наше время практически любой человек слышал аббревиатуру MP3. Но при этом не каждый может объяснить, что она означает. В основном все ограничивается знанием о том, что это формат музыки. Так что же это такое на самом деле? Давайте разберёмся.
MP3 (сокращение от MPEG Layer3) — один из первых популярных способов сжатия звука. Разработан немецкой компанией Fraunhofer IIS и позднее, при поддержке фирмы THOMSON, внедрён как часть видеоформатов MPEG1 и MPEG2. Обеспечивает высокое качество звука при сравнительно небольших размерах файла.
MP3 является одним из самых распространённых и популярных форматов цифрового кодирования звуковой информации с потерями. Он широко используется в файлообменных сетях для оценочной передачи музыкальных произведений. Формат может проигрываться практически во всех популярных операционных системах, на большинстве портативных аудиоплееров, а также поддерживается всеми современными моделями музыкальных центров и DVD-плееров.
В формате МР3 звуки кодируются определенным частотным образом. Формат МР3 еще называют форматом сжатия с потерями. Это значит, что часть звуковой информации, которую человек не воспринимает, просто удаляется из записи. За счет исключения этих «неслышимых» частот размер файла значительно уменьшается, в среднем на 70% от исходного файла. Большая степень сжатия в MP3 обеспечивается за счёт очень сложного алгоритма кодирования аудиоинформации. При этом применяются как психоакустическое моделирование (учитывается, например, снижение чувствительности к тихому звуку, который идёт сразу после громкого), так и математические методы компрессии.
При кодировании в формат MP3, звуковой поток делится на одинаковые по длительности фреймы, каждый из которых кодируется независимо от других, с собственными параметрами, причём они могут друг от друга сильно отличаться. Исходный сигнал делится на несколько частотных диапазонов. Для каждого высчитывается величина маскирования слабого сигнала более мощным соседнего диапазона или фрейма. Потом удаляются второстепенные звуки, которые не слышны для человека в связи с наличием сигнала, более громкого по сравнению с ними. При этом учитывается и то, что большинство людей не могут различать сигналы с частотой более 16 кГц.
Качество звучания музыки в формате MP3 также зависит от кодека, используемого в процессе сжатия файла.
Кодек – это программа, которая позволяет изменять формат данных. На сегодняшний день существует два типа кодеков, преобразовывающие звуковые файлы для МР3:
— кодеки, сжимающие с потерями;
— кодеки, сжимающие без потерь.
Самым популярным кодеком, сжимающим с потерями, является LAME. При публичном прослушивании, организованном Роберто Аморимом в 2004 году, файлы МР3, сжатые при помощи LAME, показали наиболее приближенные результаты как к качеству Audio-CD, так и к оригинальному живому звучанию. Эти данные были получены для файлов с битрейтом от 128 кбит/с и выше.
К кодекам, сжимающим без потерь, относится FLAC. При сжатии он не удаляет никакой информации из звукового потока. Он может использоваться как для архивации домашних записей, так и для последующего прослушивания на профессиональной аппаратуре. Существенным недостатком кодека FLAC является то, что при малозаметном от МР3 улучшении качества звука, разница в размерах файлов огромна.
Режимы кодирования звуковых каналов
Stereo — каждый канал кодируется отдельно, но программа-кодер может использовать свободное место одного канала для размещения информации другого. Режим stereo выставлен по умолчанию в большинстве кодеров.
Mono — одноканальное кодирование. Если закодировать двухканальный материал этим способом, различия между каналами будут полностью стёрты, так как два канала смешиваются в один, он кодируется и он же воспроизводится в обоих каналах стереосистемы.
Dual Channel — два независимых канала, например звуковое сопровождение на разных языках. Битрейт делится на два канала. Например, если заданный битрейт 192 кбит/c, то для каждого канала он будет равен только 96 кбит/c.
Joint Stereo (MS Stereo) — стереосигнал раскладывается на общий для обоих каналов и разностный. Имеет вариант — MS/IS Stereo с упрощённым разностным сигналом.
Алгоритмы кодирования сигнала
CBR (Constant Bit Rate) — постоянный битрейт, который задаётся пользователем и не изменяется при кодировании произведения. Таким образом, каждой секунде произведения соответствует одинаковое количество закодированных бит данных (даже при кодировании тишины). Для хранения данный режим кодирования не является оптимальным, так как он не может выделить достаточно места для сложных отрезков исходного произведения, при этом бесполезно тратя место на простых отрезках. Повышенные битрейты (выше 256 кбит/c) могут решить данную проблему, выделив больше места для данных, но зато и пропорционально увеличивая размер файла.
VBR (Variable Bit Rate) — переменный битрейт, который динамически изменяется программой-кодером при кодировании в зависимости от насыщенности кодируемого аудиоматериала и установленного пользователем качества кодирования (например, тишина закодируется с минимальным битрейтом). Этот метод MP3-кодирования является самым прогрессивным и до сих пор развивается и улучшается, так как аудиоматериал разной насыщенности может быть закодирован с определённым качеством, которое обычно выше, чем при установке среднего значения в методе CBR. Плюс к тому, размер файла уменьшается за счёт фрагментов, не требующих высокого битрейта. Минусом является то, что VBR считает «незначительной» звуковой информацией более тихие фрагменты, таким образом получается, что если слушать очень громко, то эти фрагменты будут некачественными, в то время как CBR делает с одинаковым битрейтом и тихие, и громкие фрагменты.
ABR (Average Bit Rate) — усреднённый битрейт, который является гибридом VBR и CBR: битрейт в кбит/c задаётся пользователем, а программа варьирует его, постоянно подгоняя под заданный битрейт. Таким образом, кодер будет с осторожностью использовать максимально и минимально возможные значения битрейта, так как рискует не вписаться в заданный пользователем битрейт. Это является явным минусом данного метода, так как сказывается на качестве выходного файла, которое будет немного лучше, чем при использовании CBR, но намного хуже, чем при использовании VBR. С другой стороны, этот метод позволяет наиболее гибко задавать битрейт (может быть любым числом между 8 и 320, против исключительно кратных 16 чисел метода CBR) и вычислять размер выходного файла.
Значение битрейта
Степень сжатия характеризуется битрейтом (bitrate) — количество передаваемой за единицу времени информации. Эта величина не зависит от того, содержит этот поток моно- или стереозвук. Файлы MP3 обычно закодированы с битрейтом от 64 до 320 килобит в секунду (kbps или kb/s).
Чем выше битрейт, тем больше места на диске потребуется для сохранения конечного MP3-файла, но и, как правило, тем выше будет качество закодированного сигнала. В целом же каждое значение битрейта имеет свою область применения.
Наиболее часто встречающиеся постоянные битрейты (CBR):
96 kb/s — Подходит только в качестве ознакомительного материала, с последующим получением (скачиванием или приобретением) более качественного звука.
112 kb/s – Что-то среднее между 96 и 128 kb/s. Встречается очень редко. В основном это старые mp3, кодировавшиеся еще в конце 90-х.
128 kb/s — с лёгкой руки Fraunhofer IIS был признан оптимальным для использования в интернете, а некоторые производители кодеров распространили мнение о том, что этой скорости вполне достаточно для кодирования музыки с качеством, близким к Audio CD. Однако это не так. На хорошей аппаратуре невосполнимые потери аудиоинформации становятся заметными.
160 kb/s – этот битрейт, в общем-то, может занять место в вашей коллекции, хотя всё равно он не является качественным. Его часто используют для записи радиомиксов ди-джеев, где большего и не надо.
192 kb/s — такой битрейт считается оптимальным по соотношению качество / размер. Также является самым подходящим для кодирования записей с виниловых пластинок, которые не способны воспроизводить (точнее на которые, в силу законов физики, нельзя записать) звук выше 20 kHz.
224 kb/s — качество хорошее. Данный битрейт не так распространен, как 192 или 256, он является промежуточным.
256 kb/s — качество отличное. Многие меломаны стремятся копировать Audio CD диск именно с таким битрейтом.
320 kb/s — максимальное качество для формата mp3. Бытует мнение о том, что использовать его нет смысла, ибо разницу на слух между 256 и 320 заметить невозможно.
Даже профессиональные эксперты с тонким музыкальным слухом порой не в состоянии отличить на хорошей аппаратуре звучание трека Audio CD и его образа, закодированного в MP3-файл с низким коэффициентом сжатия, например — 4:1 (320 Kbps). Для рядового же меломана эта разница становится практически неощутимой при скорости потока 192-256 Kbps.
Ежели вы имеете дело только с компьютерными акустическими системами или недорогой бытовой радиоаппаратурой, то для кодирования и последующего прослушивания композиций вполне достаточно 160 — 192 Kbps. Для компрессии быстро устаревающей поп-музыки, а также для выкладывания музыкального архива в сети вполне подойдет и 128 Kbps. Значения битрейта ниже 128 Kbps не позволяют добиться должного качества звучания.
