Что такое mp3. Что такое формат mp3? Эра CD-дисков, или Отсроченный триумф MP3

Сегодня трудно найти человека, незнакомого с трехбуквенной аббревиатурой – MP3. Вот только, когда начинаешь спрашивать, что же это такое и как расшифровывается, то некоторые люди недоуменно разводят руками, а другие говорят так: ”Ты что? Это же музыка этот MP3!”. Кроме того, MP3 поддерживают многие мобильники. Об этом то мы знаем, а дальше, а больше? :)Понятно, что мало кому понятно, что это за формат. В этой статье я как раз и объясню, что же все - таки это такое, этот MP3.

MP3 – это наиболее популярный формат хранения и передачи информации в цифровой форме, использующий компрессию сигнала. Формат MP3, или MPEG Audio Layer-3, был разработан компаниями Fraunhofer IIS и Thomson. По сравнению с WAV-файлами, являющимися копиями треков Audio CD (PCM, 16 bit, Stereo, 44,1 kHz), MP3-композиции занимают намного меньше места на диске. На обыкновенном CD-R/RW-бланке можно сохранить свыше 11 часов музыки вполне пристойного качества.

Для MP3 написано множество отличных программ (кодировщиков, проигрывателей и т. д.), налажено производство аппаратных (стационарных, карманных и автомобильных) плееров, каждый современный телефон поддерживает MP3-мелодии (и даже имеет встроенный плеер для их удобного воспроизведения). По сравнению со многими другими форматами сжатия аудио MP3 обеспечивает лучшее качество звучания и сегодня по своей популярности занимает, пожалуй, второе место после Audio CD.

Описание формата MP3

Формат сжатия аудиоданных 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.

Технические сведения о формате MP3

Высокая степень сжатия в MP3 достигается за счёт достаточно сложного алгоритма кодирования. Используются как математические методы компрессии, так и особенности человеческого слуха (психоакустическая модель): эффект маскировки слабого звука одной частоты более громким звуком такой же или соседней частоты, понижение чувствительности уха к тихому звуку сразу после громкого, невосприимчивость к звукам ниже определённого уровня громкости.

Поток звука при кодировании разбивается на равные по участки (фреймы). Каждый из фреймов кодируется отдельно со своими параметрами и содержит заголовок, в котором эти параметры указаны. Сжатие может быть выполнено с разным качеством и соответственно размером конечного файла.

Степень сжатия характеризуется битрейтом (bitrate) - количество передаваемой за единицу времени информации. Файлы MP3 обычно закодированы с битрейтом от 64 до 320 килобит в секунду (kbps или kb/s), а также с переменным битрейтом (VBR) - когда для каждого фрейма используется свой, оптимальный для данного участка, битрейт.

Исходный сигнал с помощью фильтров разделяется на несколько частотных диапазонов, для каждого диапазона определяется величина маскирующего эффекта от соседних диапазонов и предыдущего фрейма, несущественные сигналы игнорируется. Для оставшихся данных для каждого диапазона определяется, сколькими битами можно пожертвовать, чтобы потери были ниже величины маскирующего эффекта. На этом работа психоакустической модели завершается, а итоговый поток дополнительно сжимается по алгоритму Хаффмана (аналогично RAR архиватору).

При битрейте 320 kbps применяется только итоговое сжатие, без психоакустического моделирования. Следует иметь в виду, что различные кодеки могут кодировать аудиосигнал по-разному, различия особенно проявляются на высоких частотах и низких битрейтах. В формате MP3 кодируется стереосигнал, при этом возможны несколько вариантов преобразования:

• Dual Channel - каждый канал получает половину потока и кодируется отдельно - возможна запись двух абсолютно разных сигналов.
• 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.
• Joint Stereo (MS Stereo) - стереосигнал раскладывается на общий для обоих каналов и разностный. Имеет вариант - MS/IS Stereo с упрощённым разностным сигналом.

Сильные стороны формата MP3:

• Высокая степень сжатия при приемлемом качестве звука.
• Степень сжатия и качество может регулироваться пользователем.
• Фреймовая структура удобна для передаче по сети, позволяет переход к любому месту файла.
• Широкое распространение аппаратуры и программ.

Особенности применения MP3

Несмотря на то, что кодирование в MP3 осуществляется с утерей части исходной информации, при битрейтах 256 и 320 kbps практически невозможно отличить на слух сжатый сигнал от оригинала, особенно при прослушивании на распространённой аудио аппаратуре. При этом размер файла в самом худшем случае будет в 4 раза меньше, чем в формате CD audio.

Для использования в компактных плеерах и других устройствах с невысоким качеством акустики можно вполне использовать битрейт не ниже 192 kbps. Битрейты ниже 192 kbps рекомендуется использовать для сжатия сигнала с ограниченным частотным диапазоном или невысокими требованиями к достоверности (например, разговор или телепередача).

На чем же основана идея компрессии звука в MP3?

Наверняка, обращаясь к приятелю, отгороженному от внешнего мира «музофоном», вы замечали, как он начинает неестественно громко отвечать на ваши вопросы, поскольку собственный голос, слышимый им под рев рок-концерта, звучит для него непривычно тихо - особенность человеческого восприятия. И дело тут не столько в остроте слуха, сколько в способности нашего мозга «переваривать» звуковую информацию: не реагировать на импульсы, мощность которых ниже определенного уровня; после сильного грохота не слышать шепота и т. д.

Этим и пользуются при создании MP3-кодеров, в каждом из которых может быть реализована своя собственная, варьируемая в зависимости от целей и задач, так называемая психоакустическая модель, где можно пренебречь сравнительно слабыми сигналами.

Как же работают такие методы?

Исходный звуковой сигнал разбивается на отдельные блоки, именуемые фреймами, к каждому из которых применяется специальный алгоритм кодирования, причем параметры сжатия для разных фреймов могут значительно отличаться друг от друга. В процессе кодирования блока исходный сигнал разделяется на несколько составляющих частотных диапазонов. Для каждого из них просчитывается величина так называемого эффекта маскирования слабого сигнала более мощным от соседнего диапазона или от предыдущего фрейма. Затем в зависимости от результатов происходит удаление второстепенных звуков, которые не будут слышимы «среднестатистическим» человеком из-за наличия в данный момент более громкого сигнала. Кроме того, учитывается неспособность большинства людей различать высокочастотные сигналы (выше 16 kHz).

Аудиоинфоpмация, сжатая по данной схеме, может передаваться потоком, например через интернет, а может храниться в файлах формата MP3.

Битрейт и его значение

Одной из важнейших характеристик MP3-файла является битрейт - скорость потока обрабатываемых данных, или общее количество информации, передаваемой в единицу времени. Эта величина не зависит от того, содержит этот поток моно- или стереозвук.

Битрейт 128 Kbps с легкой 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.

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.

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. Скорости 64-96 Kbps чаще всего используют для сжатия аудиоуроков иностранного языка, лекций, интервью и аудиотрансляций.

Долгое время кодеры поддерживали лишь постоянный битрейт (CBR - Constant BitRate), т. е. пользователь задавал определенную скорость потока данных, а программа обеспечивала при этом максимально возможное качество кодирования. Но очевидно, что плотность потока значимой информации от фрейма к фрейму различна. (Зачем, к примеру, кодировать паузы?) Вот разработчики кодеров и решили использовать для компрессии каждого фрейма свой битрейт, т. е. поставили задачу минимизировать скорость потока данных, сохранив тот же уровень качества. Так родилась идея переменного битрейта VBR (Variable BitRate).

Думаю, теперь вам стало чуть более понятно, какую музыку «предпочитает» ваш телефон. Желаю вам больше приятных мелодий! До встреи в следующих статьях на mobime!

Что такое mp3?

Объем аудиозаписи в цифровом формате не мал. Такие файлы занимают слишком много места на носителях, а также не достаточно быстро передаются по каналам связи в сети Интернет. Для решения задачи уменьшения объёма файлов с музыкальными записями было создан ряд форматов которые позволяют значительно сжать данные. Один из таких форматов – mp3. Преобразование аудио-файла, например из wav в mp3 позволяет уменьшить размер файла в несколько раз. В результате преобразования музыки в mp3 происходит сжатие записи с потерей качества. При сжатие с качеством 256 k/s на слух потери не ощущаются. Также приемлемый вариант - сжатие 128 k/s. Mp3 размещаемые в Интернете часто кодируются именно с таким качеством.

Что такое mp3 Pro?

Mp3 Pro – это формат звукового файла, позволяющий при сохранении качества на том же уровне сжимать данные в 2 раза.

Как преобразовать CD в формат mp3?

Существует множество программ с простым и понятным интерфейсом позволяющих сделать такое преобразование, например, Cool Edit Pro.

Как записать mp3 на обычный Audio CD?

Если на компьютере установлена операционная система Windows XP, нужно выделением выбрать файлы для записи, нажать правую кнопку мыши и затем «Копировать на аудио компакт диск». Также можно воспользоваться программой, позволяющей записать CD, например, Nero. Для надёжности лучше делать запись, выбрав невысокую скорость.

Можно ли отменить сжатие mp3 и преобразовать звук в более качественный?

Файлы в формате mp3 кодируются с потерей качества, раскодировав файл, преобразовав его, например, в формат wav, не приведет к улучшению.

Какую программу использовать для кодирования файлов wav в mp3?

Например, Cool Edit Pro.

Как обмениваться mp3 с другими пользователями сети?

Можно сделать запрос на каком либо форуме музыкальной тематики, а сами файлы выкладывать на сайте-файлообменнике.

Существует ли система сжатия звуковых файлов в большей степени, чем mp3?

Существует формат звукового файла mp3 Pro, позволяющий при сохранении качества на том же уровне сжимать данные в 2 раза.

Чем отличаются mp3 и WAV?

Mp3 - формат сжатия, уменьшения размер аудиозаписи с потерей качества. WAV в большинстве случаев файл высокого качества. WAV-файл также может быть сжат, но не до такой степени и без таких потерь, как mp3.

В чём разница между mp3 и mp3pro?

Mp3 Pro - формат позволяющий уменьшить размер файла в 2 раза по сравнению с mp3 с сохранением аналогичного качества.

Сколько лет формату mp3?

Первый кодировщик аудио-файлов в формат MP3 появился в 1994г.

Есть ли конкуренты у mp3?

Существует формат AAC, превосходящий по характеристикам mp3. Но на данный момент больше распространён mp3.

(Описание популярного формата аудиосжатия MP3)

Вступление

Этот самый популярный на сегодняшний день цифровой формат аудиосжатия, был разработан несколько лет назад небольшой немецкой фирмой Fraunhofer IIS. Европейская корпорация THOMSON активно поддержала новоявленный формат и приложила все усилия к его быстрейшему распространению. В частности при ее поддержке новичок стал одним из стандартов аудиосжатия семейства MPEG1, MPEG2 и получил название MPEG Layer3 или более привычное нам MP3.

Революция звука

Появление этого формата на свет уместнее всего назвать тихой революцией. Революцией – потому что до MP3 ни один формат звуковых файлов не мог обеспечить такое качество при таком относительно небольшом размере. Единственный на тот момент сетевой формат.RA (real audio) иначе чем издевательством над слухом не назовешь. MPEG Layer3 задумывался именно как "убийца" этого убогого монополиста, великана на глиняных ногах. MP3 – это формат, разработанный специально для сети Internet, для быстрой пересылки качественного звука куда угодно. Именно поэтому MP3 является потоковым форматом, что это значит будет рассмотрено в дальнейшем. Способность этого алгоритма сжатия уменьшать размер звуковых файлов практически без потери качества, выглядела по тем временам совершенно фантастически. Ведь даже при кодировании с максимальной шириной потока (bitrate) равной 320 kbs (килобит в секунду), а это качество звука практически неотличимое от оригинального, размер исходного WAV файла уменьшается в четыре раза!

Да, это была революция, но очень странная революция. Ведь этот уникальный алгоритм в начале своего существования висел буквально на волоске. Полное отсутствие рекламы, никаких проигрывателей музыки данного формата, кроме фирменного от Fraunhofer IIS, который отличался крайней убогостью дизайна, жутким управлением и непомерными системными требованиями. Прибавьте еще и колоссальные аппетиты самих разработчиков, которые хотели за свои кодеки (CODEC – COder/DECoder) довольно немалые суммы (схожая ситуация сейчас с некоторыми форматами семейства AAC) и отсутствие музыки как таковой, в отличие от солидных залежей музыки в формате RA. Эти факторы вполне могли загубить новорожденного сразу же после родов. И все любители хорошей музыки должны сказать огромное спасибо тем известным и безымянным разработчикам freeware MP3 CODEC, которые не дали создателю этого формата фирме Fraunhofer IIS из-за своей маркетинговой глупости и жадности погубить гениальное творение.

Так же следует отметить ту важную роль которую сыграл популярный проигрыватель WinAMP в распространении формата MP3. Этот плеер первым предоставил то удобство, которого так не хватало фирменным проигрывателям. Потом, как я уже говорил, этот формат заметила компания THOMSON, и с этого начался победный марш MP3 по всему миру.

МР3 изнутри: психофизиология звука

Данный формат использует крайне сложный алгоритм кодирования. В отличие от обычных архиваторов, которым нужно ухитрится сжать информацию таким образом, чтобы после извлечения из архива в ней не изменилось ни одного бита, MP3 преследует несколько иные цели. Помимо математических алгоритмов сжатия, в этом формате присутствует так же сложнейший алгоритм удаления ненужной звуковой информации, основанный на психолого-физиологических особенностях организма человека. Попытаюсь остановится на данном моменте несколько подробнее.

Как уже говорилось, MP3 является потоковым форматом. Это означает, что звуковая информация при кодировании разбивается на равные по продолжительности участки, которые называются фреймами. Все фреймы взаимно независимы. Каждый из этих фреймов кодируется отдельно со своими параметрами и имеет заголовок, в котором эти параметры описаны. При воспроизведении последовательность декодированных фреймов и порождает непрерывное звучание записанного звука.
Какие преимущества дает данный подход? Во-первых, возможность перемотки, так как возможен легкий переход к произвольному фрейму, и воспроизведение звука именно с этого места. Во-вторых, именно эта структурная особенность и делает MP3 по настоящему сетевым форматом. Загрузив первые несколько фреймов в оперативную память или дисковый кэш, проигрыватель начинает их воспроизводить, при этом одновременно подгружая новые фреймы, чем достигается непрерывность воспроизведения. И наконец, если вы не смогли целиком скачать MP3 файл из сети Internet, то ничего страшного, музыку все равно можно будет слушать, просто проигрыватель дойдет до того места, на котором оборвалась связь и остановится.

Так вот вернемся к нашим фреймам. При высоком качестве MP3, а это bitrate ~ 320 кbs, для кодирования фреймов применяются только математические алгоритмы сжатия. Качество при этом совершенно не страдает, но и размер уменьшается всего в четыре раза, то есть коэффициент сжатия такой, какой бы дал обычный архиватор; именно поэтому файлы формата МР3 практически не ужимаются обычными архиваторами. При уменьшении полосы пропускания (bitrate) до 256 kbs и ниже, в дело вступают те самые алгоритмы удаления "ненужных" звуков, которые основаны на особенностях восприятия звука человеческим ухом, так называемая "психоакустическая модель". Процессы удаления "ненужных" звуков называются квантованием . Чем меньше bitrate, тем жестче идет квантование.

По каким же критериям оценивается "нужность" и "ненужность" звуков? Подавляющее число кодеков выбрасывает звуки, которые считаются выходящими за порог слышимости человека. При этом за значение порога, так сказать de fakto, принимается величина равная 16kHz. Несмотря на то, что этот порог признан азбучной величиной и вписан во все учебники по физике, этот подход неверен. Люди весьма разнообразны по своим физиологическим особенностям. Кроме того, нужно учитывать, что у молодежи слуховой порог гораздо выше, чем у пожилых людей, и запросто может превышать эту среднестатистическую величину. Так же многое зависит от интенсивности сигнала. Следовательно, удаление частот выше 16kHz абсолютно неприемлемо для высоких битрейтов претендующих на CD качество, но вполне уместно для низких битрейтов, где качество приносится в жертву размеру.

Другим критерием, по которому оценивается "ненужность" звука, является условие основанное на такой особенности человеческого слуха, как неспособность большинства людей различать сигналы, по мощности лежащие ниже определенного уровня, причем этот уровень различен для разных частотных диапазонов. При использовании психоакустической модели кодирования MP3 CODEC автоматически выбрасывает маломощные, неслышимые частоты. К сожалению, опять таки, люди не одинаковы и те, кто в состоянии различить именно эти частоты, часто жалуются на потерю качества звучания при кодировании, тогда как среднестатистическое большинство этого не замечает.

Но самой главной особенностью психоакустической модели кодирования MP3 является так называемый эффект маскирования. Именно благодаря этому эффекту удается так сильно сжимать исходные аудиоданные. Суть этого эффекта в том, что слабый сигнал одного диапазона частот зачастую маскируется более мощным сигналом соседнего диапазона, если он присутствует в аудиозаписи, или мощным сигналом, предыдущего фрейма. Этот сильный сигнал вызывает временное понижение чувствительности уха к сигналу текущего фрейма. По сути, имеет место явление "временного оглушения". Для каждого звукового диапазона определяется величина маскирующего эффекта, создаваемого сигналом соседних диапазонов и сигналом предыдущего фрейма. Если маскирующий сигнал превышает мощность сигнала текущего диапазона, то данный диапазон сигнала не кодируется, что позволяет психоакустической модели удалить часть данных из этого фрейма. Для оставшихся данных каждого диапазона определяется, сколькими битами на фрейм мы можем пожертвовать, чтобы потери от дополнительного квантования были ниже величины маскирующего эффекта. Несомненно, все отмечали, что звук, кодированный при низких битрейтах, отличается крайней нечеткостью и глухостью. Это происходит из-за того, что при потере одного бита информации в общее звучания вносится шум квантования величиной порядка 6 dB.

Все эти ухищрения суммарно называются адаптивным кодированием. Используя тот факт, что подавляющее большинство людей не обладают идеальным слухом, технология адаптивного кодирования позволяет существенно уменьшить размер кодируемого файла выбросив наименее значимые с точки зрения слухового восприятия детали звучания.

Надо заметить, что в случае низких битрейтов кодирование начинается с адаптивного кодирования. После дополнительного квантования формируется итоговый поток, который затем и сжимается по алгоритму Хаффмана (аналогично алгоритму RAR).

Чем замечателен этот формат, так это тем, что степень сжатия, то есть, соотношение размер/качество полностью во власти пользователя. Ширина потока (bitrate) способна изменяться от наибольшего значения в 320kbs, до 64 kbs и ниже, соответственно варьируется и размер.

С технологиями сжатия используемых в MP3 CODEC мы ознакомились, настало время поговорить о разных битрейтах.

Качество требует жертв

Очевидно, что различные битрейты даже одного и того же CODECa дают далеко неодинаковое качество. Причем разные люди совершенно по-разному оценивают качество приемлемости одних и тех же битрейтов, высказывая свое собственное сугубо субъективное мнение. При оценке качественности звучания зачастую возникает путаница, так как многие путают факт наличия низкого или высокого уровня шумов с высоким или низким качеством сигнала. Такой дуболомный подход в принципе неверен, так как это характеристика обычной, некомпьютерной аппаратуры, которую некоторые лихо по аналогии переносят на цифровое аудио, забывая, что для компьютера это всего лишь характеристика конкретного программного MP3 плеера. Отсюда следует, что в некоторых случаях, сменив плеер можно существенно улучшить качество воспроизведения.

Так же, почему-то многие пользователи считают, что мнение профессионалов, так сказать "дегустаторов" от звука, обладающих хорошо развитым слухом и чувством фальши, не является авторитетным, а важно мнение середнячков со слухом отравленным дешевой аудиоаппаратурой уровня ESS. Это мнение может повлиять только на звание которое дают тому или иному CODECу – например "массовый", "народный", "популярный", но при оценке качественности кодировщика оно абсолютно неуместно.

При разработке формата MP3 его разработчики наняли команду профессиональных звуковых "дегустаторов", которые прослушали определенный набор тестовых композиций закодированных с разными битрейтами. Профессионалы единогласно указали, что битрейт 256kbs в большинстве случаев сохраняет качество звучания, которое практически не отличается от исходного. И так же единодушно указали, что уже битрейт 192kbs довольно ощутимо отличается от оригинала и не может претендовать на непогрешимость.

Но вы должны обратить внимание на оговорку "в большинстве случаев" которую эксперты сделали для битрейта 256kbs. В некоторых случаях, особенно при кодировании классической музыки этот битрейт проявляет себя не лучшим образом.

Если вы хотите точного соответствия сжатого файла оригиналу, пользуйтесь максимальный для кодирования CD Audio битрейтом - 320kbs. Коэффициент сжатия 4:1, для битрейта 256 kbs – 6:1. Размер несколько больше, зато качество смело можно считать непогрешимым.

Многие пользователи-меломаны уже создали себе обширные фонотеки на CDR или просто на винте, используя MP3 256kbs и 320kbs. Кстати, именно в этой связи повсеместно приобрели огромную популярность домашние компьютеры, оснащенные приводами CD-RW (пишущий CD-ROM).

Но самый популярный на текущий момент все же битрейт 128 kbs, который весьма быстро занял место формата RA. Причина такой популярности – в относительно небольшом размере (сжатие 12:1), что является определяющим фактором в условиях медленной передачи данных и дороговизны услуг провайдеров. Так же по размеру файла MP3 легко определить продолжительность звучания. У этого битрейта 1 минута звучания занимает примерно 1 мегабайт. Но качество у этого новоявленного "сетевого короля" на СD даже не претендует. Это качество средней аудиокассеты. В сети Интернет можно в основном найти MP3 только с битрейтом 128 kbs, MP3 с этим битрейтом и создавался первоначально как сетевой формат.

Путь к победе: триумф звука

После долгой раскачки данного формата, постепенно тысячи и тысячи пользователей наконец его оценили. Как грибы после дождя появилось множество сайтов, специализирующихся исключительно на распространении музыки в модном формате. Разумеется, практически все MP3-файлы были нелегальны или полулегальны, так как до пользователей не доходило, что распространяя купленную за свои деньги и переведенную в MP3 формат музыку, они нарушают законы об авторских и смежных правах. Или доходило, но... Но вот поймать и тем более наказать нелегальных распространителей оказалось невероятно сложно. Более того, благодаря небольшому размеру MP3 с bitrate 128 kbs оказалось возможным записать на один компакт-диск не 74 минуты музыки как раньше, а более 650 минут! Этим немедленно воспользовались пираты. Они стали производить диски типа "все альбомы хитовой группы на одном диске". Аудиозаписывающие компании стали нести убытки. Зачем покупать один альбом, если за те же деньги можно купить десять альбомов на одном CD?
Попытку побороть нелегальное распространение музыки MP3 недавно предпринял звукозаписывающий гигант RIAA. Но было уже поздно. MP3 индустрия достигла невиданного размаха. Стали появляться аппаратные мини-плееры с памятью на 32 мегабайта и возможностью подключения к компьютеру, их уже появилось более 40 моделей. Плееры для автомобилей на базе небольших по объему (1Гб) винчестеров. Даже звуковые карты с аппаратной поддержкой MP3. С этой волной бороться стало невозможно. MP3 стал первым признанным форматом хранения аудиоданных после CD-Audio. Это была победа.

Эта музыка будет вечной...

Пусть MP3 уже не лучший. Ему на смену идут новые формать: семейство AAC (advanced audio codec), VQF, PAC (perceptual audio codec). Но он был первым. Кроме того, многочисленная аудитория пользователей MP3 весьма консервативен, MP3 удалось глубоко поразить своих поклонников, тогда как его конкуренты способны их разве что слегка удивить. Так что думаю этому стандарту уготованы еще долгие годы существования, прежде чем его сменит более достойный.

Глоссарий

• MP3 (MPEG Layer3) - цифровой формат мультимедиасжатия семейства MPEG, предназначенный исключительно для кодирования звука. Имел предшественников в лице МР1 и МР2, отличатся высокой сложностью алгоритма, как следствие высокими требованиями к системным ресурсам. Лучший в своем классе по соотношению размер/ качество.
• CODEC - расшифровывается как COder/DECoder. Это не что иное как совокупность алгоритмов кодирования и декодирования звука.
• Bitrate - ширина потока. Количество бит, использующиеся для кодирования звукового потока. Измеряется в kbs, т.е. число килобит в секунду.
• Квантование – процесс удаления частот, не воспринимаемых обычным человеческим слуховым аппаратом (ухом).
• CD Audio - старейший формат цифрового звука, существует более 20 лет. Параметры 44Khz, 16-bit стерео.
• RA - формат, расшифровывается как Real Audio. Первый сетевой формат, обеспечивающий передачу и воспроизведение звука в реальном времени. Если сравнивать с МР3, то имеет битрейт 8 и 16 kbs, и соответственно ужасное качество звука.

Сегодня трудно найти человека, незнакомого с трехбуквенной аббревиатурой – mp3. Вот только, когда начинаешь спрашивать, что же это такое и как расшифровывается, то некоторые люди недоуменно разводят руками, а другие говорят так: ”Ты что? Это же музыка этот MP3!”. Кроме того, MP3 поддерживают многие мобильники. Об этом то мы знаем, а дальше, а больше? :)Понятно, что мало кому понятно, что это за формат. В этой статье я как раз и объясню, что же все - таки это такое, этот MP3.

MP3 – это наиболее популярный формат хранения и передачи информации в цифровой форме, использующий компрессию сигнала. Формат MP3, или MPEG Audio Layer-3, был разработан компаниями Fraunhofer IIS и Thomson. По сравнению с WAV-файлами, являющимися копиями треков Audio CD (PCM, 16 bit, Stereo, 44,1 kHz), MP3-композиции занимают намного меньше места на диске. На обыкновенном CD-R/RW-бланке можно сохранить свыше 11 часов музыки вполне пристойного качества.
Для MP3 написано множество отличных программ (кодировщиков, проигрывателей и т. д.), налажено производство аппаратных (стационарных, карманных и автомобильных) плееров, каждый современный телефон поддерживает MP3-мелодии (и даже имеет встроенный плеер для их удобного воспроизведения). По сравнению со многими другими форматами сжатия аудио MP3 обеспечивает лучшее качество звучания и сегодня по своей популярности занимает, пожалуй, второе место после Audio CD.

Описание формата MP3

Формат сжатия аудиоданных 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.

Технические сведения о формате MP3

Высокая степень сжатия в MP3 достигается за счёт достаточно сложного алгоритма кодирования. Используются как математические методы компрессии, так и особенности человеческого слуха (психоакустическая модель): эффект маскировки слабого звука одной частоты более громким звуком такой же или соседней частоты, понижение чувствительности уха к тихому звуку сразу после громкого, невосприимчивость к звукам ниже определённого уровня громкости.

Поток звука при кодировании разбивается на равные по участки (фреймы). Каждый из фреймов кодируется отдельно со своими параметрами и содержит заголовок, в котором эти параметры указаны. Сжатие может быть выполнено с разным качеством и соответственно размером конечного файла.
Степень сжатия характеризуется битрейтом (bitrate) - количество передаваемой за единицу времени информации. Файлы MP3 обычно закодированы с битрейтом от 64 до 320 килобит в секунду (kbps или kb/s), а также с переменным битрейтом (VBR) - когда для каждого фрейма используется свой, оптимальный для данного участка, битрейт.
Исходный сигнал с помощью фильтров разделяется на несколько частотных диапазонов, для каждого диапазона определяется величина маскирующего эффекта от соседних диапазонов и предыдущего фрейма, несущественные сигналы игнорируется. Для оставшихся данных для каждого диапазона определяется, сколькими битами можно пожертвовать, чтобы потери были ниже величины маскирующего эффекта. На этом работа психоакустической модели завершается, а итоговый поток дополнительно сжимается по алгоритму Хаффмана (аналогично RAR архиватору).

При битрейте 320 kbps применяется только итоговое сжатие, без психоакустического моделирования. Следует иметь в виду, что различные кодеки могут кодировать аудиосигнал по-разному, различия особенно проявляются на высоких частотах и низких битрейтах. В формате MP3 кодируется стереосигнал, при этом возможны несколько вариантов преобразования:

Dual Channel - каждый канал получает половину потока и кодируется отдельно - возможна запись двух абсолютно разных сигналов.
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.
Joint Stereo (MS Stereo) - стереосигнал раскладывается на общий для обоих каналов и разностный. Имеет вариант - MS/IS Stereo с упрощённым разностным сигналом.

Сильные стороны формата MP3:

Высокая степень сжатия при приемлемом качестве звука.
Степень сжатия и качество может регулироваться пользователем.
Фреймовая структура удобна для передаче по сети, позволяет переход к любому месту файла.
Широкое распространение аппаратуры и программ.

Триумфальное шествие формата записи звука MPEG-1 Layer 3 (в просторечии получившего обозначение MP3) объясняется тем, что был предложен простой и эффективный способ сжатия звуковых файл, позволяющий хранить на стандартном диске CD-ROM до 12 часов музыки приемлемого качества.

Если говорить упрощенно, алгоритм MPEG-1 Layer 3 основан на методе так называемого «психоакустического» сжатия, когда из звуков спектра исключаются не воспринимаемые слухом частоты и уровни громкости. «Очищенный» таким способом спектр разбивается на отдельные блоки (фреймы) одинаковой продолжительности и сжимается в соответствии с заданными требованиями. При воспроизведении сигнал формируется из последовательности декодированных фреймов.

Степень сжатия зависит от параметров звукового потока, который необходимо получить на выходе, после декодирования файла.

Основным параметром, определяющим качество звучания и степень сжатия, выступает так называемый (что такое) битрейт - ширина полосы пропускания, измеряемая в битах в секунду.

Чем больше этот показатель, тем лучше качество звука и меньше степень сжатия. Так как практически все файлы MP3 записывают в режиме стерео с частотой кодировки 44 КГц и глубиной 16 бит, определяющими факторами чистого звука становятся: источник записи, применяемый кодек и выбраный битрейт.

Слово кодек образовано сочетанием слов кодер + декодер. Это программ- , ный модуль, позволяющий кодировать или декодировать файлы звука или видео в соответствии с собственным алгоритмом.

Среднее значение потока 256 Кбит/с обеспечивает коэффициент сжатия примерно 6:1, для других величин степень сжатия изменяется пропорционально. Таким образом, при потоке 256 Кбит/с можно записать на компакт-диск музыку с шести обычных Audio CD, а при потоке 128 Кбит/с - с двенадцати обычных музыкальных дисков.

По поводу величины битрейта, обеспечивающей хорошее качество звучания, соответствующее качеству воспроизведения Audio CD, идут бесконечные споры среди любителей и профессионалов.

Некоторые считают достаточным уровень 128 Кбит/с, других удовлетворяет только максимальное значение потока - 320 Кбит/с. По всей вероятности, правы и те и другие - разница только в том, что записано и в каких условиях воспроизводится.

Величина битрейта, с которой кодировался оцифрованный звук, обычно указывается на обложке компакт-дисков. К примеру, полную коллекцию музыки группы Beatles можно приобрести на трех дисках с битрейтом 128 Кбит/с или на шести дисках с битрейтом 256 Кбит/с.

Понятно, что во втором случае стоимость покупки будет вдвое дороже, но и качество лучше.

Если музыка звучит в автомобиле отечественного производства, поток 192 Кбит/с обеспечит достаточное качество звука, лучшего вы все равно не услышите из-за посторонних шумов. Для прослушивания на компьютере или автономном проигрывателе (МРЗ -плеере) приемлем поток 256 Кбит/с.

А вот если сигнал без изменений поступает на внешнее устройство и выводится на колонки высокого качества, желателен максимально возможный поток - 320 Кбит/с. Исходя из перечисленных соображений, универсальным можно считать поток 256 Кбит/с: при хорошем качестве записи он обеспечит адекватное воспроизведение в большинстве случаев.

Для трансляции музыки через Интернет обычно используют величину потока 128 Кбит/с. При этом качество звучания «как бы»оставляет желать лучшего.

Записывать популярную музыку с битрейтом выше 192-256 Кбит/с не имеет смысла: песенки живут недолго, да и исходные записи зачастую не отличаются высоким качеством. В конце концов, поплясать можно и под звук «магнитофонного» качества.

Совсем другое дело классика и редкие авторские произведения. Причем под классикой мы понимаем не только Баха или Моцарта. Сегодня классикой можно считать и The Beatles, и Led, Zeppelin, и Высоцкого, и Цоя, и много других авторов (исполнителей).

Если при покупке компакт-диска вы не обратили внимания на величину битрейта, указанную на упаковке, то посмотреть значение можно в строке проигрывателя во время воспроизведения файла.