Музыкальный центр на компьютере

Спектрограмма несжатой звуковой дорожки

Спектрограмма звуковой дорожки, сжатой с битрейтом 128 kbp

Для того чтобы сравнить между собой композиции, закодированные с различными битрейтами, сделаем для начала «снимок» обычной, несжатой дорожки. Для этого просто загрузим ее в любой звуковой редактор – например, Adobe Audition, и выведем на экран частотный анализ. Нижняя шкала как раз и обозначает частотный диапазон.

А теперь сделаем такую же спектрограмму уже «сжатой» дорожки (для начала – закодированной с битрейтом 128 kbps). Этот битрейт позволяет получить звук, не уступающий по качеству обычной кассете. Частотная планка при этом, правда, опускается до порога 18 кГц, что хорошо видно на спектрограмме.

Если же вы хотите максимально сохранить частоты воспринимаемого человеческим ухом диапазона, то стоит выбрать битрейт 256 kbps – он показывает гораздо лучший результат.

Стоит ли такая овчинка выделки? Насколько сильно при этом экономится дисковое пространство? Ответ можно получить, произведя простейшую операцию деления первоначального битрейта (1400 кбит/с) на конечный. Однако для наглядности составим маленькую табличку.

Кстати говоря, у второго столбца есть и еще одно значение: поскольку время звучания стандартного компакт-диска составляет около часа, показатель степени сжатия примерно соответствует тому количеству альбомов (часов музыки), которое может уместиться при записи получившихся MP3-файлов на CD.

Помимо постоянного битрейта при MP3-кодировании может использоваться и переменный. Вспомним, что MP3-файл состоит из отдельных отрезков – «фреймов» длительностью 1/100 секунды. Именно благодаря такому устройству MP3-файл можно воспроизводить одновременно с его скачиванием из Интернета, в «потоковом» режиме. Во время кодирования с переменным битрейтом программа-кодировщик определяет, какой именно битрейт стоит использовать для кодирования именно этого фрейма, в зависимости от его частотных характеристик. Таким образом, каждую секунду битрейт меняется добрую сотню раз в диапазоне от 56 до 320 кбит/с – хотя за пользователем остается право ограничить как верхний, так и нижний порог битрейта.

Существует две основных модификации переменного битрейта: VBR и ABR. В первом случае вы можете выбрать лишь усредненное значение битрейта (например, 192 kbps), а во втором еще и четко определить верхнюю и нижнюю границу. Например, 256 kbps (при нижней границе 192 kbps).

Использование переменного битрейта позволяет в некоторых случаях значительно улучшить качество MP3-композиции – ведь в любой композиции найдется немало мест, которые можно закодировать с минимально возможным битрейтом. В других же случаях, наоборот, планку не грех и приподнять…

Наконец, необходимо сказать пару слов о программах, которые и осуществляют кодирование в MP3 – кодеках: их тоже существует несколько видов. Официально признанным стандартом является оригинальный кодек от Fraunhofer Institute – именно он включен в комплект поставки самых известных мультимедийных «комбайнов» с возможностью MP3-кодирования.

Однако независимые разработчики гораздо чаще (и совершенно справедливо) отдают предпочтение альтернативному кодеку, созданному группой энтузиастов на основе оригинального алгоритма сжатия. Этот кодек, он уже упоминался, называется LAME, и распространяется он в виде отдельного файла-«библиотеки» DLL. Его последние версии вы всегда сможете найти по адресам:

? http://lame.sourceforge.net

? http://mitiok.cjb.net

С кодеком LAME работают самые популярные «рипперы» – CDex и ЕАС (нужная «библиотека» уже включена в их дистрибутив. И это понятно – LAME обеспечивает гораздо лучшее качество, чем оригинальный кодек Fraunhofer (особенно на высоких битрейтах). Правда, и кодирует он значительно медленнее – хотя сегодняшние компьютеры тратят на кодирование в MP3 в 10 раз меньше времени, чем звучит оригинальная «дорожка».

В настоящий момент разработка LAME фактически прекращена – новые версии выходят не чаще двух раз в год. Но связано это не с тем, что разработчики утратили интерес к проекту – просто сам алгоритм кодирования уже настолько «вылизан» и отлажен, что ожидать его кардинального улучшения уже невозможно.

Итак, достоинства MP3 всем очевидны: стандартность (и, следовательно, распространенность), универсальность и приемлемый баланс качества и объема. Неудивительно, что сегодня не только для компьютеров, но и для бытовой аппаратуры поддержка MP3 является обязательным условием. С MP3-файлами могут работать бытовые стереосистемы, DVD-проигрыватели, не говоря уже о специальных плеерах. С его приходом окончательно были списаны на свалку истории аудиокассеты (хотя в нашей стране они пока что не желают сходить со сцены).

Идеал? Но так считают далеко не все. Аудиофилов по-прежнему не устраивает качество звучания MP3-композиций (хотя, чтобы отличить MP3-файл, записанный с битрейтом 256–320 kbps от оригинальной дорожки, необходима аппаратура стоимостью от нескольких тысяч долларов – и соответствующим образом «настроенные» уши). Что же касается производителей музыки, то их не устраивает «открытость» формата – а следовательно, невозможность защитить запись от копирования.

И неудивительно, что уже в конце 90-х гг. прошлого века начались активные поиски «формата будущего» – защищенного, компактного и качественного. На роль «могильщика MP3» претендовали сразу несколько разработок, но большая часть из них (например, VQF от Yamaha, AAC и даже следующее поколение кодека Fraunhofer, MP3 Pro) быстро канула в Лету.

И все же конкуренты у MP3 имеются, и кое в чем «альтернативные» форматы смогли-таки превзойти этот народный кодировщик.

WMA

Казалось, история замерла в ожидании – MP3 продолжал шагать по планете, завоевывая все новых и новых сторонников и не встречая достойных конкурентов. Однако в 2000 г. первый ощутимый удар по популярности этого формата нанесла могущественная корпорация Microsoft, представившая собственный алгоритм сжатия информации под названием WMA.

В отличие от своих предшественников, Microsoft здраво рассудила, что состязаться с MP3 в области качественного звука и высоких битрейтов нет смысла – зачем лить воду на мельницу пиратов? А вот в среднем и низшем классе стоило и поконкурировать… Ведь если для домашних коллекций на CD MP3 подошел идеально, для передачи по Интернету в режиме «сетевого вещания» MP3-файлы были слишком громоздкими. Прослушивать музыкальные композиции со стандартным битрейтом 128 кбит/с в режиме «реального времени» могли лишь обладатели быстрых каналов связи, а при стандартной для модемного подключения скорости 33–56 кбит/с качество музыки становилось уже неисправимо чудовищным…

Именно поэтому Microsoft и сделала упор прежде всего на низких битрейтах – и не прогадала: последние версии WMA-кодека обеспечивают качество MP3-128 уже при битрейте 48 кбит/с (а верхняя планка WMA-битрейта первоначально достигала 160 кбит/с), при этом во время кодирования в WMA изначально используется переменный битрейт.

Однако аппетит, как известно, приходит во время еды, – и начиная с девятой версии кодека, вышедшей в 2003 г., Microsoft начала пропагандировать WMA, как реальную замену MP3 даже в сфере «аудиофильских» записей. В частности, разработчики заявляли, что WMA с битрейтом 192 кбит/с уже полностью соответствует оригинальному CD-качеству (в то время как MP3 требует, как минимум, в полтора раза большего потока данных). Так ли это на самом деле? Чтобы проверить это утверждение, закодируем в WMA ту же самую дорожку, с которой мы работали в предыдущих тестах, и посмотрим на ее «снимок» – спектрограмму.