Профессионалы от MP3: MP3Pro
Кодек MP3Pro был анонсирован в июле 2001 года. Появления кодека ожидали с интересом и некоторым нетерпением по двум причинам. Во-первых, этот кодек по своим возможностям обещал быть если не революционным, то очень развитым. Во-вторых, MP3Pro анонсировался и задумывался как продолжение знаменитого MP3 (MPEG-1 Layer III), а то, что его разработкой занимался «папа» MP3 (институт Fraunhofer), внушало доверие и уважение. Несмотря на солидность разработчиков и проекта, MP3Pro довольно долго оставался в тени. Сначала не было ни одной программы не только для кодирования в MP3Pro, но даже для воспроизведения файлов в этом формате. Потом, хотя программы, использующие MP3Pro, и стали появляться, процесс их интеграции проходил вяло и малозаметно для пользователя. И только сегодня MP3Pro стал развиваться и приобретать аппаратную основу, что незамедлительно сказалось на потребительском рынке. В частности, на рынке начали появляться аппаратные плееры, способные воспроизводить аудио в формате MP3Pro.
Лузеры
MP3, появившийся на свет в ноябре 1992 года, является одним из первых аудиокодеков, где была реализована идея «lossy-кодирования» (кодирование аудио с потерями). Сегодня компрессоров, основанных на подобной идее, существует уже достаточно много. Вот только некоторые из них: Ogg Vorbis (OGG), Windows Media Audio (WMA), TwinVQ (VQF), MPEG-2 AAC (AAC), MPEG Plus (MPC). Компрессоры, основанные на идее кодирования с потерями качества (lossy-coding), преследуют две цели: закодировать аудиосигнал так, чтобы сжатые данные занимали как можно меньший объем памяти и звучали при этом как можно ближе к оригиналу. Способы, которыми достигаются эти две цели, могут быть различными, однако все они в результате приводят к тому, что закодированные данные при воспроизведении (декодировании) уже не являются оригинальным сигналом, а лишь похоже звучат. Такая деградация качества оригинального звучания связана с тем, что в процессе кодирования данные сильно «упрощаются»: из них выбрасываются ненужные слабослышимые или замаскированные для человеческого слуха детали, а также используются другие методы «облегчения» данных. Подобная техника упрощения аудиоданных известна под понятием «психоакустическая модель».
Механизм «упрощения» аудио можно пояснить следующим образом. Исходный аудиопоток раскладывается на частотные составляющие спектра. Ясно, что чем меньше «нюансов звучания» имеется в сигнале (чем проще частотный спектр), тем лучше он поддается компрессии. Упростить сигнал можно по-разному. Например, существует ряд способов сокращения информации о стереопанораме сигнала; можно также отфильтровать все частоты выше определенной границы, что автоматически упростит сигнал в высокой области частотного спектра (но при этом, естественно, заметно испортит звучание). Но основным способом является психоакустический анализ (с последующей соответствующей обработкой сигнала), когда кодер анализирует аудиоинформацию и, опираясь на указанный пользователем битрейт, «решает», какие тонкости звучания можно выбросить.
Здесь следует заметить, что применение психоакустики приводит к тому, что процесс декодирования уже не способен восстановить утраченные во время компрессии данные (нюансы звучания, отфильтрованные частоты и проч.).
А теперь перейдем к рассмотрению кодека MP3Pro. Кодек MP3Pro анонсирован в июле 2001 года компанией Coding Tech. вместе с Thomson Multimedia и институтом Fraunhofer. Формат MP3Pro является прямым продолжением или, точнее, развитием старого MP3. MP3Pro совместим с MP3 «вперед» полностью и «назад» частично. То есть, файлы, закодированные с помощью MP3Pro, можно воспроизводить в обычных проигрывателях, однако качество звучания при этом заметно хуже, чем при воспроизведении в специальном MP3Pro-проигрывателе. Это связано с тем, что файл (контейнер) в формате MP3Pro несет в себе два потока аудио: один — стандартный в формате MPEG-1 Layer III, а другой — специальный, дополнительный. Обычные проигрыватели MP3 распознают в новом формате только один поток — обычный MPEG-1 Layer III, это и обуславливает лишь частичную совместимость «назад».
Как это?
В MP3Pro использована новая технология SBR (Spectral Band Replication). Она предназначена для передачи верхнего частотного диапазона. Дело в том, что технологии, основанные на использовании психоакустической модели, имеют один общий недостаток: все они работают качественно начиная с битрейта 128 Кбит/с. На более низких битрейтах начинают проявляться сильные искажения звучания, так называемые «артефакты кодирования»: бульканье, позвякивания, заметные скачки уровня сигнала на различных частотах. Единственный найденный способ борьбы с явлением заключается в урезании частотного диапазона сигнала перед компрессией. Однако эта процедура также отрицательно сказывается на восприятии звучания. Все это показывает, что для получения более-менее качественного звучания на низких битрейтах использования психоакустической модели недостаточно.
Технология SBR в MP3Pro задействована следующим образом. Основные данные кодируются в несколько более зауженном, чем обычно, диапазоне частот в MP3 и записываются в первый основной поток контейнера MP3Pro. Второй, параллельный поток данных, невидимый для обычного MP3-проигрывателя, несет ту минимальную необходимую информацию, которая используется при воспроизведении для восстановления верхних частот.
MP3Pro vs MP3
С одной стороны, можно говорить о целесообразности использования MP3Pro лишь на низких битрейтах (ниже 128 Кбит/с).
На более высоких обычный MP3 справляется с кодированием куда лучше. Кстати, ни один из известных автору статьи кодеров MP3Pro не поддерживает кодирование выше чем на 140 Кбит/с. Ценителям качественного звука, привыкшим кодировать аудио на высоких битрейтах, лучше, наверное, отказаться от использования MP3Pro, так как выдаваемые им высокие частоты не имеют ничего общего с оригинальным сигналом. С другой стороны, примененная в MP3Pro технология SBR очень оправдывает себя на низких битрейтах. Так, на битрейтах 64 Кбит/с и ниже (там, где обычный MP3 и подобные кодеки совершенно не справляются с кодированием) MP3Pro выходит победителем, поскольку субъективно воспринимаемое качество сигнала MP3Pro оказывается достаточно высоким за счет слышимых, пусть и ненастоящих высоких частот. MP3Pro можно порекомендовать к использованию при осуществлении низкобитрейтных потоковых трансляций в интернет и создании музыкальных привью. При прослушивании музыки в формате MP3Pro на улице, «на ходу», когда не слишком важно качество звучания, пользователь также выигрывает за счет заметно меньшего объема памяти проигрывателя, занимаемого звуковыми файлами.
В заключение отметим, что 9 октября 2002 года компания Coding Tech. анонсировала выход нового кодека AACPlus. AACPlus основан на совершенно аналогичной MP3Pro идее использования технологии SBR. Разница заключается лишь в том, что в MP3Pro основной поток кодируется в MP3 (MPEG-1 Layer III), а в AACPlus — в AAC (MPEG-2/4 AAC). ААС является младшим и намного более развитым кодеком, чем MP3, что позволяет ожидать от AACPlus более качественных результатов кодирования. Однако для относительно нового AACPlus, вероятно, можно будет сделать почти те же общие выводы, что и в отношении MP3Pro.