4. Кодирование звуковых данных.

Понятие оцифровки данных. Битрейт. Медиа-контейнеры:

WAV– формат файла-контейнера для хранения записи оцифрованного аудиопотока. Под Windows этот формат чаще всего используется в качестве оболочки для несжатого звука (PCM), когда для каждого отсчёта амплитуды сигнала выделяется определённое число бит. Однако в контейнер WAV можно поместить звук, сжатый почти любым кодеком (но с воспроизведением таких файлов могут возникать проблемы).

mp3– используется алгоритм сжатия с потерями. Принцип сжатия заключается в снижении точности некоторых частей звукового потока, что практически неразличимо для слуха большинства людей.

Битрейты:

CBRрасшифровывается какConstant Bit Rate, то есть 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). CBR может быть полезен для потоков мультимедиа данных по ограниченному каналу; в таком случае кодирование использует все возможности канала данных. 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.

VBRрасшифровывается какVariable Bit Rate, то есть изменяющийся битрейт или 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 данного метода кодирования является сложность предсказания размера выходного файла. Но этот недостаток VBR-кодирования незначителен в сравнении с его достоинствами. Также 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.

ABRрасшифровывается какAverage Bit Rate, то есть усредненный 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.

wma– лицензируемый формат файла, разработанный компанией Microsoft для хранения и трансляции аудиоинформации. Якобы WMA характеризуется хорошей способностью сжатия, что позволяет ему «обходить» формат MP3. Но на самом деле независимые тесты говорят о том, что его преимущество в качестве неоднозначно. Кроме того, он имеет низкую стойкость к ошибкам. Если при кодировании/передаче файла WMA некоторая часть его повреждается, то воспроизведение файла становится невозможным, как после места повреждения, так и за несколько десятков секунд до него. (Для сравнения: при повреждении файла формата MP3, его всё ещё можно воспроизвести от начала до самого места повреждения, затем пропустить несколько секунд и воспроизвести дальше до конца; иногда же ошибки в несколько байт в файле MP3 бывают на слух малозаметны или не заметны вообще.)

Advanced Audio Coding (AAC)– формат аудиофайла с меньшей потерей качества при кодировании, чем MP3 при одинаковых размерах

Как работает AAC:

1. Удаляются невоспринимаемые составляющие сигнала.

2. Удаляется избыточность в кодированном аудио сигнале.

3. Затем сигнал обрабатывается по методу MDCT (разложение в ряды Фурье) согласно его сложности.

4. Добавляются коды коррекции внутренних ошибок.

5. Сигнал сохраняется или передаётся.

Превосходства AAC над MP3

1. До 48 звуковых каналов;

2. Большая эффективность кодирования как при постоянном, так и при переменном битрейте;

3. Частоты дискретизации от 8 Гц до 96 кГц (MP3: 8 Гц — 48 кГц);

4. Более гибкий режим Joint stereo.

Объединённое стерео (Joint Stereo) –способ двухканального кодирования, при котором левый и правый каналы преобразуются в их сумму и разность. Для большинства звуковых файлов насыщенность канала с разностью (L−R) получается намного меньше канала с суммой (L+R). Также тут свою роль играет восприятие звука человеком, для которого различия в направлении звука намного менее примечательны. Поэтому объединённое стерео позволяет либо сэкономить на битрейте канала разности (L−R), либо улучшить качество на том же битрейте, поскольку на канал суммы (L+R) отводится бо́льшая часть битрейта.