Treści multimedialne - kodowanie, przetwarzanie, prezentacja Odtwarzanie treści multimedialnych Andrzej Majkowski informatyka +

TYTUŁ: Formaty plików audio AUTOR: Monika Majewska-Dziuba Marcin Czarnota

Format WAVE Najprostszy format pliku dźwiękowego to format WAVE (rozszerzenie pliku WAV). Domyślnie dźwięk zapisany w tym formacie nie jest poddany żadnej kompresji. Dlatego pliki WAVE mają zwykle duży rozmiar. Niemniej format ten pozwala na kompresję danych. Opcję tę można wybrać w programach do zapisu dźwięku. Wybór formatu WAVE z kodekiem MPEG-1 Layer 3 to de facto utworzenie pliku MP3. Format WAVE jest często stosowany z uwagi na brak utraty jakości, która zwykle jest ceną płaconą za kompresję danych. Jeżeli chcemy poddać plik audio dalszej edycji, to zapisanie go w formacie WAVE jest dobrym pomysłem. Jeśli natomiast chcemy po prostu zarchiwizować pliki dźwiękowe, lepiej jest zastosować inny format – na przykład MP3 – który zapewni znacznie mniejszy rozmiar pliku na dysku.

Format MP3 Format MP3 jest najpopularniejszym obecnie formatem skompresowanych plików dźwiękowych. Początki sięgają roku 1991. Inżynierowie z Instytutu Fraunhofera w Niemczech opublikowali wówczas pierwszą wersję algorytmu kompresji. Ślad tego zdarzenia można do dziś znaleźć, czytając meta dane plików MP3, ponieważ jeden z kodeków nosi nazwę kodeka Fraunhofera. Formalnie format MP3 nosi nazwę MPEG – 1 Audio Layer 3 (MPEG to skrót od Moving Picture Experts Group – grupa eksperymentów od obrazów ruchomych). Format MP3 stał się najpowszechniejszym formatem Internetu i odtwarzaczy MP3.

Metadane pliku dźwiękowego Plik dźwiękowy – w szczególności w formacie MP3 – oprócz bloków danych stanowiących zapisany dźwięk zawierać może również nagłówek z dodatkowymi informacjami. Informacje te, nazwane tagami, to m.in. tytuł utworu, wykonawca, rok wydania, gatunek muzyki. Całość tych informacji nazywana jest megadanymi. Format MP3 wykorzystuje stratną kompresję, która znacznie zmniejsza rozmiar pliku. Jak już wiemy z poprzedniego rozdziału, plik WAVE skompresowany do formatu MP3 z wykorzystaniem 128 kbps będzie miał rozmiar około 10-krotnie mniejszy niż pierwotnie. Przeciętny rozmiar pliku MP3 stosowany w Internecie to około 3 MB. Jakość dźwięku w formacie MP3 jest gorsza niż jakość dźwięku zapisanego na płycie CD Audio lub w formacie bezstratnym WAVE, niemniej różnica jest zwykle prawie niesłyszalna dla większości ludzi. Jedynie na sprzęcie lepszej jakości, lub przy wprawnym uchu można ją wychwycić.

Zasada działania kompresji MP3 Mechanizm kompresji MP3 jest dość złożony. W bardzo dużym uproszczeniu polega on na tym, że sygnał dźwiękowy jest dzielony na tzw. ramki. W każdej ramce sprawdzane są możliwości wykorzystania tonów celem usunięcia części danych. Ponadto wyszukiwane są różnice między ramkami, tak aby mechanizm zapamiętał, tylko zmiany, a nie każdą ramkę z osobna. Częstotliwości słabiej słyszalne przez człowieka są obcinane. Tak przygotowane dane binarne kodowane są specjalnym algorytmem. Standard MP3 nie specyfikuje dokładnie metody kodowania (kompresji), toteż istnieje wiele różnych programów kodujących (tzw. enkoderów) MP3. Jednym z popularniejszych jest LAME, który dobrze radzi sobie z kompresowaniem plików o wysokiej wartości przepływności. Inne enkodery radzą sobie lepiej z plikami o niskiej przepływności. Różnice w jakości uzyskiwanej przy użyciu różnych enkoderów mogą być znaczne. Wyboru dokonuje się najczęściej podczas zapisywania dźwięku w formacie MP3.

INNE FORMATY AUDIO Stosunkowo nowym formatem pliku dźwiękowego jest format AAC (ang. Advanced Audio Coding – zaawansowane kodowanie audio). Format ten został oficjalnie uznany w roku 1997 i w za-myśle twórców i organizacji zajmujących się standardami w tech-nice ma być następcą formatu MP3. W porównaniu do formatu MP3 wprowadza on wiele usprawnień – m.in. obsługę do 48 ka-nałów, większą liczbę różnych częstotliwości próbkowania i lep-sze algorytmy kompresji. Dzięki temu plik w formacie AAC jest po prostu mniejszy niż w przypadku formatu MP3 tej samej jakości. Popularność formatu AAC ciągle rośnie. Głównym powodem jest wykorzystywanie tego formatu w urządzeniach firmy Apple, w szczególności w iPodach.

Format WMA Innym popularnym formatem jest format WMA (ang. Windows Media Audio – media dźwięku Windows). Jest to format wprowadzony przez firmę Microsoft jako konkurencja dla MP3. Zasada działania jest podobna, ale niezależne testy pokazują, że WMA istotnie ustępuje formatowi MP3 pod względem jakości. Inne spotykane formaty audio to Real Audio (rozszerzenie RA lub RM), który wykorzystywany jest do transmisji strumieniowej w Internecie, oraz AC-3 używany do kodowania dźwięku na płytach DVD.

Format MIDI Przy okazji omawiania formatów plików dźwiękowych warto wspomnieć o formacie MIDI, wprowadzonym jeszcze w roku 1983. Nie jest to format podobny do omówionych wcześniej. Nie zapisuje on wiernie dźwięku oryginału. Służy natomiast do sterowania syntezatorami elektronicznymi. W pliku MIDI zapisywane są informacje, jakiej wysokości dźwięk zagrać, w jakiej chwili i na jakim instrumencie. Liczba i rodzaj instrumentów zależą od karty dźwiękowej. Plik MIDI można traktować jak instrukcję dla urządzenia elektronicznego, wskazującą, jak odegrać melodię – podobnie jak zapis nutowy stanowi instrukcję dla muzyka. Plik MIDI nie może przechowywać głosu ludzkiego, śpiewu ptaków, gwaru ulicy ani innych dowolnych dźwięków. Format MIDI może przechowywać jedynie nuty przewidziane dla stan- dardowych instrumentów muzycznych. Obecnie najczęściej wykorzystywany jest do zapisania prostych melodii, na przykład dzwonków do telefonów komórkowych.

KONWERSJA MIĘDZY FORMATAMI Do konwersji między różnymi formatami plików dźwię-kowych można użyć różnych programów. W zasadzie każdy program do zgrywania muzyki z CD lub edycji dźwięku ma funkcjonalność Zapisz jako…, co pozwala otworzyć plik w jednym formacie i zapisać go w innym. Rozważmy operację konwersji pliku audio przy użyciu programu GoldWave, który jest dostępny w systemie Microsoft Windows, a następnie przy użyciu programu Audacity używanego na platformach Linux i Windows. Program ten można pobrać bezpłatnie z Internetu (http://audacity.sourceforge.net).