Смерть MP3: краткая история мира Любимый аудиоформат

Немецкий фонд, которому принадлежит патент на почтенный «старый» музыкальный формат MP3, недавно объявил о том, что его патент истечет. MP3 широко использовался для обмена аудиофайлами в 1990-х и начале 2000-х годов. Сочетание сжатия данных, размера файла и сохраненного качества звука гарантировало популярность аудиоформатов по обе стороны от аргумента пиратства.

Заголовки гласят «MP3 Is Dead», но любой настоящий аудиофил знает, что настоящая смерть маловероятна. Тем не менее, пришло время взглянуть на историю всемирно известного аудиоформата и на то, что может произойти в ближайшем будущем.

Как именно работает MP3?

В зависимости от возраста и степени жестокости вашего слуха, диапазон ваших слуховых частот составляет от 20 до 20000 Гц. Кроме того, наши уши наиболее чувствительны к звуковым частотам от 2 кГц до 5 кГц. Наш слух также ограничен нашей способностью фильтровать и обрабатывать аудиосигналы по мере их поступления.

Изображение предоставлено: flatvector via Shutterstock

Маскировка частоты — ключ к сжатию MP3 — основана на неспособности мозга различать определенные сигналы.

Представьте, что у нас есть два звука. У них очень похожие частоты (например, 200 Гц и 210 Гц), но они воспроизводятся с разной громкостью. Более слабый звук слышен сам по себе, но более сильный различим только в том случае, если они воспроизводятся одновременно. Процесс покрытия одной частоты другой близкой частотой называется «маскированием». Маскирование частот эффективно работает в верхней и нижней частях звукового спектра.

Копирование CD

Предположим, мы копируем компакт-диск на ваш компьютер. Музыка на компакт-диске сэмплируется

44100 раз в секунду (44,1 кГц). Сэмплы имеют длину 2 байта (1 байт — 16 бит). MP3 поддерживает несколько скоростей, но обычно использует стандарт CD 44,1 кГц.

Отдельный MP3-файл состоит из MP3-фреймов с заголовком и блоком данных. Каждый кадр содержит 1152 образца. Технически это две «гранулы» из 576 образцов. Сэмплы проходят через фильтр, который дополнительно разделяет звук на определенный набор из 32 частотных диапазонов. Затем алгоритм MP3 дополнительно делит эти 32 полосы частот в 18 раз, создавая 576 полос еще меньшего размера. Каждая полоса содержит 1/576 частотного диапазона исходного сэмпла (когда мы начали копировать компакт-диск на ваш компьютер).

Изображение предоставлено: Ким Мейрик через Викимедиа

На этом этапе работают два сложных математических алгоритма: модифицированное дискретное косинусное преобразование (MDCT) и быстрое преобразование Фурье (FFT). Каждый из них выполняет разные процессы с разбитым исходным материалом.

БПФ анализируют каждую полосу частот на наличие звуков, которые можно легко замаскировать, следя за тем, чтобы маскировка частоты сохраняла жизненно важные звуки в дорожке.

Затем образцы сортируются и передаются в MDCT. MDCT превращает каждую полосу в набор спектральных значений. Спектральные значения более точно отражают то, как наш слух интерпретирует звук. Поэтому многие сжатые аудиокодеры используют спектральные значения для удаления аудиоданных. Как только спектральная информация и анализ гранулы завершены, начинается фактический процесс сжатия

,

Краткая история MP3

Вы помните свой первый MP3-плеер? Мне повезло иметь оригинальный iPod — пока человек с ножом не освободил его из моего владения. Во всяком случае, мини-диски были намного круче.

Несмотря на это, к тому времени, когда оригинальный iPod быстро обострил стремление к MP3 (в 2001 году), формату уже исполнилось восемь лет. Кроме того, MP3 уже волновал Интернет и другие портативные цифровые музыкальные устройства.

Откуда появился MP3?

MP3 был Mвнимание переходит пicture ЕXperts гДизайн группы (MPEG), как часть оригинального стандарта сжатия аудио и видео MPEG-1. MP3 — это аббревиатура MPEG-1 Audio Layer III, одобренная для использования в 1991 году и окончательно опубликованная в 1993 году.

Идея MP3 довольно крутая.

Алгоритм MP3 использует преимущества восприятия человеческого слуха, называемого слуховой маскировкой. Слуховое маскирование происходит, когда на восприятие одного звука влияет присутствие другого. Кроме того, каждая песня содержит аудио элементы, незаметные для общего прослушивания. Манфред Р. Шредер впервые предложил кодек для психоакустической маскировки в 1979 году. Однако только после образования MPEG (в качестве подкомитета ISO / IEC) в 1988 году началась согласованная инициатива по разработке глобального стандарта.

В истории MP3 есть еще одно важное имя: Карлхайнц Бранденбург. Бранденбург начал работать над сжатием цифровой музыки в 1980-х годах, защитив докторскую диссертацию в 1989 году. Различные способы сжатия, над которыми он работал

в то время были обнаружены ограничения в обеих доступных технологиях, а также в разработке процессов раннего кодирования. Он, наряду с другими учредителями MPEG, понял, что будет достаточно только новой системы.

Институт Фраунгофера

В 1990 году Бранденбург стал доцентом Университета Эрланген-Нюрнберг. Он продолжил свою работу по сжатию в Обществе Фраунгофера (в конце концов он присоединится к Фраунгоферу в 1993 году).

«У нас была звуковая подгруппа в группе кинофильмов [MPEG], — пояснил Бранденбург в интервью NPR. «В итоге мы все вместе выработали компромисс, в котором были разные режимы, так называемый уровень I, уровень II, уровень III. , , И большинство наших идей заключалось в режимах сжатия звука MPEG. , , это был самый сложный и тот, который дает лучшее качество при низких битрейтах — это называлось Layer III ».

Бранденбург использовал песню «Tom’s Diner» Сюзанны Веги, чтобы усовершенствовать алгоритм сжатия, слушая его снова и снова, чтобы убедиться, что его игра не пагубно влияет на запись голоса Веги.

MP3 взрывается

Пару лет после официального выпуска MP3 оставался в депрессивном состоянии, кодек считался «слишком сложным» для широкого использования.

Однако в 1997 году все изменилось — быстро.

Сначала «австралийский студент» приобрел профессиональное программное обеспечение для кодирования l3enc у немецкой компании. Он отредактировал программное обеспечение, перекомпилировал его и загрузил на FTP-файл университета США с файлом README со словами: «Это бесплатно благодаря Fraunhofer». Этот небольшой акт мгновенно изменил доступ к кодированию и декодированию MP3. Внезапно, вставив компакт-диск в компьютер, вы получите высококачественный звук в файлах небольшого размера.

Во-вторых, Nullsoft выпустила почтенный аудиоплеер Winamp. MP3-файлы, скопированные с компакт-диска, можно легко воспроизвести на компьютере.

В то же время Интернет распространился на миллионы домов по всему миру. Миллионы жестких дисков были заполнены MP3

и этот формат стал предпочтительным форматом обмена аудиофайлами для ранних одноранговых сервисов обмена файлами, таких как Napster, Gnutella и eDonkey (Gnutella был еще одним проектом Nullsoft). Музыкальное пиратство было живым и безудержным и в немалой степени способствовало появлению MP3.

Mp3-плееры

Еще одним благом для устоявшейся аудиоиндустрии стали портативные MP3-плееры. В начале 1990-х годов Институт Фраунгофера попытался создать коммерческий MP3-плеер и не смог его создать. Это было просто слишком рано для широкого распространения. Требовалось вышеупомянутое сочетание обмена файлами, распространения в Интернете и программного обеспечения для копирования, чтобы дать импульс портативным MP3-плеерам.

Южнокорейская компания Elger Labs представила MPMAN F10 стоимостью 250 долларов США с 32-мегабайтной памятью. Это не было ошеломляющей искрой для индустрии, какой мы ее знаем. Эта награда лежит на Diamond Rio PMP300, также с 32 МБ.

Успех Diamond Rio привлек нежелательное внимание. Американская ассоциация звукозаписывающих компаний (RIAA) подала в суд на Diamond Multimedia Systems (производитель) — и проиграла. Однако RIAA правильно предположила, что это было началом эндемичного музыкального пиратства, которое продолжается и по сей день.

Что случилось дальше, спросите вы?

Что ж, малоизвестное устройство под названием iPod появилось на рынках, полностью объявив MP3 как фактический аудиоформат того времени, и RIAA начала свой (продолжающийся) крестовый поход против пиратов по всему миру.

Остальное, как мы говорим, история.

Почему MP3 умирает тогда?

Институт Фраунгофера владел патентом MP3. 23 апреля 2017 года срок действия их оставшихся патентов истек. Поэтому Fraunhofer больше не может выдавать новые лицензии MP3. Мы точно объяснили, что происходит

с этими «апокалиптическими» заголовками, а также с тем, как это повлияет на вас.

Хотите TL; DR? MP3 не умер и никуда не денется.

Одна из главных причин, по которой Фраунгофер отказался от MP3, — это возраст. Он больше не может конкурировать с более новыми и блестящими кузенами-кодеками. Их предложение? Вместо этого используйте Advanced Audio Coding (AAC). По совпадению, Fraunhofer также имеет (действующий) патент на AAC, поэтому у нас есть несколько вариантов MP3, из которых вы можете выбрать ниже.

Альтернативы MP3

Ваша коллекция MP3 не сгорит внезапно, так как существующие кодеры и декодеры будут продолжать создавать файлы MP3. Тем не менее, MP3 немного устарела. Есть несколько бесплатных альтернативных аудио форматов

Вы можете использовать для хранения вашей цифровой музыки сейчас.

• AAC — Advanced Audio Coding, как упоминалось выше, является преемником MP3. Единственная проблема заключается в том, что сам по себе формат выглядит немного устаревшим. Тем не менее, AAC, как правило, обеспечивает более высокое качество звука, чем MP3, с аналогичными битрейтами и размерами файлов. AAC также формат с потерями.
• Огг Ворбис — Формат Vorbis, обычно используемый в сочетании с форматом контейнера Ogg. Это лучший, чуть моложе, кузен с открытым исходным кодом для MP3. Несмотря на то, что Ogg обеспечивает лучшее сжатие, более высокую скорость передачи данных и, как правило, лучшее качество звука, Ogg никогда не работал так же, как MP3, из-за отсутствия поддерживаемых устройств. Ogg также формат с потерями.
• FLAC — Бесплатный аудио кодек без потерь — самый популярный формат аудио кодеков без потерь. Зачем? FLAC предлагает точную аудиокопию исходного материала в два раза меньше традиционного CD. Звуки, наиболее подверженные влиянию MP3 (например, гитары, тарелки, реверберация и т. Д.), Остаются четкими, несмотря на значительное сжатие. FLAC — это формат без потерь.

MP3 не умер

Вам не о чем беспокоиться. Вы можете продолжить копирование в MP3, и ваши устройства продолжат воспроизводить вашу музыку. В долгосрочной перспективе, по крайней мере, стоит изучить новый аудиоформат для вашей коллекции. Техники сжатия будут развиваться

и размеры файлов точных копий уменьшатся.

Кроме того, стоит учитывать емкость хранилища. Когда появились первые портативные MP3-плееры с 32 МБ памяти

Это было круто, но явно недостаточно. Самое большое хранилище для iPod Classic составило 160 ГБ. Это может быть связано с пользовательским обновлением хранилища

до колоссальных 240 ГБ — более 1000000 отдельных MP3-треков. Дело в том, что с увеличением размера хранилища и уменьшением физического размера мы можем делать больше с меньшими затратами.

Наконец, интернет продолжает менять то, как мы слушаем музыку. Раньше я занимался пиратской музыкой, потому что не мог позволить себе платить 12–20 долларов за каждый выходящий новый альбом. Теперь у меня есть аккаунт семейного плана Spotify

с доступом к миллионам треков и учетной записи Amazon Prime с еще миллионами. Единственное, что меня ограничивает, — это мое интернет-соединение, и даже тогда у них обоих есть возможность автономной загрузки в высококачественных форматах.

Это не так важно, как раньше, но MP3 не умер.

Какой формат аудио вы предпочитаете? Вам нужна свежая реальность без потерь? Или экстремальное сжатие формата с потерями? Изменилось ли использование вашей музыки с тех пор, как потоковые сервисы стали широко распространенными? Оставьте мне строку в комментариях, и я перезвоню вам.

Кредит Фотографии: Ти Санти через Shutterstock.com