Стандартные форматы звуковых файлов

Группа файлов основанных на технологии пульсовового кодирования ( PCM Pulse Code Modulation ) — см. предыдущий раздел. Каждая цифра в таких файлах описывает один отсчет при оцифровке. этой группе относятся форматы файлов: WAV AIFF и внутренние форматы звуковых редакторов таких, как Audacity. Эти форматы точно передают звук, но занимают много места на диске. По причине своего большого объема они не удобны для передачи через Интернет.

Сжатые форматы. Ранние форматы для сокращения размеров использовали логарифмическую шкалу записи отсчетов. Как известно из математики, логарифмическая шкала позволяет более компактно записывать большие числа (т.е. использовать меньше бит) при этом хорошо отражать динамику описываемой кривой звуковой волны. Самым известным представителем таких форматов является группа форматов Sun AU ( u-law, a-law), используемый и по сей день. Современные форматы используют изысканные алгоритмы сжатия, основанные на опытных психологических исследованиях. При разработке таких форматов учитывалась специфика восприятия звука человеком. Не все частоты воспринимаются человеком даже в слышимом диапазоне. По этому их можно исключить из записи. К таким форматам относятся MP3 (MPEG I, layer 3), Ogg Vorbis , и WMA (Windows Media Audio). Звуковой редактор Audacity поддерживает MP3 и Ogg форматы, но не поддерживает WMA, так как он является внутри корпоративным и не слишком распространенным.

MIDI Аббревиатура MIDI означает Musical Instruments Digital Interface , то есть цифровой интерфейс музыкальных инструментов. Этот формат больше напоминает программу, а не звуковой файл, он используется для управления синтезаторами звуковой карты.

Не сжатые форматы

Внутренний формат Audacity Project format (AUP)

Проекты Audacity записываются в файлы в формате AUP, который наилучшим образом адаптированы для работы с программой Audacity. Формат позволяет записывать, по мимо цифрового представления звукового файла, служебную информацию для редактирования. В последствии вы можете импортировать ваш проект в любой формат.

WAV (Windows Wave)

Это основный формат звуковых файлов для операционной системе Windows.

AIFF (Audio Interchange File Format)

Это основной формат звука для Макинтоша.

Сжатые форматы

Это основной аудио формат для компьютеров Sun и NeXT. Этот формат появился среди форматов со сжатием одним из первых и не обладает высокими характеристиками.

IRCAM (Institut de Recherce et Coordination Acoustique/Musique)

Формат популярен среди исследователей компьютерной музыки. Audacity может читать этот формат.

MP3 (MPEG I, layer 3)

Это один из самых популярных форматов.С его помощью можно сжать информацию с коэффициентом 1:10. Формат является коммерческим.

Audacity может читать и записывать в этот формат.

Это новый формат сжатия, являющийся бесплатной альтернативой MP3. Качество записи этого формата при той компрессии выше, чем MP3. Audacity может читать и писать в этом формате.

Приведем один и тот же файл в разных форматах:

Аббревиатура MID означает » Цифровой интерфейс музыкальных инструментов » (Musical Instrument Digital Interface). Это скроре программа для управления встроенными синтезаторами, чем звуковой файл.

Спецификация MIDI позволяет создавать схожие звуки на различных устройствах, а также обмениваться данными между устройствами, имеющими этот интерфейс.

Благодаря интерфейсу MIDI инструменты могут «общаться друг с другом». Для этого устройства снабжены специальными разъемами: «MIDI IN», «MIDI OUT» и «MIDI TRU». Эти разъемы часто называют MIDI-портами Порты соединяются кабелями.

MIDI IN одного инструмента или звуковой карты соединяется с MIDI OUT другого инструмента или мобильного телефона. Через разъем MIDI TRU служит для трансляции полученных сообщений.

Использование MIDI TRU следующее В этом случае MIDI-информация с выхода 1-го устройства поступает на вход 2-го. Проходя через сквозной порт 2-го устройства, эта же информация поступает и на вход 3-го. Можно говорить, что устройство 1 контролирует устройства 2 и 3. Такая комбинация нескольких MIDI-инструментов (более 2-х) носит название «MIDI-система».

Цифровые аудиоформаты или как хранится звук на компьютере

На сегодняшний день существует около трех десятков распространенных цифровых аудиоформатов. Зачем понадобилось создавать такое количество видов звуковых файлов для хранения одного типа контента и как со всем этим управляться вы узнаете из этого материала.

Оглавление

Вступление

Наверняка многие пользователи предпочитают использовать домашний компьютер не только в качестве рабочей лошадки, но и как мультимедийный центр, на котором можно просматривать фильмы или семейные фотографии, а так же слушать любимую музыку. Хотя наверняка, для прослушивания музыкальных композиций более подходящими являются компактные цифровые плееры или мобильные телефоны, но в отличие от них, компьютер умеет не только проигрывать музыку.

Каким бы большим объемом встроенной памяти не обладал ваш музыкальный плеер, скорее всего, хранить в нем всю фонотеку вряд ли удастся. Более того, с помощью ПК можно создавать, редактировать, упорядочивать и искать музыку. Так же не стоит забывать, что на сегодняшний день существует около трех десятков распространенных цифровых аудио форматов, а большинство плееров далеко не всеядны, и способны воспроизводить только некоторые из них.

Так зачем же понадобилось создавать такое количество музыкальных форматов для хранения одного типа контента? Все дело в том, что звук в подавляющем большинстве случаев хранится в «сжатом» виде, так как одна минута несжатой композиции занимает на жестком диске около 10 Мб. С одной стороны это вроде бы не много, а с другой, если вы меломан и ваша коллекция состоит из нескольких сотен или даже тысяч песен, то становится ясно, что звук необходимо сжимать, для уменьшения занимаемого им места на электронных носителях информации.

Для сжатия музыкальных файлов используются различные особые алгоритмы, которые впоследствии определяют структуру и особенности представления звуковых данных или так называемые цифровые аудиоформаты файлов. Все звуковые форматы можно разбить на три группы: аудиоформаты без сжатия, со сжатием без потерь и с применением сжатия с потерями.

Без сжатия

Одним из самых распространенных форматов, относящихся к этому типу, можно смело считать известнейший WAV. Звук в файлах с таким расширением хранится без какого-либо сжатия и изменений. Правда места для хранения несжатых файлов требуется гораздо больше и поэтому наиболее широкое применение WAV находит лишь в профессиональных аудио и видео приложениях, где звук перед обработкой не должен иметь потери в качестве. Хранение же обычных музыкальных композиций в таком виде является неоправданной расточительностью.

Для воспроизведения WAV-файлов вам не потребуется какое-то специальное программное обеспечение, так как этот формат понимают все медиаплееры, включая и встроенный в систему Windows штатный проигрыватель аудиофайлов Windows Media.

Еще одним форматом, использующимся для хранения несжатого аудио, о котором стоит упомянуть, является разработка компании Appleпод названием AIFF (Audio Interchange File Format). Как вы, наверное, уже догадались, наиболее часто он используется в компьютерах Macintosh под управлением систем Mac OS X.

Сжатие без потерь (lossless)

Алгоритмы, осуществляющие сжатие аудиофайлов без потерь работают по принципу обычных архиваторов. Обеспечивая не самый высокий уровень сжатия (от 40 до 60%), при этом они практически не влияют на качество звука. Так же стоит отметить, что в этом случае, закодированные данные можно полностью восстановить до первоначального вида. Поэтому использование сжатия без потерь наиболее часто применяется в тех случаях, когда важно сохранить идентичность сжатых данных оригиналу.

Наиболее популярными аудиоформатами в этой группе являются FLAC (Free Lossless Audio Codec), APE (Monkey’s Audio), WMA (Windows Media Lossless) и ALAC (Apple Lossless Audio Codec). У каждого из них есть свои плюсы и свои минусы. Например, кодек APEдает несколько больший выигрыш в сжатии, а FLAC является более распространенным. В общем же, все настоящие меломаны хранят свои музыкальные коллекции именно в lossless-форматах, так как в них не удаляется никаких данных из аудиопотока, а созданные с помощью этих кодеков файлы, можно прослушивать даже на высококачественной звуковой аппаратуре.

Для воспроизведения сжатых без потерь форматов, как правило, используются сторонние плееры (кроме WMA), такие как MPlayer, foobar, AIMP, Winamp, VLC и прочие, так как в них уже встроены все необходимые кодеки. Другим вариантом является отдельная установка пакета дополнительных кодеков (например, K-Lite), после чего прослушивание файлов в lossless-формате становится доступным практически из любого аудиопроигрывателя.

Сжатие с потерями

Это самая популярная группа алгоритмов, которые обеспечивают максимальную (до 10 раз и даже более) степень сжатия звука. Правда в отличие от предыдущих форматов, здесь аудиофайл теряет в качестве, а насколько сильно – напрямую зависит от степени его сжатия.

Для определения качества оцифрованного звука наиболее часто применяется такой показатель, как битрейт – скорость звукового потока, получившаяся после сжатия и измеряемая в килобитах в секунду (kbps). Как мы уже говорили, в среднем минута несжатого звука занимает около 10 Мб, что соответствует аудиопотоку примерно в 1400 кбит/c. После кодирования с потерями, его битрейт может снизиться до 56 кбит/с. При этом, стоит учитывать, что для сохранения естественного звучания скорость потока должна быть не ниже 192 или 256 кбит/c. Если же битрейт потока составляет 320 кбит/c и более, то разница в звучании для большинства людей между сжатым и несжатым аудио практически исчезает.

Самым популярным форматом здесь однозначно считается знаменитый и всеми любимый MP3, разработанный специалистами известной группы MPEG (Moving Picture Experts Group). Наиболее широко он используется для кодирования аудиофайлов, размещаемых в интернете и различных файлообменниках из-за возможности существенно уменьшить размер передаваемых данных, что при низкой скорости подключения к сети немаловажно.

Другими известными форматами из этой серии являются AAC (Advanced Audio Coding) и OGG Vorbis. При этом, будучи менее популярными, их алгоритмы сжатия совершеннее, чем у основного конкурента. Так при одинаковом размере файла, они обеспечивают лучшее качество звукового ряда по сравнению с MP3. Еще одно серьезное преимущество данных форматов – возможность кодирования до 48 звуковых каналов у AAC и 255 у OGG, против всего двух у MP3.

Стоит отметить, что и формат WMA – собственность компании Microsoft, изначально создавался для хранения и трансляции аудиоинформации в сжатом виде с потерями, а кодирование без потери качества добавилось к нему не так давно, начиная с Windows Media Audio 9.1. Номинально этот формат обеспечивает лучшую степень сжатия, чем MP3, что дает возможность разработчикам противопоставлять его в качестве альтернативы конкурирующим алгоритмам AAC и OGG. Правда широкому распространению WMA мешает его закрытость и ограниченность применения на многих платформах (операционных системах). Да и встроенная поддержка цифровой системы управления авторскими правами (DRM) не добавляет популярности детищу Microsoft.

Не смотря на то, что MP3 проигрывает своим конкурентам, как по эффективности сжатия, так и по качеству звучания, он до сих пор продолжает оставаться самым популярным аудиоформатом. Секретом такого успеха, наверное, можно назвать банальную инерцию мышления, так как за многие годы к нему привыкло большинство пользователей, производителей аппаратуры и разработчиков программного обеспечения. Именно поэтому MP3-файлы можно прослушать вообще на всем, что способно проигрывать цифровой звук – будь то мобильный телефон, персональный компьютер с любой популярной операционной системой, портативный аудиоплеер, современный музыкальный центр или DVD-проигрыватель.

И хотя другие форматы пока что такой поддержкой похвастаться не могут, у них тоже все не так уж и плохо. Так AAC нашел широкую поддержку со стороны компании Apple, которая использует его алгоритмы для хранения аудиокниг, подкаст, музыкальных композиций в магазине iTunes и рингтонов. Так что для поклонников компьютеров Macintosh, планшетов iPad, смартфонов iPhone и плееров iPod этот формат можно считать «родным».

Файлы WMA легко воспроизводятся на любом ПК под управлением операционной системы Windows, которая является самой распространенной в мире. При этом многие производители портативных аудиоплееров и стационарных проигрывателей оптических дисков так же поддерживают этот формат. А вот для прослушивания файлов в форматах OGG Vorbis или AAC в Windows-системах придется установить специальные кодеки. Хотя это не проблема. Установка вышеупомянутого бесплатного пакета кодеков K-Lite Codek Pack позволит проигрывать на вашем компьютере с помощью любимого плеера практически любые звуковые файлы.

Заключение

В заключение давайте посмотрим, какой набор программного обеспечения вам понадобится, что бы превратить свой домашний компьютер в универсальный инструмент для работы с аудиофайлами. Для удобства, разделим все приложения на несколько основных групп.

Плееры – служат для непосредственного воспроизведения звуковых файлов, а так же часто используются для каталогизации и упорядочивания музыкальных коллекций. Их количество столь огромно, что и не сосчитать. Но все же, что бы несколько облегчить вам выбор, приведем, на наш взгляд, двенадцать самых популярных: Windows Media Player (встроен в систему), Winamp, KMPlayer, iTunes, GOM Player, jetAudio, VLC Media Player (VideoLAN), AIMP, BSPlayer, Real Player, WinDVD и Foobar2000.

Конверторы – приложения, способные осуществлять перекодировку из одного формата в другой. Для этой цели можно использовать большинство популярных плееров, не прибегая к использованию специальных программ. Хотя в некоторых случаях без этого не обойтись.

Рипперы (грабберы) – позволяют извлекать цифровую звуковую информацию с оптических носителей (Audio-CD, DVD) и сохранять ее в различных форматах. Несмотря на многочисленность всевозможным грабберов, на этом поприще наибольшую популярность снискало приложение EAC (Exact Audio Copy), позволяющее делать наиболее точные копии дисков. К другим популярным рипперам относятся: Audiograbber, Reaper, Easy CD-DA Extractor и прочие.

Редакторы – программы, предназначенные для создания, записи и редактирования звуковых данных. В этой группе существуют как довольно простые программы, позволяющие сделать элементарные операции с аудиофайлом (вырезать, обрезать, объединить, нормализовать и т.д.), так и настоящие монстры для профессиональной работы со звуком. Среди небольших редакторов можно выделить приложение Nero WaveEditor, за его скромный размер и при этом довольно высокую функциональность. К наиболее популярным профессиональным решениям обработки звука относятся: Adobe Audition, Sound Forge, Cubase, Sony Vegas Pro и другие.

Конечно, чисто теоретически все эти необходимые функции может сочетать в себе только одна программа, но на практике использовать единственное приложение для всех задач не всегда удобно. Да и добиться от одной программы качественного выполнения всех задач практически невозможно.

В любом случае гораздо удобнее иметь под рукой несколько специализированных приложений, которые и места занимают меньше, и с задачами своими по отдельности справляются лучше.