Сжатие МРЗ

Сжатие алгоритмом АDPCM и подобными

Некоторые музыканты спрашивают: если звуковые файлы занимают так много места, почему бы не попробовать сжимать их привычными компьютерными программами сжатия — ZIP, RAR, GZIP, BZIP2 и так далее? В результате мы бы ничего не потеряли в качестве звучания — ведь данные, запакованные этими алгоритмами, можно распаковать, и они восстановятся в прежнем виде. Дело в том, что использование этих стандартных программ приводит к совершенно неудовлетворительному результату. Звуковые файлы сжимаются данными алгоритмами очень плохо. Ну, какая, скажите, польза от того, что файл размером 105,66 Мбайт сожмется до 105,65 Мбайт? Только будет жаль потраченного времени, в течение которого программа-архиватор будет осуществлять такое кодирование.

По этим причинам различными компаниями были разработаны алгоритмы сжатия звука с потерями. Общий принцип их сводится к следующему: происходит анализ звуковой информации, после чего информация о якобы неслышных нашему уху компонентах отбрасывается. Такое сжатие с потерями дает гораздо более ощутимые результаты, однако где-то приходится жертвовать качеством звучания. Одним из первых распространенных алгоритмов сжатия звука с потерями был алгоритм Microsoft ADPCM. Если исходный звук представляет собой человеческую речь (в особенности мужскую), то конечный результат на слух получается действительно почти неотличимым от оригинала. При этом размер файла получается примерно в 4 раза меньше несжaтого. Однако использовать алгоритм ADPCM для сжатия музыкальных звуков вряд ли целесообразно, поскольку, во-первых, коэффициент сжатия достаточно небольшой, а во-вторых, при сжатии этим алгоритмом довольно сильно ухудшается качество звучания. Существует еще несколько подобных алгоритмов, но все они дают на выходе приблизительно одинаковый результат.

Одним из стандартных форматов сжатия музыкальных файлов (и самым, пожалуй, распространенным) является формат MPEG Layer 3- Файлы этого формата имеют расширение трЗ, а потому весь формат обычно называют так же. Несмотря на то что этот алгоритм сжа- тия был разработан еще в восьмидесятые годы, широкая общественность узнала о нем только в середине девяностых Алгоритм сжатия MPEG Layer 3 специально разрабатывался с ориентацией на работу с музыкой, поэтому он ухудшает качество звучания в гораздо меньшей степени, чем АDРСМ и ему подобные. Алгоритм МРЗ способен в зависимости от запросов пользователя сжимать музыкальный файл в разной степени. Соответственно, если файл сжимается всего в 4—5 раз, качество его звучания, особенно на бытовых колонках, остается практически неотличимым от оригинала (если, конечно, в нем не присутствуют чистые тона, то есть синусоидальные колебания, и другие плохо сжимаемые экзотические вещи — все-таки разработчики ориентировались на несколько усредненную модель звучания музыкального файла). С другой стороны, можно немного пожертвовать качеством, сжав файл сильнее — в 10,20 и более раз. Степень сжатия.МРЗ-файлов принято измерять в скорости потока данных.

Для сравнения вспомним, с какой скоростью должен поступать на воспроизводящее устройство поток несжатых данных звукового файла. Если звук записан с частотой дискретизации 44100 Hz, амплитудным разрешением 16 бит и стереозвуками, за каждую секунду на воспроизведение должно поступать 176400 байт или чуть больше 1378 кбит (скорость потока данных принято измерять в кбит/с). При самом качественном сжатии МРЗ скорость потока данных уменьшается до 320 кбит/с, а размер файла уменьшается приблизительно в 4,3 раза. Так, файл размером 10 Мбайт станет занимать всего 2,3 Мбайт). Правда, такую степень сжатия поддерживают далеко не все программы-перекодировщики МРЗ, поэтому на сегодняшний день это мало распространенный случай. Приведем степени сжатия МРЗ, которые являются стандартными. Для примера в скобках укажем, какой размер будет занимать при данной степени сжатия несжатый звуковой файл размером 10 Мбайт.

• 320 кбит/с — размер файла уменьшается в 4,3 раза (10 Мбайт >-» 2,3 Мбайт)

• 256 кбит/с — размер файл а уменьшается в 5,3 раза (10 Мбайт -> 1,9 Мбайт)» 192 кбит/с — размер файла уменьшается в 7,1 раза (10 Мбайт-» 1,4 Мбайт)

• 160 кбит/с — размер файла уменьшается в 8,6 раза (10 Мбайт -> 1,2 Мбайт)

• 128 кбит/с — размер файла уменьшается в 10,8 раза (10 Мбайт ->948 Кбайт)

• 112 кбит/с — размер файла уменьшается в 12,3 раза (10 Мбайт ->948 Кбайт)

• 96 кбит/с — размер файла уменьшается в 14,4 раза (10 Мбайт -> 711 Кбайт)

• 80 кбит/с — размер файла уменьшается в 17,2 раза (10 Мбайт ->595 Кбайт)

• 64 кбит/с — размер файла уменьшается в 21,5 раза (10 Мбайт ->476 Кбайт)

• 56 кбит/с — размер файла уменьшается в 24,6 раза (10 Мбайт ->416 Кбайт)

• 48 кбит/с — размер файл а уменьшается в 28,7 раза (10 Мбайт -> 357 Кбайт)

• 32 кбит/с — размер файла уменьшается в 43Д раза (10 Мбайт -> 238 Кбайт) • 24 кбит/с — размер файла уменьшается в 57,4 раза (10 Мбайт -» 178 Кбайт)

• 16 кбит/с — размер файла уменьшается в 86,1 раза (10 Мбайт -> 118 Кбайт)

• 8 кбит/с — размер файла уменьшается в 172,2 раза (10 Мбайт > 59 Кбайт) Вообще говоря, эти цифры впечатляют, особенно если учесть, что при степени сжатия 8 кбит/с получается вполне приемлемое качество звучания для речевых звуков. Вспомним, что то же самое обеспечивал алгоритм ADPCM при четырехкратном уменьшении размера файла (а МРЗ — при 172-кратном!). Ддя музыкальных файлов такое сжатие вряд ли подойдет, однако степень сжатия 128 кбит/с стала уже почти стандартом для любительских музыкальных библиотек. Кроме того, если источником записи были не сверхкачественные современные компакт-диски, а, например, архивная запись можно позволить себе гораздо большую степень сжатия, вплоть до 32 кбит/с. Высокие показатели степени сжатия весьма актуальны еще по одной причине.

В последнее время стало популярным слушать музыку прямо через Интернет, а как известно, скорость модемного соединения (самого распространенного на сегодняшний день) не превышает 56 кбит/с. Чтобы модем успевал перекачивать музыку в потоковом режиме (то есть загружать следующий фрагмент, пока проигрывается предыдущий), нужны степени сжатия не более 48 кбит/с, а если учесть, что на деле скорости модемных соединений зачастую по крайней мере вдвое ниже, наиболее актуальными становятся степе- ни сжатия от 16 до 24 кбит/с. Кроме того, существует еще одна разновидность кодирования МРЗ — с переменной шириной потока. Смысл ее в том, что программа сильнее сжимает те места музыкальной композиции, с которыми это можно сделать без особых потерь, а к остальным применяет более слабое сжатие. Таким образом удается сократить размер получающегося файла.

Для перекачивания по Сети этот способ не предназначен, поскольку в начале проигрывания неизвестно, какая ширина потока нас ожидает далее.

Дата добавления: 2015-05-10