Вопрос 24. Профессиональные и бытовые форматы записи
Профессиональные:
R-DAT (англ. RotaryheadDigitalAudioTape)— цифровой формат звукозаписи, разработанный компаниями Sony и Philips и представленный в 1987 году. DAT задумывался как потребительский звуковой формат, в качестве альтернативы аналогового формата записи на компакт-кассеты, но не получил такого же массового распространения. Нашел широкую поддержку среди профессионалов — за компактность, высокое качество звучания, удобные функции управления, возможность редактирования уже записанного материала, а также из-за невысокой стоимости оборудования и носителей.
Звуковой носитель DAT-формата представляет собой четырёхмиллиметровую (3,81 мм) магнитную ленту, заключённую в защитный пластиковый корпус размера 73 мм × 54 мм × 10,5 мм. Запись на магнитную ленту производится цифровым, а не аналоговым способом, при этом используется 16-битная импульсно-кодовая модуляция (PCM) без сжатия, как у CD.
Лентопротяжный механизм DAT-магнитофона работает подобно видеомагнитофону. Магнитная лента оборачивается на 90° вокруг барабана магнитных головок диаметром 30 мм. Лента удерживается с определенным наклоном относительно барабана. В то время как лента двигается со скоростью 8,15 мм/с, БВГ с двумя магнитными головками (с шириной магнитного зазора 0,25-0,3 мкм) вращается со скоростью 2000 об/мин, что позволяет записывать и воспроизводить данные на дорожках (строках) со скоростью 3,133 м/с. Такая запись называется наклонно-строчной. Выбор режима определяет выбор скорости вращения барабана(1000, 2000) об.мин), скорости перемещения ленты(8,15; 4,075;12,225 мм.с), частоты дискретиз. (48, 44,1 или 32 кГц.), ч-ла звуковых дорожек (2, 4) и разрядности квантования (16, 12).
В формате R-DAT лента выполняется без защитного промежутка между дорожками, что позволяет более плотно разместить данные на ленте и записать до 2-х часов цифрового звука. Для снижения помех от соседних дорожек, используется т.н. азимутальная запись — рабочие зазоры магнитных головок имеют угол наклона ±20°. Поэтому помехи, считываемые с соседних дорожек, значительно ослабляются.
Недостатком этого формата является очень высокая плотность записи, что может приводить к выпадениям и потерям звукоданных. Для коррекции ошибок применяется помехоустойчивое кодирование с помощью двойного кода Рида-Соломона, а также интерполяция нескорректированных ошибок. На дополнительную дорожку возможна запись тайм-кода, что позволяет производить синхронизацию с другим профессиональным оборудованием, в том числе и видеомагнитофонами.
Магнитная лента при перемотке не отводится от магнитных головок, что позволяет осуществлять быстрый автоматический поиск нужного фрагмента записи. Для этого используются данные «субкода». Скорость данных субкода составляет 273 кбит/с, которые записываются вращающимися головками вместе с звуковыми данными. Скорость перемотки ленты в режиме поиска превышает скорость воспроизведения более чем в 200 раз, двухчасовая кассете DAT полностью перематывается за 40 с. Применение БВГ диаметром 60 мм и угла охвата ленты 45° позволяет дополнительно увеличить скорость поиска. Напротив, в малогабаритных моделях использовался барабан диаметром 15 мм с углом охвата 180°, что приводило к снижению скорости поиска до 60-кратной. Однако записи, сделанные на магнитофонах с разным диаметром БВГ, полностью совместимы.
DASH
Wav
wav-файлы (WaveformAudioFileFormat) относятся к категории RIFF-файлов. RIFF-файл означает способ организации данных внутри файла. RIFF (ResourceInterchangeFileFormat - формат файлов передачи ресурсов), введенный Microsoft и Intel, позволяет хранить и передавать мультимедийные данные вкупе с соответствующими описаниями, параметрами, форматами, разметкой для использования в семплерах и т.д. Иногда RIFF сравнивают с базой данных, размещенной в одном файле. Независимо от того, какая информация содержится в RIFF-файле, он обязательно должен начинаться с заголовка (header), состоящего из символов 'RIFF', и 4-байтового числа, равного длине остальной (после заголовка) части файла в байтах. (Обратите внимание, что здесь используется уже 32-битное (это тип doubleword - двойное слово) число с диапазоном значений от -2 147 483 648 до 2 147 483 647. Всего же пока мы используем лишь три типа данных: символьный (1 символ - 1 байт) и два числовых (двух- и четырехбайтовые).
За восьмибайтовым заголовком располагается область данных RIFF-файла. Эти данные составлены из элементов, называемых chunks (сегмент), и являющихся основой архитектуры RIFF.
Структура файлаwave: [Заголовок (8 бит) с идентификатором 'RIFF'][идентификатор формата 'WAVE' (4 бита)][сегмент формата (formatchunk)][сегмент данных (datachunk)].
Datachunk содержит аудиоданные в виде последовательности отсчетов, а formatchank - информацию, необходимую для того, чтобы эти аудиоданные правильно прочитать.
По поводу представления аудиоданных (sampledata) заметим, что для монофайла отсчеты следуют один за другим, а в случае стереофайла отсчеты, соответствующие разным каналам, следуют попеременно (левый-правый-левый-правый...), причем для данного момента времени первым идет левый.
Бытовые:
Audio CD- международный стандарт цифровой звуковой системы компакт-диск, представленный фирмами Philips и Sony.
Формат хранения звуковой информации — PCM 44,1 кГц, 16-бит стерео, битрейт 1411,2 кбит/с.
Аналоговый музыкальный сигнал, предназначенный для записи, поступает на два входа (L и R) блока аналого-цифрового преобразования.
Работа аппаратуры цифрового кодирования управляется высокостабильным генератором хронирующих сигналов, который формирует все синхронизирующие последовательности, необходимые для функционирования каждого блока. Генератор стабилизирован кварцевым резонатором, рабочая частота которого равна или кратна основной тактовой частоте в системе CD – 4,3218 МГц. Выходными сигналами блока АЦП (при двухканальном преобразовании) будут две последовательности 16-разрядных отсчетов, следующих с частотой дискретизации, равной в формате CD 44,1 кГц. С помощью мультиплексора эти две последовательности объединяются в одну, после чего частота следования отсчетов увеличивается вдвое и становится равной 88,2 кГц. Кроме того, непрерывная последовательность делится на блоки – по 6 отсчетов левого и 6 отсчетов правого стереоканала в каждом. Такие блоки называются кадрами. Каждый 16-разрядный отсчет делится пополам – старшие разряды (А) отдельно, младшие (В) – отдельно. В результате получается последовательность 8-разрядных групп (байтов), называемых здесь символами.Полученная последовательность далее поступает на вход блока защиты отошибок, включающего в себя две ступени помехоустойчивого кодированияинформации кодами Рида-Соломона и три ступени перемежения.Модулятор нужен для того, чтобы преобразовать полученную цифровую последовательность к виду, наиболее подходящему для записи на оптический носитель с высокой плотностью, а также обеспечивающему наилучшие условия для ее безошибочного считывания при воспроизведении.
Частота дискретизации — 44,1 кГц
Разрядность — 16 бит (линейное квантование)
Скорость считывания звуковой информации — 1,4112 Мбит/с
Общая скорость считывания информации — 1,9404 Мбит/с
Канальная скорость считывания — 4,3218 Мбит/с
MP3 (более точно, англ. MPEG-1/2/2.5 Layer 3; но не MPEG-3) — это кодек третьего уровня, разработанный командой MPEG, лицензируемый формат файла для хранения аудиоинформации.
В формате MP3 используется алгоритм сжатия с потерями, разработанный для существенного уменьшения размера данных, необходимых для воспроизведения записи и обеспечения качества воспроизведения звука очень близкого к оригинальному (по мнению большинства слушателей), хотя аудиофилы говорят об ощутимом различии. При создании MP3 со средним битрейтом 128 кбит/св результате получается файл, размер которого примерно равен 1/11 от оригинального файла с CD-Audio. Само по себе несжатое аудио формата CD-Audio имеет битрейт 1411,2 кбит/с. MP3-файлы могут создаваться с высоким или низким битрейтом, который влияет на качество файла-результата. Принцип сжатия заключается в снижении точности некоторых частей звукового потока, что практически неразличимо для слуха большинства людей. Данный метод называют кодированием восприятия. При этом на первом этапе строится диаграмма звука в виде последовательности коротких промежутков времени, затем на ней удаляется информация, не различимая человеческим ухом, а оставшаяся информация сохраняется в компактном виде.
В рамках MP3 кодирование стереосигнала допустимо четырьмя различными методами: DualChannel - Каждый канал получает ровно половину потока и кодируется отдельно как моно сигнал. Stereo - Каждый канал кодируется отдельно, но кодер может принять решение отдать одному каналу больше места, чем другому. Этим, например, избегается кодирование "тишины" в одном канале, когда в другом есть сигнал. JointStereo (MS Stereo) - Стереосигнал раскладывается на средний между каналами и разностный. При этом второй кодируется с меньшимбитрейтом. Это позволяет несколько увеличить качество кодирования в обычной ситуации, когда каналы по фазе совпадают. Но приводит и к резкому его ухудшению, если кодируются сигналы, по фазе не совпадающие. JointStereo (MS/IS Stereo) - Вводит еще один метод упрощения стереосигнала, повышающий качество кодирования на особо низких битрейтах. Состоит в том, что для некоторых частотных диапазонов оставляется уже даже не разностный сигнал, а только отношение мощностей сигнала в разных каналах.
Существует три версии MP3 формата для различных нужд: MPEG-1, MPEG-2 и MPEG-2.5. Отличаются они возможными диапазонами битрейта и частоты дискретизации:
32—320 кбит/c при частотах дискретизации 32000 Гц, 44100 Гц и 48000 Гц для MPEG-1 Layer 3;
16—160 кбит/c при частотах дискретизации 16000 Гц, 22050 Гц и 24000 Гц для MPEG-2 Layer 3;
8—160 кбит/c при частотах дискретизации 8000 Гц и 11025 Гц для MPEG-2.5 Layer 3.
WindowsMediaAudio — лицензируемый формат файла, разработанный компанией Microsoft для хранения и трансляции аудиоинформации.
Номинально формат WMA характеризуется хорошей способностью сжатия, что позволяет ему «обходить» формат MP3 и конкурировать по параметрам с форматами OggVorbis и AAC.
Но как было показано независимыми тестами, а также при субъективной оценке, качество форматов всё-таки не является однозначно эквивалентным, а преимущество даже перед MP3 однозначным, как это утверждается компанией Microsoft. Особенно стоит отметить, что ранние версии формата (или его реализации) имели проблемы на низких скоростях потока. Также многие меломаны и владельцы цифровых плееров недолюбливают формат WMA за 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.) Однако данный формат постоянно развивается, так что можно предполагать, что качество будет оптимизироваться.
Большинство портативныхаудиопроигрывателей поддерживает формат WMA наряду с MP3. Данный формат очень плохо поддерживается на альтернативных платформах (вследствие его закрытости).
Microsoft включила в WMA поддержку цифровой системы управления авторскими правами (DRM) (система защиты). Основным следствием её является невозможность прослушивать защищенные композиции на других компьютерах, кроме того, на котором композиция была загружена из музыкального магазина.
AdvancedAudioCoding (AAC) — собственнический (патентованный) формат аудиофайла с меньшей потерей качества при кодировании, чем MP3 при одинаковых размерах.[1]
Также AAC — это широкополосный алгоритм кодирования аудио, который использует два основных принципа кодирования для сильного уменьшения количества данных, требуемых для передачи высококачественного цифрового аудио. Данный формат является одним из наиболее качественных, использующих сжатие с потерями, поддерживаемый большинством современного оборудования, в том числе портативного.
Как работает AAC:
Удаляются невоспринимаемые составляющие сигнала.Удаляется избыточность в кодированном аудио сигнале.Затем сигнал обрабатывается по методу МДКП согласно его сложности.Добавляются коды коррекции внутренних ошибок.Сигнал сохраняется или передаётся.
FLAC (англ. FreeLosslessAudioCodec) — популярный свободный кодек, предназначенный для сжатия аудиоданных без потерь.
В отличие от аудио-кодеков, обеспечивающих сжатие с потерями (MP3, AAC, WMA, OggVorbis) FLAC, как и любой другой lossless-кодек, не удаляет никакой информации из аудиопотока и подходит как для прослушивания музыки на высококачественной звуковоспроизводящей аппаратуре, так и для архивирования аудиоколлекции.
На сегодня формат FLAC поддерживается множеством аудиоприложений и портативных аудиоплееров, а также имеет большое количество аппаратных реализаций.
Основными частями потока являются:
Строка из четырёх байтов «fLaC»
Блок метаданных STREAMINFO
Другие необязательные блоки метаданных
Аудио фреймы
Первые четыре байта идентифицируют поток FLAC. Следующие за ними метаданные содержат информацию о потоке, затем идут сжатые аудиоданные.