Transcript Prezentacja 2 - INF-WLF

Treści multimedialne kodowanie, przetwarzanie,
prezentacja
Odtwarzanie treści
multimedialnych
Andrzej Majkowski
informatyka +
1
TYTUŁ:
Formaty plików audio
AUTOR:
Monika Majewska-Dziuba
Marcin Czarnota
2
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.
3
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.
4
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.
5
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.
6
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 zamyśle twórców i organizacji zajmujących się standardami w technice ma być następcą formatu MP3. W porównaniu do formatu
MP3 wprowadza on wiele usprawnień – m.in. obsługę do 48 kanałów, większą liczbę różnych częstotliwości próbkowania i lepsze 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.
7
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.
8
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 standardowych
instrumentów
muzycznych. Obecnie
najczęściej
wykorzystywany jest do zapisania prostych melodii, na przykład
dzwonków do telefonów komórkowych.
9
KONWERSJA MIĘDZY FORMATAMI
Do konwersji między różnymi formatami plików dźwiękowych 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).
10