Смерть MP3: коротка історія улюбленого аудіоформату в світі

Німецький фонд, якому належить патент на поважний «старий» музичний формат MP3, нещодавно оголосив про те, що його патент закінчиться. MP3 підірвав обмін аудіофайлами, широко відкритий в 1990-х і початку 2000-х років. Поєднання стиснення даних, розміру файлу і збереженої якості звуку гарантувало популярність аудіоформатів по обидві сторони від аргументу піратства.

Заголовки свідчать «MP3 Is Dead», але будь-який справжній аудіофіл знає, що справжня смерть малоймовірна. Тим не менш, настав час поглянути на історію всесвітньо відомого аудіоформату і на те, що може статися в найближчому майбутньому.

Як саме працює MP3?

Залежно від віку і стану вашого вуха, ваш слуховий діапазон частот знаходиться в діапазоні від 20 до 20000 Гц. Крім того, наші вуха найбільш чутливі до звукових частот від 2 кГц до 5 кГц. Наш слух також обмежений нашою здатністю фільтрувати і обробляти аудіосигнали в міру їх надходження.

Маскування частоти - ключ до стиснення MP3 - засноване на нездатності мозку розрізняти певні сигнали.

Уявіть, що у нас є два звуки. У них дуже схожі частоти (наприклад, 200 Гц і 210 Гц), але вони відтворюються з різною гучністю. Більш слабкий звук чути сам по собі, але більш сильний відмінний, тільки якщо вони відтворюються одночасно. Процес покриття однієї частоти іншої близькою частотою називається «маскуванням». Маскування частоти ефективно працює у верхній та нижній частинах звукового спектра.

Копіювання КД

Давайте припустимо, що ми копіюємо компакт-диск на ваш комп'ютер. Зразки музики на компакт-диску семпльовані 44,100 разів на секунду (44,1 кГц). Семпли мають довжину 2 байти (1 байт - 16 біт). MP3 підтримує декілька швидкостей, але зазвичай використовує стандарт CD 44,1 кГц.

Окремий MP3-файл складається з MP3-кадрів із заголовком і блоком даних. Кожен кадр містить 1152 зразка. Технічно це дві «гранули» з 576 зразків. Семпли проходять через фільтр, який додатково розділяє звук на певний набір з 32 частотних діапазонів. Потім алгоритм MP3 додатково ділить ці 32 смуги частот у 18 разів, створюючи 576 смуг ще меншого розміру. Кожна смуга містить 1/576 частотного діапазону вихідного семпла (коли ми почали копіювати компакт-диск на ваш комп'ютер).

На цьому етапі працюють два складних математичних алгоритми: модифіковане дискретне косинусне перетворення (MDCT) і швидке перетворення Фур'є (FFT). Кожен з них виконує свій процес з розбитим вихідним матеріалом.

БПФ аналізують кожну смугу частот на наявність звуків, які можна легко замаскувати, стежачи за тим, щоб маскування частоти зберігало життєво важливі звуки в доріжці.

Потім зразки сортуються і передаються в MDCT. MDCT перетворює кожну смугу на спектральні значення. Спектральні значення більш точно відображають те, як наш слух інтерпретує звук. Тому багато стиснених аудіокодерів використовують спектральні значення для видалення аудіоданих. Як тільки спектральна інформація та аналіз гранули завершені, починається фактичний процес стиснення.

Коротка історія MP3

Ви пам'ятаєте свій перший MP3-плеєр? Мені пощастило мати оригінальний iPod - поки людина з ножем не звільнила його з мого володіння. У всякому разі, міні-диски були набагато крутіші.

Незважаючи на це, до того часу, коли оригінальний iPod швидко загострив прагнення до MP3 (у 2001 році), формату вже виповнилося вісім років. Крім того, MP3 вже хвилював Інтернет та інші портативні цифрові музичні пристрої.

Звідки з'явився MP3?

MP3 - це пересувна група зображень (MPEG), що є частиною оригінального стандарту стиснення аудіо та відео MPEG-1. MP3 - це абревіатура MPEG-1 Audio Layer III, схвалена для використання в 1991 році і остаточно опублікована в 1993 році.

Ідея MP3 досить крута.

Алгоритм MP3 використовує переваги сприйняття людського слуху, званого слуховим маскуванням. Слухове маскування відбувається, коли на сприйняття одного звуку впливає присутність іншого. Крім того, кожна пісня містить аудіо елементи, непомітні для загального прослуховування. Манфред Р. Шредер вперше запропонував кодек для психоакустичного маскування в 1979 році. Однак тільки після утворення MPEG (в якості підкомітету ISO/IEC) в 1988 році почалася узгоджена ініціатива з розробки глобального стандарту.

В історії MP3 є ще одне важливе ім'я: Карлхайнц Бранденбург. Бранденбург почав працювати над стисненням цифрової музики в 1980-х роках, захистивши докторську дисертацію в 1989 році. Різні способи стиснення, над якими він працював, знайшов обмеження в обох доступних технологіях у той час, а також у дизайні ранніх процесів кодування. Він, поряд з іншими членами-засновниками MPEG, зрозумів, що буде достатньо тільки нової системи.

Інститут Фраунгофера

У 1990 році Бранденбург став доцентом в університеті Ерланген-Нюрнберг. Він продовжив свою роботу зі стиснення в Товаристві Фраунгофера (зрештою він приєднався до Фраунгоферу в 1993 році).

"У нас була звукова підгрупа в групі кінофільмів [MPEG], - пояснив Бранденбург в інтерв'ю NPR. «У підсумку ми всі разом виробили компроміс, в якому були різні режими, так званий рівень I, рівень II, рівень III., І більшість наших ідей полягало в режимах стиснення звуку MPEG., який був найскладнішим і дає кращу якість при низьких бітрейтах - це називалося Layer III».

Бранденбург використовував пісню «Tom's Diner» Сюзанни Вегі, щоб удосконалити алгоритм стиснення, слухаючи його знову і знову, щоб переконатися, що його гра не згубно впливає на запис голосу Веги.

MP3 вибухає

MP3 кілька років після офіційного випуску, кодек вважався «занадто складним» для широкого використання.

Однак 1997 року все змінилося - швидко.

Спочатку «австралійський студент» придбав професійне програмне забезпечення для кодування l3enc у німецької компанії. Він скасував проектування програмного забезпечення, перекомпілював його і завантажив на FTP-файл американського університету з файлом README, в якому говорилося: «Це безкоштовно завдяки Fraunhofer». Цей невеликий акт миттєво змінив доступ до кодування і декодування MP3. Раптом, вставивши компакт-диск у комп'ютер, ви отримаєте високоякісний звук у файлах невеликого розміру.

По-друге, Nullsoft випустила поважний аудіоплеєр Winamp. MP3-файли, скопійовані з компакт-диска, можна легко відтворити на комп'ютері.

Водночас Інтернет поширився на мільйони будинків по всьому світу. Мільйони жорстких дисків були заповнені MP3-файлами, і цей формат став кращим форматом обміну аудіофайлами для ранніх однорангових сервісів обміну файлами, таких як Napster, Gnutella і eDonkey (Gnutella був іншим Проект Nullsoft). Музичне піратство було живим і нестримним і чималою мірою сприяло появі MP3.

Mp3-плеєри

Ще одним благом для усталеної аудіоіндустрії стали портативні MP3-плеєри. На початку 90-х років Інститут Фраунгофера намагався і не зміг створити ринковий MP3-плеєр. Це було просто занадто рано для широкого поширення. Потрібно було вищезгадане поєднання обміну файлами, поширення в Інтернеті та програмного забезпечення для копіювання, щоб надати імпульс портативним MP3-плеєрам.

Південнокорейська компанія Elger Labs представила MPMAN F10 вартістю 250 доларів США з 32-мегабайтною пам'яттю. Це не було приголомшливою іскрою для індустрії, якою ми її знаємо. Ця нагорода лежить на Diamond Rio PMP300, також з 32 МБ.

Успіх Diamond Rio привернув небажану увагу. Американська асоціація звукозаписних компаній (RIAA) подала в суд на Diamond Multimedia Systems (виробник) - і програла. Тим не менш, RIAA правильно припустив, що це було початком ендемічного музичного піратства, яке триває і донині.

Що сталося далі, запитаєте ви?

Що ж, маловідомий пристрій під назвою iPod з'явився на ринках, повністю оголосивши MP3 де-факто аудіоформатом того часу, і RIAA почала (триваючий) хрестовий похід проти піратів по всьому світу.

Решта, як ми говоримо, історія.

Чому MP3 вмирає тоді?

Інститут Фраунгофера володів патентом MP3. 23 квітня 2017 року термін дії їх решти патентів закінчився. Тому Fraunhofer більше не може видавати нові ліцензії MP3. Ми точно пояснили, що відбувається. з цими «апокаліптичними» заголовками, а також про те, як це вплине на вас.

Хочете TL; DR? MP3 не помер і нікуди не дінеться.

Одна з основних причин, через які Фраунгофер відмовився від MP3, - це вік. Він більше не може конкурувати зі своїми новими і блискучими кузенами-кодеками. Їхня пропозиція? Натомість використовуйте Advanced Audio Coding (AAC). За збігом, Fraunhofer також має (поточний) патент на AAC, тому у нас є кілька варіантів MP3, з яких ви можете вибрати нижче.

Альтернативи MP3

Ваша збірка MP3 не буде раптово згоріти, так само, як існуючі кодери і декодери будуть продовжувати виробляти файли MP3. Проте, MP3 трохи застаріла зараз. Існує кілька безкоштовних альтернативних аудіоформатів аудіоформатів ви можете використовувати для зберігання вашої цифрової музики зараз.

• AAC - Advanced Audio Coding, як згадувалося вище, є наступником MP3. Єдина проблема полягає в тому, що формат сам по собі виглядає трохи застарілим. Тим не менш, AAC, як правило, забезпечує більш високу якість звуку, ніж MP3, з аналогічними бітрейтами і розмірами файлів. AAC також формат з втратами.
• Ogg Vorbis - формат Vorbis, який зазвичай використовується в поєднанні з форматом контейнера Ogg. Це найкращий, трохи молодший кузен з відкритим вихідним кодом для MP3. Незважаючи на те, що Ogg забезпечує краще стиснення, більш високу швидкість передачі даних і, як правило, кращу якість звуку, Ogg ніколи не працював так само, як MP3, через відсутність підтримуваних пристроїв. Ogg також формат з втратами.
• FLAC - Безкоштовний аудіо кодек без втрат - найпопулярніший формат аудіо кодеків без втрат. Навіщо? FLAC пропонує точну аудіокопію вихідного матеріалу в два рази менше традиційного CD. Звуки, найбільш схильні до впливу MP3 (наприклад, гітари, тарілки, реверберація тощо), залишаються чіткими, незважаючи на значне стиснення. FLAC - це формат без втрат.

MP3 не помер

Вам нема про що турбуватися. Ви можете продовжити копіювання до MP3, і ваші пристрої продовжать відтворювати вашу музику. У довгостроковій перспективі, принаймні, варто вивчити новий аудіоформат для вашої колекції. Методи стиснення будуть розвиватися і розмір файлів точних копій зменшиться.

Крім того, варто враховувати ємність сховища. Коли з'явилися перші портативні MP3-плеєри зі сховищем об'ємом 32 МБ., це було круто, але явно недостатньо. Найбільше сховище для iPod Classic склало 160 ГБ. Це може бути пов'язано з оновленням власного сховища. на величезних 240 ГБ - понад 1000000 окремих MP3-треків. Справа в тому, що зі збільшенням розміру сховища і зменшенням фізичного розміру ми можемо робити більше з меншими витратами.

Нарешті, інтернет продовжує змінювати те, як ми слухаємо музику. Раніше я займався піратською музикою, тому що не міг дозволити собі платити по 12-20 доларів за кожен вихідний новий альбом. Тепер у мене є обліковий запис сімейного плану Spotify. обліковими записами. обліковими записами. з доступом до мільйонів треків і облікового запису Amazon Prime з ще мільйонами. Єдине, що мене обмежує, - це моє інтернет-з'єднання, і навіть тоді у них обох є можливість автономного завантаження у високоякісних форматах.

Це не так важливо, як раніше, але MP3 не помер.

Який формат аудіо ви віддаєте перевагу? Вам потрібна свіжа реальність без втрат? Або екстремальне стиснення формату з втратами? Чи змінилося використання вашої музики відтоді, як потокові сервіси стали широко поширеними? Залиште мені рядок у коментарях, і я повернуся до вас.