Формат цифровой записи

Что такое DVD?

DVD – формат оптических носителей последнего поколения. DVD-диски значительно объемнее и быстрее, чем обычные CD. Они могут содержать видеоматериалы кинотеатрального качества, музыкальные файлы, цифровые фотографии и компьютерные данные. Цель DVD – объединить мультимедиа, компьютерную и деловую информацию в одном универсальном формате. DVD уже практически вытеснил лазерные диски, видеокассеты и игровые картриджи и, возможно, в скором будущем вытеснит и CD-диски. Формат DVD обладает широкой поддержкой среди основных производителей электроники и компьютерных изделий, а также среди звукозаписывающих и кино- студий. По этой причине DVD завоевал столь огромную популярность среди покупателей и стал самым распространенным форматом всего за три года. К 2003 году, за шесть лет существования, в мире насчитывалось уже более 250 миллионов DVD-устройств: DVD-плееры, рекордеры, компьютерные DVD-приводы и игровые приставки, — что сделало DVD передовым стандартом видеоиндустрии.
Важно видеть разницу между физическими форматами (такими как DVD-ROM и DVD-R) и прикладными (такими как DVD-Video и DVD-Audio). DVD-ROM – сам диск, на котором хранится информация; DVD-Video (или просто DVD) определяет, каким образом информация хранится на диске и как воспроизводится на DVD-плеере. Точно такая же разница между CD-ROM и Audio CD.
DVD-ROM, помимо стандартных, включает в себя и записываемые форматы: DVD-R/RW, DVD-RAM и DVD+R/RW. Прикладные форматы: DVD-Video, DVD-Video Recording (DVD-VR), DVD+RW Video Recording (DVD+VR), DVD-Audio Recording (DVD-AR), DVD Stream Recording (DVD-SR), DVD-Audio (DVD-A) и Super Audio CD (SACD). Также существует несколько специальных прикладных форматов для игровых приставок (таких как Sony PlayStation 2 и Microsoft Xbox).

Как расшифровывается аббревиатура DVD?

Общепринятой расшифровки аббревиатуры «DVD» не существует. Первоначально название произошло от первых букв словосочетания «digital video disc» (цифровой видео диск). Некоторые участники DVD Forum считают, что данная трактовка появилась вследствие искажения фразы «digital versatile disc» (цифровой многоцелевой диск), но подобная точка зрения так и не была принята официально. В 1999 году DVD Forum постановил, что DVD, как международный стандарт, — просто три буквы, не имеющих никакого значения.

Возможности DVD-Video

  • Более 2 часов высококачественного цифрового видео (двухсторонние, двухслойные диски могут вместить около 30 часов видеозаписей с качеством как у видеокассет или около 8 часов – с наилучшим качеством)
  • Поддержка как широкоэкранного (16:9), так и стандартного (4:3) форматов изображения
  • До 8 цифровых аудиопотоков (для разных языков, комментариев и т.д.), каждый с поддержкой 8-канального звука
  • До 32 фалов с субтитрами/караоке-текстами
  • До 9 углов наклона камеры (различные положения камеры могут быть выбраны непосредственно во время просмотра)
  • Экранное меню и удобные интерактивные опции (для игр, телевикторин и т.д.)
  • Поддержка многоязычного текста в заглавиях файлов, названиях альбомов, названиях песен, списке исполнителей и т.д.
  • Моментальная перемотка назад/вперед
  • Быстрый поиск файла, раздела, музыкального трека и адресного кода
  • Долговечность (не зависит от интенсивности воспроизведения, только от физических повреждений)
  • Невосприимчивость к магнитным полям; устойчивость к колебаниям температуры
  • Небольшие размеры (DVD удобны в транспортировке и хранении; некоторые производители выпускают портативные DVD-плееры)

Примечание: Большинство дисков не обладает всеми функциями (многоязычные названия файлов, замок от детей и т.д.), так как каждая из них должна быть специально предустановлена. Некоторые диски могут не поддерживать «поиск» и «пропуск фрагментов».
Большинство плееров поддерживает стандартный набор функций:

  • Выбор языка (для автоматического выбора видеофрагментов, аудиопотока, субтитров и меню)*
  • Специальные эффекты воспроизведения: остановка кадра, пропуск фрагмента, замедление, ускорение и поиск
  • Замок от детей (запрет воспроизведения дисков, содержащих сцены откровенного характера).*
  • Возможность программирования (воспроизведение выбранных фрагментов в требуемом порядке)
  • Воспроизведение случайного файла и повторное воспроизведение
  • Цифровой аудиосигнал (ИКМ стерео и Dolby Digital)
  • Поддержка аудиофайлов формата DTS Digital Surround
  • Воспроизведение музыкальных CD-дисков

Некоторые плееры поддерживают дополнительные опции:

  • Компонентный видеовыход (YUV или RGB) для воспроизведения изображения с более высоким качеством
  • Компонентный видеовыход с поддержкой прогрессивной развертки (YUV или RGB) для воспроизведения аналогового изображения с наилучшим качеством
  • Цифровой видеовыход (SDI, 1394 или DVI/HDMI) для воспроизведения цифрового изображения
  • Шестиканальный аналоговый выход со встроенного декодера (Dolby Digital, DTS или MLP)
  • Воспроизведение Video или Super Video CD-дисков
  • Воспроизведение МР3 CD-дисков
  • Воспроизведение МР3 DVD-дисков
  • Воспроизведение видеофайлов форматов DivX и MPEG-4
  • Воспроизведение CD-дисков с рисунками и цифровыми фотографиями
  • Воспроизведение лазерных дисков и CDV
  • Обратная (реверсивная) покадровая перемотка
  • Обратное (реверсивное) воспроизведение (с нормальной скоростью)
  • Радио (РЧ) выход (для телевизоров без видеовхода)
  • Многоязычное экранное меню
  • DVD-чейнджер на несколько дисков
  • Цифровой зум (2x or 4x приближение фрагмента изображения); это функция плеера, а не DVD-диска.

Качество DVD-Video

DVD может воспроизводить видео- и аудиоматериалы студийного качества, несравнимо лучшего, чем видеокассеты и лазерные диски. Однако, в действительности, все зависит от множества производственных факторов. С развитием технологий качество DVD значительно улучшается; но по причине широкого распространения формата и снижения цен на такие диски, появляется все больше «подделок». Иногда при записи малобюджетных DVD-дисков вместо общепринятого кодирования в формате MPEG-2 используется MPEG-1 (сравнимый по качеству с VHS).
DVD видео обычно кодируется с профессиональных цифровых записей в формат MPEG-2. При этом используется алгоритм сжатия, который «обрезает» лишнюю информацию (например, статичные фрагменты изображения) или кадры, не воспринимаемые человеческим глазом. В результате при воспроизведении фрагмента с множеством движущихся объектов иногда появляются ошибки изображения, количество которых зависит от качества обработки и уровня компрессии. При среднем битрейте от 3,5 до 6 Мбит/с (миллионов бит в секунду) артефакты компрессии становятся заметными. Чем он выше, тем лучше качество. При битрейте больше 6 Мбит/с кодированный сигнал практически не отличается от оригинала. По мере улучшения технологии компрессии MPEG становится возможным достижение лучшего качества при меньшем битрейте.
Изображение с DVD иногда содержит видимые артефакты, такие как сегментация цвета, размытость, блочность, шум, «выпадание» отдельных элементов и даже «скольжение» переднего плана относительно заднего. Заметим, что понятие «артефакт» включает в себя любой элемент, которого не должно быть в изображении. Конечно, появление ошибок иногда обусловлено некачественной кодировкой в формат MPEG, но чаще всего причиной служат неточная настройка телевизора, плохие кабели, электрические помехи, низкий уровень подавления шумов, неточная аналогово-цифровая передача, зернистость исходной пленки, ошибки чтения диска и многое другое. В большинстве случаев появления артефактов можно избежать, правильно настроив свою систему.
На многих телевизорах установлена чересчур высокая РЕЗКОСТЬ, что снижает четкость и яркость воспроизводимых с DVD материалов. Это излишне усиливает высокочастотное видео и вызывает искажения. Для повышения качества изображения уровень РЕЗКОСТИ должен быть выставлен практически на минимум, при этом ЯРКОСТЬ тоже не должна быть слишком высокой. В некоторых DVD-плеерах уровень интенсивности черного по умолчанию установлен на 0 IRE (японский стандарт), а не на 7,5 IRE (стандарт США), что может послужить причиной появления «разводов на изображении» во время воспроизведения темных сцен, если должным образом не настроить телевизор. В плеере может быть предусмотрено меню корректировки уровня черного.
Формат DVD-видео обладает повышенной точностью цветопередачи. Поэтому, если при воспроизведении DVD-дисков изображение становится тусклым и выцветшим, то проблема скорее всего кроется в настройках телевизора, а не в плеере.

Недостатки DVD

  • Неопределенность в технической спецификации и не всегда отвечающее требованиям тестирование плееров и дисков зачастую приводят к несовместимости — некоторые DVD-диски не поддерживаются некоторыми плеерами.
  • DVD-рекордеры дороже, чем кассетные видеомагнитофоны
  • DVD обладает встроенной защитой от несанкционированного копирования и региональной блокировкой
  • При записи DVD используется технология цифровой компрессии. Некачественное сжатие данных приводит к появлению артефактов изображения: блочности структуры, шума, повышенной резкости и т.д.
  • DVD не всегда поддерживает стандарт HDTV
  • Некоторые DVD-плееры не поддерживают CD-R
  • Некоторые DVD-плееры не поддерживают DVD-R/RW
  • Большинство DVD-плееров не поддерживает DVD-RAM диски
  • Лишь немногие плееры поддерживают реверсивное (обратное) воспроизведение с нормальной скоростью
  • Такие форматы, как DVD-Audio, DVD-VR и DTS поддерживаются далеко не всеми плеерами

Музыка на DVD: DVD-Audio и SACD

Примечание: Не путайте форматы DVD-Audio и DVD-Music
Когда в 1996 году появились первые DVD, формата DVD-Audio еще не существовало, хотя возможности звука уже значительно превосходили аналоги на CD. Для конечного определения формата DVD Forum ждал поддержки среди музыкальной индустрии. Первый проект формата был создан специалистами DVD Forum\’s Working Group 4 (WG4) в январе 1998 года, и уже в июле вышла версия 0.9. Конечная спецификация (версии 1.0, без защиты от копирования) была утверждена в феврале 1999 года, но выпуск продукта был перенесен на более поздний срок в связи с необходимостью детальной разработки защиты от несанкционированного копирования (типа шифрования и водяных знаков). Перенесенный на октябрь 1999 года релиз продукта был вновь отложен до середины 2000 года из-за недостаточной поддержки звукозаписывающих компаний. В конце 1999 года компания Pioneer выпустила в Японии первый DVD-Audio плеер (без поддержки защиты от копирования).
В июле 2000 года компания Matsushita выпустила первые универсальные DVD-Audio/DVD-Video плееры под торговыми марками Panasonic и Technics по цене от $700 до $1,200. Pioneer, JVC, Yamaha и другие производители создали свои DVD-Audio плееры в конце 2000 – начале 2001 года. Таким образом к концу 2000 года на рынке было представлено около 50 моделей, а через год – уже более 200.
Качество DVD-Audio превосходно. Цифровой звук поддерживает кодово-импульсную модуляцию, с более широкой, чем на CD, выборкой и амплитудой частот. Аудиотреки ко многим фильмам хранятся как отдельный, многоканальный звук, посредством Dolby Digital или DTS сжатия (примерно так же, как и цифровой звук в кинотеатрах). Как и в случае видео, качество звука непосредственно зависит от того, насколько точным было кодирование. Но даже несмотря на компрессию, качество форматов Digital и DTS значительно лучше, чем качество CD-форматов.
DVD-Audio – независимый от DVD-Video формат. DVD-Audio диски обычно не поддерживаются обычными DVD-Video плеерами, так как их спецификация включает в себя новые стандарты и опции, а информация хранится в отдельной области диска — в директории AUDIO_TS — которую DVD-Video плееры не воспроизводят. Для проигрывания диска данного формата требуется DVD-Audio или «универсальный» плеер (также известный как VCAP), который проигрывает как DVD-Video, так и DVD-Audio диски.
DVD-Audio и «универсальные» плееры работают практически со всеми существующими ресиверами. Они воспроизводят звук форматов PCM и Dolby Digital, а некоторые, к тому же, форматов DTS и DSD. Однако, большинство современных ресиверов не способно декодировать мультиканальный PCM сигнал высокого разрешения; но даже, если подобный стандарт поддерживается, требуется специальное цифровое соединение. DVD-Audio плееры с высококачественными цифро-аналоговыми преобразователями (ЦАП) можно подключить только к ресиверам с 2- или 6- канальными аудиовходами, но в том случае, если ресивер преобразовывает сигнал обратно из аналогового в цифровой, происходят определенные потери в качестве. Для того, чтобы подобных потерь не было, следует использовать новые ресиверы, оснащенные цифровым интерфейсом IEEE 1394 (FireWire).
DVD-Audio диски обладают защитой от несанкционированного копирования: цифровыми водяными знаками. Для защиты используется специальная технология обработки сигналов, которая посредством цифровой подписи и дополнительного шифрования создает неслышимый шум во время воспроизведения. Таким образом, плеер распознает нелегальную копию и не воспроизводит ее.
В августе 1999 года компании Aris и Solana образовали союз Verance. Совместными усилиями они разработали технологию защиты от копирования Galaxy, которая впоследствии стала применяться при записи DVD-Audio дисков. В ноябре 1999 года защита Galaxy также была принята для стандарта SDMI. Специалисты производственного союза Verance и 4C на основании тестов заявили, что шум от защиты не воспринимается человеческим ухом, правда, некоторые пользователи утверждают обратное.
Компании Sony и Philips совместно разработали конкурирующий формат Super Audio CD (SACD), который использует DVD-диски. Sony выпустила пробную версию SACD (0.9) в апреле 1998 года, а финальная версия (1.0) появилась уже в апреле 1999 года. На данный момент значительная часть музыки записывается на SACD не в многоканальном, а в стерео-формате. Изначально предполагалось, что SACD будет представлять собой «лицензионные» двухслойные диски; один слой предназначался для воспроизведения в обычных CD-плеерах, а второй, с высокой плотностью размещения данных, — для DVD-Audio плееров. Из-за технических сложностей релиз двухформатного диска был отложен до конца 2000 года. Первый DVD-Audio плеер компании Pioner, который появился в Японии в конце 1999 года, поддерживал формат SACD. Если и другие производители последуют примеру компании Pioneer, то борьба форматов SACD и DVD-Audio вполне возможно сойдет на нет, так как все DVD-Audio плееры будут поддерживать оба типа дисков.
В мае 1999 года в Японии компания Sony выпустила свой первый SACD плеер по заоблачной цене в $5,000. В США плеер появился в конце 1999 года в ограниченном количестве. В середине 2000 года компания Philips выпустила плеер за $7,500, а Sony – всего $750. Таким образом, к концу 2000 года на рынке было представлено более 40 моделей SACD-плееров, а уже к концу 2001 – более 500.
Самым значительным недостатком DVD-Audio и SACD плееров является то, что большинство ресиверов с шестиканальным аналоговым входом не управляют басом. Ресиверы с Dolby Digital и DTS декодерами обрабатывают низкие частоты, но входящие шестиканальные аналоговые сигналы обычно перенаправляются непосредственно на усилитель. Поэтому, при отсутствии управления басом любая аудиосистема (которая не содержит 5 широкочастотных колонок для каждого канала) не сможет воспроизводить низкие частоты надлежащим образом.
Если Вы хотите добиться максимального качества от DVD-Audio или SACD плеера, Вам необходим ресивер с шестиканальным аналоговым аудиовходом. В том случае, если Ваш ресивер не может управлять низкими частотами аналогового сигнала и у Вас нет специальной внешней приставки (как например от компании Outlaw Audio), Вам также потребуется 5 широкочастотных колонок (каждая из которых способна воспроизводить низкие частоты) и сабвуфер. Разница между DVD-Audio и DVD-Music.
DVD-Music не является официальным DVD-форматом; так часто называют DVD-Video диски, в основном содержащие музыкальные файлы. DVD-Music диск воспроизводится любым стандартным DVD плеером. При этом на экране телевизора отображается сопутствующий музыке видеоряд. DVD-Audio диски, напротив, содержат исключительно аудиотреки высокой точности, которые могут проигрываться только DVD-Audio плеерами.

Возможность записи с телевизора, видеомагнитофона и др.

Запись возможна только в том случае, если у Вас DVD-рекордер. Когда в 1997 году появился формат DVD, на рынке были представлены только плееры. Даже сейчас, когда DVD-рекордеры становятся все более популярными, все же большинство DVD-устройств только «воспроизводят» диски. Впервые DVD-рекордеры появились в Японии в конце 1999 года, а в Европе – в 2000. Первые устройства были достаточно дорогими: от $2,500 до $4,000. Конечно, и на сегодняшний день DVD-рекордеры не очень дешевые (в среднем от $500 до $2000), но, скорее всего, в конечном счете они сравняются по цене с кассетными видеомагнитофонами.

DVD-рекордер работает примерно также, как и видеомагнитофон – он оснащен встроенным тюнером и аудио/видео входами, а также может быть запрограммирован для записи той или иной программы. Основное различие состоит в том, что для воспроизведения необходимого фрагмента не требуется перемотки вперед/назад – из экранного меню осуществляется мгновенный доступ к любой записи. В большинстве DVD-рекордеров установлено электронное программное меню (EPG), содержащее список доступных для воспроизведения видеозаписей (вводить дату, время, канал и т.д. не требуется). Отметим тот факт, что DVD-рекордеры не могут копировать диски, защищенные от записи. Также, к сожалению, существует несколько форматов записываемых DVD, и они не всегда совместимы.
Одной из разновидностей рекордеров являются компьютерные DVD-приводы. Эти рекордеры могут записывать данные, но для создания полноценного DVD-Video требуется дополнительное программное обеспечение – для кодирования видео (MPEG) и аудио (Dolby Digital, MPEG или PCM), создания навигационной системы и контроля за данными и т.п.

Последствия царапин на диске

Царапины могут вызвать незначительные ошибки в данных, которые легко устраняются. При помощи технологии коррекции ошибок, которая используется в DVD, информация может быть восстановлена даже из глубоких царапин без каких-либо потерь. Самое распространенное заблуждение состоит в том, что многие пользователи считают, что из-за более высокой плотности хранения информации царапины наносят DVD-дискам более значительный ущерб, чем CD. Плотность записи на DVD в четыре раза выше, чем на CD, и царапины действительно наносят больший ущерб DVD-дискам. Но технология коррекции ошибок у DVD-технологии в десятки раз мощнее, чем у CD; поэтому, итоговый ущерб значительно меньше. Также важно понять, что компрессия форматов MPEG-2 и Dolby Digital частично основана на удалении или коррекции незаметных деталей изображения. Поэтому, при декомпрессии получаемый объем информации меньше, чем теоретический. Серьезные повреждения поверхности DVD-диска могут вызвать ошибки ввода/вывода на компьютере или непродолжительные «скачки» изображения. Парадоксален тот факт, что даже мельчайшие повреждения могут вызвать серьезные ошибки (в зависимости от направления и преломления царапин). В настоящий момент существует множество проектов по устранению подобных ошибок, которые, возможно, найдут свое применение в будущих моделях.

Преимущества DVD по сравнению с VHS

Основные преимущества DVD состоят в следующем: высокое качество видео, поддержка объемного звука и другие характеристики, упомянутые выше. Более того, качество DVD не снижается с течением времени или при многократном использовании, как это происходит с видеокассетами. Благодаря этому формат DVD лучше подходит для коллекционирования фильмов. К тому же, чем лучше Ваш телевизор, тем выше разница в качестве изображения между VHS и DVD.

Совместимость двухслойных дисков

Двухслойные диски содержат два слоя информации. Благодаря тому, что внешний слой сделан из полупрозрачного материала, лазерный луч может проходить сквозь него и считывать информацию с внутреннего слоя. Так как оба слоя находятся на одной и той же стороне, двухслойный диск может вместить в два раза больше информации, чем однослойный (обычно до 4 часов видео). При производстве большинства дисков используется двухслойная технология. Изначально лишь немногие фабрики выпускали подобные диски; но сейчас данную технологию поддерживают практически все производители. Внутренний слой может использовать либо стандарт PTP, в котором дорожки расположены параллельно (для записи независимой информации или специальных эффектов), либо OTP, в котором дорожки расположены по обратной спирали. Лазерный луч, считывая информацию с внешнего слоя, сначала продвигается от центра диска к его краю, а затем, при обработке внутреннего, меняет направление. Стандарт OTP предназначен для записи продолжительного видеоматериала на оба слоя. Их смена может произойти на любом видеофрагменте, вне зависимости от расположения глав. Нет никакой гарантии что переход пройдет незаметно. На большинстве плееров смена слоя действительно проходит незаметно, а на некоторых это может послужить причиной остановки воспроизведения (до 4 секунд). Все зависит от того, насколько тщательно подготовлен диск и насколько качественно изготовлен плеер. Стандарт OTP также известен как RSDL (два слоя с обратнонаправленными спиралями). Основное преимущество двухслойности заключается в том, что длинный фильм может быть записан с лучшим качеством.
Вот несколько особенностей, по которым можно отличить двухслойный диск от однослойного:
1) золотой цвет,
2) меню выбора широкоэкранного или полноэкранного формата,
3) два серийных номера на одной стороне.
Техническая спецификация производства DVD-плееров включает в себя поддержку двухслойных дисков. Поэтому, лишь у некоторых плееров возникают проблемы с воспроизведением двухслойных дисков. Причиной этому служит брак в производстве, и плеер по гарантийному обязательству должен быть бесплатно отремонтирован производителем. Некоторые диски создаются на базе технологии «незаметной смены слоя», что с точки зрения современной спецификации допустимо. Правда, такие диски не всегда корректно работают со старыми моделями плееров.

Существует множество различных аудио форматов. Наиболее часто используются такие форматы как MP3 (MPEG-2 Audio Layer III) и WAV. Тип формата обычно определяется расширением файла (то, что идет после точки в имени файла .mp3, .wav, .ogg, .wma)

Кодек – это определенный алгоритм кодирования и сжатия данных в аудио-формат. Для некоторых типов файлов кодек однозначно определен. Например в формате mp3 всегда используется кодек MPEG Layer-3, а в формате mp4 могут быть использованы разные кодеки.

Часто понятия кодека и формата используют в одном смысле. Особенно, когда в формате всегда используется один и тот же кодек. Но, иногда, важно различать понятия форматов и кодеков. Для удобства, можно считать, что формат является своего рода контейнером, в котором может быть записан аудио или видео сигнал с помощью определенного кодека.

Некоторые форматы, такие, например, как mp4 или flv могут содержать в себе как аудио, так и видео потоки.

Если вы не знаете, какой программой открыть тот или иной аудио-формат, то советуем воспользоваться нашим аудио-конвертером. Он поддерживает почти все форматы.

Кодеки разделить на два вида, в зависимости от типа сжатия:

Без потери качества звучания (lossless)

Данная группа форматов записывает кодирует звук таким образом, что при раскодировании он может быть в точности восстановлен.

Наиболее популярные форматы кодирующие звук без потери качества:

  • FLAC (Free Lossless Audio Codec)
  • APE (Monkey’s Audio)
  • ALAC (Apple Lossless Audio Codec)

С потерей качества звучания (lossy)

При сжатии с потерями звук модифицируется. Например, из него вырезаются неслышные человеческому уху частоты. Раскодированный файл будет отличаться от оригинального с точки зрения записанной в нем информации, но звучать будет примерно так же.

Популярные форматы с потерей качества:

  • MP3
  • WMA
  • OGG
  • AAC

Подробнее о популярных аудио-форматах

WAV – один из первых аудио-форматов. Обычно используется для хранения несжатых аудио-записей (PCM), идентичных по качеству звука записям на компакт-дисках (audio-CD). В среднем одна минута звука в формате wav занимает около 10 мегабайт. Часто в него копируют аудио-CD, а потом конвертируют в mp3 с помощью аудио конвертора.

MP3 (MPEG Layer-3) – набиолее распространенный в мире звуковой формат. MP3, как и многие другие форматы с потерей качества, урезает звук, который не слышится человеческим ухом, тем самым уменьшая размер файла. На текущий момент mp3 не является лучшим форматом по соотношению размера файла к качеству звучания, но в силу своей распространности и поддерживаемости большинством устройств, многие хранят свои записи именно в нем.

WMA (Windows Media Audio) – формат, принадлежащий компании Microsoft. Изначально данный формат был представлен, как замена MP3, имеющая, по заявлению Microsoft, более высокие характеристики сжатия. Но данный факт был поставлен под сомнения некоторыми независимыми тестами. Так же формат WMA поддерживает защиту данных через DRM.

OGG – открытый формат, поддерживающий кодирование аудио различными кодеками. Наиболее часто в ogg используется кодек Vorbis. По качеству сжатия формат сопоставим с MP3, но при этом менее распространен с точки зрения поддержки в аудио-проигрывателях и плеерах.

AAC – запатентованный аудио-формат, имеющий большие возможности (количество каналов, частоты дискретизации) по сравнению с mp3 и дающий несколько лучшее звучание, при том же размере файла. На данный момент aac является одним из самых качественных алгоритмов кодирования звука с потерями. Формат поддерживается большинством устройств. Файл этого формата может иметь расширения aac, mp4, m4a, m4b, m4p, m4r.

FLAC – популярный формат сжатия без потерь. Он не вносит изменений в аудио-поток и закодированный с его помощью звук идентичен оригиналу. Часто используеется для прослушивания звука на звуковых системах высокого уровня. Имеет огранченную поддержику устройствами и плеерами, поэтому обычно для того, чтобы слушать flac в плеере, его предварительно конвертируют.

Основы «цифры»

В каждом из продающихся на сегодня мультимедийных устройств, будь то CD-плеер, диктофон, или плеер на флэш-памяти, используется множество самых различных видов представления потоков данных, которые преобразуются затем в звук. А уж форматов звука, используемых в профессиональных целях, придумано и того больше. Неискушенный покупатель вынужден черпать информацию об обозначениях на коробках и устройствах из самых разных источников, зачастую получая неверные сведения или запутываясь еще больше.

Практически каждое устройство из раздела «Портативное Аудио» каталога ZOOM.CNews.ru поддерживает сразу несколько форматов звука, а многие устройства, не относящиеся к этой категории, также снабжены надписями о поддержке воспроизведения звуковых файлов. Для того чтобы помочь нашему читателю, мы решили создать небольшой глоссарий сокращений и рассказать о наиболее распространенных форматах. Мы планируем сделать его открытым для пополнения и поправок, добавляя новые форматы и более подробно описывая преимущества и недостатки уже распространенных или забытых.

Немного теории

Для начала следует напомнить, что цифровой звук – это не более чем набор цифр. Определяющим фактором является система, с помощью которой звук как давление воздуха был преобразован в потоки данных и закодирован для последующей обработки и воспроизведения. Соответственно, цифровой звук обычно заключен в компьютерных файлах с различным расширением, по которому чаще всего (но не всегда) и можно определить его формат. А само понятие формата может иметь, как это ни парадоксально, два смысла. Во-первых, формат может существовать как всеобъемлющая характеристика, включающая в себя и тип, и физические характеристики носителя (диска или кассеты), способа записи, принципов кодирования и защиты от ошибок. Во-вторых, под форматом можно понимать только сам способ кодирования и сжатия звука, так как для переноса используются стандартные средства, например, компьютер.

Аналоговый звук, в отличие от цифрового, воспроизводится в аналоговых устройствах и имеет ряд существенных отличий. Не являясь потоком данных, аналоговый звук представляется непрерывным электрическим сигналом, отображающим изменение звуковой волны. Для перевода его в цифровой формат звук «оцифровывается», то есть разбивается на определенные отрезки, в которых фиксируется числовое значение амплитуды в данный момент. Мы не будем углубляться в принципы создания цифрового звука, однако совершенно необходимо отметить, что чем чаще происходит разбиение отрезка звука и описание его характеристик, тем яснее и полнее создается картина собственно звука.

Такой процесс порождает огромный поток данных, описывающих звук, и очевидно, что каждый формат цифрового звука является не больше чем компромиссом между необходимостью представить звук как можно более качественным и ограничениями объема памяти компьютера или устройства воспроизведения.

Еще немного теории. Человеческое ухо воспринимает в большинстве случаев звук с частотой не выше 22000 Гц, и для того чтобы его полностью описать в цифровом виде, требуется частота дискретизации не менее 44,1 кГц. Так как абсолютно точно определить значение сигнала в определенный момент времени невозможно, то при оцифровке происходит квантование, то есть замена реальных значений сигнала приближенными. Чем больше уровней квантования звука, тем точнее описывается уровень сигнала. В итоге каждый стандартный компакт-диск несет на себе звуковой сигнал с частотой дискретизации в те самые 44,1 кГц и уровнем квантования в 16 бит, а в некоторых устройствах производится дискретизация с частотой 48 кГц.

Достоинства цифрового звука

А теперь вкратце о том, для чего данный алгоритм был разработан. Цифровой звук имеет перед аналоговым огромные преимущества, хотя нельзя забывать и об определенных его недостатках. Основной ценностью цифрового звука является возможность бесконечно долгого хранения и бесконечного тиражирования материала без потери исходного качества, тогда как у аналогового звука качество теряется при каждой записи-перезаписи. Кроме того, облегчаются передача звука и его обработка современными цифровыми средствами, в первую очередь, специализированными компьютерами. Также, цифровой сигнал в линиях передачи более устойчив к помехам, чем аналоговый. Немаловажно также и то, что цифровая техника, в отличие от аналоговой, позволяет добиваться идентичности параметров систем при их массовом производстве и сохраняет эту идентичность при эксплуатации, в то время как характеристики аналоговых изделий обычно разняться на разных экземплярах и ухудшаются со временем.

Исторически цифровой звук был, безусловно, инициативой инженеров компаний, принявших на вооружение разработанные фирмой Philips диски Audio-CD, которые также называются CDDA — Compact Disk Digital Audio. В итоге цифровой носитель звука привел к массовому переходу в студиях звукозаписи на цифровые DAT-магнитофоны и цифровую монтажную аппаратуру с интерфейсами S/PDIF и другими. А потом цифровой звук начал все глубже продвигаться в нашу жизнь с CD-плееров и, передаваясь по S/PDIF, преобразовываться в цифровых коммутаторах, эквалайзерах и системах шумопонижения. На сегодня этот ряд заканчивается цифровыми звуковыми процессорами объемного звука Dolby Digital.

Кому это нужно

Качество звука CDDA устраивает большинство конечных пользователей, то есть слушателей, однако критическим фактором является объем данных, который требуется для представления звука в таком виде. В результате появляются различные сжатые форматы цифрового звука, одним из которых стал старенький MS ADPCM, и в ряду которых находятся вполне приемлемые Sony ATRAC, PASC или Fraunhoffer MP3. Каждый из методов кодирования имеет важнейшую характеристику — скорость битового потока (bitrate), с которой сжатая информация поступает в декодер при восстановлении звукового сигнала.

Например, при разговоре по сотовому телефону звук ваших голосов подвергается цифровому преобразованию и сжатию, из-за чего и ухудшаются его характеристики. Речь сжимается по различным алгоритмам в сотни раз, сохраняя при этом основные характеристики.

Перейдем к конкретным форматам звуковых файлов и форматам сжатия звука. Наиболее распространенным на сегодняшний день форматом, безусловно, является МР3. Однако исторически сложилось так, что для понимания развития форматов звука необходимо начать с другого вида файлов – с расширением .WAV.

Разнообразие форматов

Он является основным форматом для многих и многих систем воспроизведения цифрового звука и используется как стандартный формат звуковых файлов в персональных компьютерах. К тому же, он имеет солидный набор спецификаций, изрядно пополнившийся за последнее время. Его полное название — Microsoft RIFF/WAVE — Resource Interchange File Format/Wave — формат файлов передачи ресурсов/волновая форма, и создан он был инженерами Microsoft и Intel. В свою очередь, WAV расшифровывается как Waveform Audio File Format.

Apple AIFF

Этот тип файлов является стандартным для систем Apple Macintosh и систем обработки звука, построенных на его основе. Apple AIFF расшифровывается как Audio Interchange File Format — формат файла обмена звуком, он в чем-то схож с WAV. Его особенностью является то, что он позволяет размещать вместе со звуковой волной дополнительную информацию, в частности, самплы WaveTable (примеры звучания инструментов вместе с параметрами синтезатора), что улучшает качество итогового результата. Хотя в настоящее время компьютеры Apple способны воспроизводить файлы практически любых форматов, в том числе и МР3.

Да, это не только формат изображения, в котором пишут фотографии некоторые цифровые камеры. На самом деле, RAW является т.н. «чистой оцифровкой», в которой не содержится заголовка и находится лишь последовательность отсчетов звуковой волны. Обычно оцифровка хранится в 16-разрядном формате.

МР3

Самый популярный формат сжатия на сегодняшний день – это МР3. Формат МР3 (MPEG Layer 3) был разработан, после ряда промежуточных форматов, институтом Фраунхофера в Германии. Вообще то, формат .МР3 основан на обмане человеческого уха. После некоторых исследований выяснилось, что человеческому слуху свойственно адаптироваться к появлению новых звуков, что выражается в повышении порога слышимости. Поэтому одни звуки способны маскировать (то есть, делать субъективно неслышимыми) другие. Вот и в этом формате часть звуков, которые, как считает соответствующая теория, делаются неслышимыми, просто убираются из общего звучания. После чего получившийся «полуфабрикат» кодируется по методу Хоффмана. Обязательно следует учитывать то, что в формате МР3 программы, сжимающие звук из оригинального, не являются стандартизированными, то есть каждый грамотный программист может реализовать свою схему сжатия. А стандартам подчиняются только декодеры, что приводит к тому, что качество воспроизведения формата МР3 далеко не всегда зависит от плеера, проигрывающего этот файл. В связи с разными способностями и пристрастиями реализаторов различных кодеров, одни из них лучше справляются с симфонической музыкой, другие — с роком и металлом, третьи — с рэпом и рэйвом и так далее.

JointStereo, являющийся одной из особенностей МР3, означает, что вместо кодирования стерео как двух независимых каналов производится кодирование т.н. центрального канала и разницы, отличающей его от исходных стереоканалов. Довольно много составляющих звука в стереоканалах одинаковы, и их кодирование в общем канале позволяет высвободить дополнительную полосу для более подробного кодирования разницы, что приводит к некоторому улучшению качества.

Обязательно следует упомянуть и о Variable Bit Rate, или VBR. Это означает, что кодер изменяет степень сжатия «на лету», в зависимости от характера звука. Такой подход приводит к уменьшению итогового размера файла или, при увеличении требований к качеству, при том же размере файла позволяет добиться лучшего звучания.

MP3 Pro

Появившийся в 2001 году кодек MP3 Pro был создан компанией Coding Technologies совместно с Thomson Multimedia. В его основе лежит МР3, и в результате он получился полностью совместимым с MP3 назад и лишь частично вперед. В нем используется технология SBR (Spectral Band Replication), за счет чего кодек обеспечивает хорошее качество на низких битрейтах. Однако качество кодирования на средних и высоких скоростях передачи данных уступает качеству почти всех других кодеков. В итоге MP3 Pro применяется больше для трансляций в интернете и демонстраций фрагментов новых музыкальных композиций.

Кодек WMA, или Microsoft Windows Media Audio, является серьезной альтернативой МР3. Файлы этого формата имеют расширения .WMA и .ASF, обладают явным преимуществом перед МР3 на низких скоростях потока данных (битрейтах) и теряют его при увеличении скорости подачи информации на кодек.

На основе WMA разработан стандарт WMA DRM, реализующий близкую сердцу звукозаписывающих компаний защиту от копирования. Файлы, созданные на основе этого формата, можно записывать на устройства воспроизведения, типа МР3-флэш-плееров, однако скопировать их оттуда нельзя.

ATRAC (Adaptive TRansform Acoustic Coding — акустическое кодирование адаптивным преобразованием) базируется на стереофоническом звуковом формате с 16-разрядным квантованием и частотой дискретизации 44.1 кГц. При сжатии каждый кадр делится на 52 частотные полосы, результирующая скорость потока — 292 кбит/с (сжатие 1:5). Применяется в системе MiniDisk.

Ogg Vorbis

Формат Ogg Vorbis — относительно новый универсальный формат записи звука с потерями данных. Он принадлежит к тому же типу форматов аудиосжатия, что и МР3 и WMA, а психоакустическая модель, описывающая особенности человеческого слуха, в соответствии с которыми производится сжатие, по принципам действия близка к МР3. Радикальным же отличием этого формата стала математическая обработка и практическая реализация этой модели. В этом формате пороговая максимальная частота оцифровки не 44 кГц как в MP3, а 48, что теоретически улучшает качество звука. Также следует отметить, что теоретическое число каналов не ограничено двумя, как обычно, а достигает 255. Файлы, закодированные в этом формате, меньше таких же файлов в МР3. Распространение формата сдерживалось недостаточной поддержкой со стороны производителей аппаратуры.

Борушевский Денис