Мультимедиа-технология

     Растровой графикой ведают Adobe Photoshop и Corel PhotoPaint, а для векторной необходимо обзавестись CorelDraw илиAdobe Illustrator. Существуют и универсальные пакеты — например, Jasc Paint Shop Pro, — однако их возможности несколько скромнее.(10) 

      2 Цифровой звук 

     2.1 Программы для обработки звука 

     Среди средств мультимедиа звук — явление  особое. Вроде кошки, которая ухитряется существовать сама по себе наперекор всему. Текст и графика вроде бы неплохо сдружились друг с другом и постоянно идут рука об руку. Но при этом и часть своей самобытности потеряли — текст и графика сегодня редко встречаются по отдельности. В связке — другое дело, а вот порознь...

     Звук, напротив, постоянно пребывает в одиночном плавании. А все потому, что слишком жаден до внимания этот вид информации — все на себя перетягивает. Звучит, к примеру, на странице Интернета какая-нибудь мелодия — и вот уже и текст в голову не лезет, и картинки уже не так радуют глаз.

     А с другой стороны, по этой же самой причине звук не прощает дилетантского подхода. Огрехи текста или картинки далеко не всякий разглядит. А вот фальшь, низкое качество созданной или обработанной вами композиции любой слушатель с не отдавленным русским медведем ухом в момент почувствует.

     Так что же такого удивительного  можно сотворить на нашем компьютере со звуком? Как и графика, компьютерный звук бывает разный.

     Цифровой  звук — аналог фотографии, точная цифровая копия введенных извне звуков. Это может быть сделанная с микрофона запись вашего голоса, копия звуковых дорожек с компакт-диска и других источников.(1) Как и фотография, такой звук занимает много места... впрочем, аппетиты фотографии по сравнению со звуком просто ничтожны! Одна минута цифрового звука, записанного с максимальным качеством, занимает около 10 мегабайт. Правда, существуют специальные методы сжатия, уменьшающие объем компьютерного звука в десятки раз.

     Помимо  цифрового, существует еще и «синтезированный» звук — точнее, музыка в формате MIDI. Вкратце суть MIDI-технологии можно изложить так — компьютер не просто проигрывает нужную вам мелодию, а синтезирует ее с помощью звуковой платы. MIDI-мелодии — это всего лишь системы команд, управляющие звуковой картой, коды нот, которые она должна «изобразить» (с указанием инструментов, длительности и некоторых других параметров оной ноты). Эта технология идеальна для компьютерных композиторов, поскольку позволяет с легкостью изменять любые параметры созданной на компьютере мелодии - заменять инструменты, добавлять или удалять их, изменять темп и даже стиль композиции. И файлы с MIDI музыкой — крохотные, всего в несколько десятков килобайт. Но и недостатки у MIDI есть — голос в MIDI-файле не запишешь, да и музыка хорошо звучит лишь на очень качественной звуковой карте. Правда, можно сравнительно легко перевести в формат цифрового звука — обратное преобразование.

     Также существует и третий вид звука, с которым можно работать в домашних условиях — «трекерная» или «сэмплерная» технология, своего рода плод любви цифрового и синтезированного звука. При работе с программами этого типа вы будете «конструировать» музыкальную композицию из небольших периодически повторяющихся «кусочков» цифрового или синтезированного звука — сэмплов или петель. Именно по такому принципу создаются композиции в стиле «хаус», «транс», «техно»... Такой тип музыки — нечто среднее между цифровой и синтезированной — называется «трекерным» и имеет пусть ограниченную, но верную аудиторию поклонников.(7)

     Можно выделить как минимум три основных типа музыкальных программ:

• Программы для записи и обработки цифровой музыки.
• Секвенсоры — редакторы синтезированной (MIDI) музыки.
• Сэмплеры и конструкторы сэмплированных мелодий.

     2.2 Кодировщики  

     Как известно, музыкальная информация занимает кучу места. В «чистом», несжатом виде минута звука, извлеченного с компакт-диска и сохраненная в формате wav, занимает около 10 Мб. Поэтому еще в самом начале мультимедийной эры стало понятно: звук необходимо сжимать, доводя размеры его файлов до приемлемых величин.

     Со  сжатием (или компрессией) информации пользователи познакомились еще задолго до «звуковой эры» — это могли делать всем известные программы-архиваторы. ZIP или RAR способны «выжимать» всю лишнюю информацию практически из любого файла, уменьшая его размеры порой в десятки раз! При этом после извлечения файла из «архива» (то есть распаковки) он представал перед пользователем в точности таким, каким был до упаковки. То есть потери информации при компрессии не происходило.

     Понятно, что без потерь сжать звуковой файл не получится — надо чем-то жертвовать. То есть — использовать компрессию «с потерями», компенсируя ухудшение качества звука маленьким объемом получившегося файла. В самом деле — человеческое ухо способно различать звуки в диапазоне, не превышающем 18 кГц (и то далеко не у всех — большинство слушателей «останавливаются» уже на границе 16 кГц). Между тем максимальная частота звуков, записанных на компакт-диске, составляет 22 кГц. (Не путать эту цифру с так называемой «частотой дискретизации», которая, согласно теории, должна вдвое превышать максимальную частоту звука в записи — вот откуда взялся тот самый стандарт 44 кГц!) Таким образом, налицо явный излишек, который можно удалить Что при МРЗ-кодировании с успехом и делается.

     Но это — лишь вершина айсберга. В процессе сжатия звука программа-кодер работает с ювелирным искусством хирурга, убирая из звукового потока любые не слышимые человеком сигналы. Например, звуки и частоты, которые «пропадают» для нас, попадая «в тень» более мощного соседнего сигнала. При этом работа проводится максимально осторожно и бережно, чтобы не «повредить» слышимый человеком звук.

     Уже первые алгоритмы сжатия (например Real Audio или Microsoft ADPCM⁶) уменьшить размер файла в 10 и более раз. Однако качество звука, получавшегося в результате сжатия по этим алгоритмам, чаще всего было ниже всякой критики — например, для достижения степени сжатия, сравнимого с МРЗ, пользователям ADPCM приходилось вдвое снижать как частоту дискретизации (с 44 до 22 кГц), так и разрядность звука (с 16 до 8 бит). Конечно, то, что оставалось от музыки после такой вивисекции⁷, музыкой уже называть было никак нельзя...

     Однако  уже тогда возможностями «сжатого звука» заинтересовались пираты — так, в 1995 г. в России был выпущен первый в мире пиратский «мультимедийный диск» с полной коллекцией альбомов The Beatles, закодированных именно с использованием формата ADPCM.

     Монополия ADPCM на рынке «компрессоров» продлилась всего пару лет - уже к 1996 г. вовсю заявила о себе сенсационная разработка немецких ученых, новый формат сжатия под названием МРЗ. 

2.2.1 МРЗ 

     Спецификация  МРЕG 1 Layer III (а именно так «по паспорту» именуется то чудо, которое мы знаем как МРЗ) появилась на свет в начале 90-х гг. в результате «мозгового штурма», предпринятого сотрудниками немецкого Fraunhofer Institute. Целью изысканий институтских умельцев было создание принципиально нового алгоритма сжатия звуковой информации, при котором качество звука сохраняется на максимально приближенном к первоначальному уровню. Первоначально разработки Института были использованы для сжатия радиорепортажей, передаваемых через спутник с проходившей в то время Олимпиады. Эксперимент прошел столь успешно, что уже через год-другой об МРЗ заговорили как об идеальном стандарте хранения и передачи звуковой информации. На МРЗ постепенно начали переходить крупные радиостанции. А еще через годик до нового стандарта дотянулись лапы первых пиратов.

     С расцветом Интернета интерес  к МРЗ превратился в настоящую  эпидемию — использование этой технологии позволяло распространять по Сети уже не отдельные звуковые фрагменты длительностью до нескольких секунд, но и целые альбомы! Еще одна интересная особенность стандарта МРЗ заключается в возможности сохранять в файле подробную информацию о композиции: с какого альбома, какого артиста она взята, к какому жанру относится... Эта дополнительная информация, облегчающая идентификацию МРЗ файлов, называется «тэгом» и может быть использована практически любыми программами для воспроизведения МРЗ.

     Существуют  разные степени сжатия звуковой информации. Характеристиками этих степеней является «скорость» получившегося в результате звукового потока, измеряемая в килобитах в секунду (kbps). Эта величина называется «битрейтом» (bitrate).(4)

     Минута звучания обычного оцифрованного звука занимает около 10 Мб, что соответствует звуковому потоку примерно в 1400 кбит/с. После МРЗ-кодирования битрейт звукового потока составляет от 56 до 320 кбит/с. На практике же для сохранения качества звука используется битрейт в диапазоне от 128 до 256 кбит/с.

     Даже  самый маленький битрейт (128 кбит/с) позволяет получить звук, не уступающий по качеству обычной кассете. Частотная планка при этом, правда, опускается до порога 18 кГц, что хорошо видно на спектрограмме. (Приложение Б, рис.2)

     Если  же вы хотите максимально сохранить  частоты воспринимаемого человеческим ухом диапазона, то стоит выбрать  битрейт 256 кбит/с – результат будет гораздо лучше. (Приложение Б, рис.3)

       Помимо постоянного битрейта при МРЗ-кодировании может использоваться и переменный. Вспомним, что МРЗ-файл состоит из отдельных отрезков — «фреймов» длительностью 1/100 секунды. Именно благодаря такому устройству МРЗ-файл можно воспроизводить одновременно с его скачиванием из Интернета, в «потоковом» режиме. Во время кодирования с переменным битрейтом программа-кодировщик определяет, какой именно битрейт стоит использовать для кодирования именно этого фрейма, в зависимости от его частотных характеристик. Таким образом, каждую секунду битрейт меняется добрую сотню раз в диапазоне от 56 до 320 кбит/с — хотя за пользователем остается право ограничить как верхний, так и нижний порог битрейта. Существует две основных модификации переменного битрейта: VBR и ABR. В первом случае можно выбрать лишь усредненное значение битрейта (например, 192 кбит/с), а во втором — еще и четко определить верхнюю и нижнюю границу. Например, 256 кбит/с (при нижней границе 192 кбит/с).

     Использование переменного битрейта позволяет  в некоторых случаях значительно улучшить качество МРЗ-композиции — ведь в любой композиции найдется немало мест, которые можно закодировать с минимально возможным битрейтом.

     Программы, которые  осуществляют кодирование в МРЗ — кодеках: их тоже существует несколько видов. Официально признанным стандартом является оригинальный кодек от Fraunhofer Institute — именно он включен в комплект поставки самых известных мультимедийных «комбайнов» с возможностью МРЗ-кодирования. Этот кодек используется и в дополнительных пакетах для стандартного Windows Media Player.

     Однако  независимые разработчики гораздо  чаще отдают предпочтение альтернативному кодеку, созданному группой энтузиастов на основе оригинального алгоритма сжатия. Этот кодек называется LAME и распространяется он в виде отдельного файла - «библиотеки» DLL. (4)

     С кодеком LAME работают самые популярные «рипперы» — CDex и EAC. В настоящий момент разработка LАМЕ фактически прекращена — новые версии выходят не чаще двух раз в год. Но связано это не с тем, что разработчики утратили интерес проекту — просто сам алгоритм кодирования уже настолько «вылизан» и отлажен, что ожидать его кардинального улучшения уже невозможно.

     Итак, достоинства МРЗ очевидны: стандартность (а следовательно, распространенность), универсальность и приемлемый баланс качества и объема. Неудивительно, что сегодня не только для компьютеров, но и для бытовой аппаратуры поддержка МРЗ является обязательным условием. С МРЗ-файлами могут работать бытовые стереосистемы, DVD-проигрыватели, не говоря уже о специальных плеерах. С его приходом окончательно были списаны на свалку истории аудиокассеты (хотя в нашей стране они пока что не желают сходить со сцены).

     Но  «аудиофилов» по-прежнему не устраивает качество звучания МРЗ-композиций (хотя чтобы отличить МРЗ-файл, записанный с битрейтом 256—320 кбит/с от оригинальной дорожки, необходима аппаратура стоимостью от нескольких тысяч долларов — и соответствующим образом «настроенные» уши). Что же касается производителей музыки, то их не устраивает «открытость» формата — а следовательно, невозможность защитить запись от копирования.

     И неудивительно, что уже в конце 90-х гг. прошлого века начались активные поиски «формата будущего» — защищенного, компактного и качественного. На эту роль претендовали сразу несколько разработок, но большая часть из них быстро канула в Лету.

     И все же конкуренты у МРЗ имеются, и кое в чем «альтернативные» форматы смогли-таки превзойти этот народный кодировщик.

     Правда  — лишь в одной, узкоспециализированной области. 

     2.2.2 WMA 

     Казалось, история замерла в ожидании —  МРЗ продолжал шагать по планете, завоевывая все новых и новых сторонников и не встречая достойных конкурентов. Однако в 2000 г. первый ощутимый удар по популярности этого формата нанесла могущественная корпорация Microsoft, представившая собственный алгоритм сжатия информации под названием WMA.