ЛР№9-11 / Звук / Обробка зображень та мультимедіа

Лабораторна робота 9, 10, 11

Тема: Звук

Мета: Вивчення представлення звуку

Завдання:

1. Вивчити формати звукових файлів.
2. Зберегти 3 улюблені музикальні композиції в некомпресованому форматі.
3. Кожну з композицій компресувати з бітрейдом від 128 до 320 Кбіт на сек.
4. Порівняти якість звуку в отриманих файлах.

Музикальні композиції в некомпресованому форматі

Назва композиції	Тривалість	Некомпресована	Bitrate
			128 bps	192 bps	320 bps
Gillicuddy - Springish	(02:23)	ogg - 6944 Kb listen	mp3 - 2237 Kb listen	mp3 - 3355 Kb listen	mp3 - 5591 Kb listen	listen contrast
The Kyoto Connection - Hachiko (The Faithtful Dog)	(03:05)	ogg - 9154 Kb listen	mp3 - 2879 Kb listen	mp3 - 4346 Kb listen	mp3 - 7243 Kb listen	listen contrast
Tours - Enthusiast	(02:51)	ogg - 9733 Kb listen	128 - 2675 Kb listen	192 - 4012 Kb listen	320 - 6686 Kb listen	listen contrast

Дані про пристрої прослуховування вищезазначених композицій.

• Навушники
  • Я зумів почути в них звук такого зіапазону: 40 - 15 000 Hz
• Колонки
  • Я зумів почути в них звук такого зіапазону: 20 - 17 000 Hz

Cool links:

• About Adobe Audition Spectral Frequency Display
• Кратко и просто о спектре звука
• Для тестування діапазону звуку (який можна почути)
  • У відео 20 - 20000 Гц

Коротко про деякі формати

OGG

OGG - Вільний формат стиснення звуку.Формат призначений для зберігання аудіо-інформації, подібно до MP3, однак його поява була зумовлена тим, що MP3 захищений патентом.

• Ogg Vorbis використовує власну психоакустичну модель при стиснення з втратами (т. зв. lossy) для досягнення високих ступенів стиснення інформації.
• Ogg Vorbis типово використає змінний бітрейт, при цьому його значення необмежені і можуть варіюватися при мінімальних налаштуваннях на 1 kbps, а при максимальних — від 400 kbps до 700 kbps.
• Гнучкою є і частота дискретизації — користувачам надається будь-який вибір у межах від 2 кгц до 192 кгц. На думку деяких, така модель дозволяє отримати кращу якість відтворення при рівному ступені стиснення.

CD-audio

CD-audio - CDDA - (з англ. Compact Disc Digital Audio, інші назви - Audio CD, CDDA та Red Book). Один з перших якісних цифрових звукових форматів, був розроблений у 1982 році відомими фірмами Sony та Philips.

• Звуковий формат AUDIO має високу якість звучання, цей формат використовується для програвання звуку на побутових лазерних програвачах, а також на ПК, що мають CD-ROM. Має досить великий об’єм: на один лазерний диск поміщається 74 хвилини звучання. Музичний трек формату AUDIO не має назви.
• Звук у форматі AUDIO можна записати за допомогою спеціальних програм на жорсткий диск комп’ютера, але при цьому комп’ютер перетворює формат AUDIO в інший формат.

MP3

MP3 (скорочено від - MPEG audio layer III) – розроблений у інституті Fraunhofer. Сьогодні звуковий формат MP3 є одним з найпопулярніших форматів.

• Файли в цьому форматі придатні для зберігання музики практично на будь-якому носії інформації. Жоден пристрій для програвання музики (плеєри, музичні центри, магнітоли, професійна апаратура та ін.) не обходиться без підтримки mp3.
• Цей формат завоював популярність завдяки зниженню об’єму інформації до 70% від оригінальної доріжки (CD-audio чи wav), за рахунок вирізання тих частот звуку, які не сприймає людське вухо. А якість звучання залишається на прийнятному для сприйняття рівні.
• За допомогою відповідних програм можна стиснути звукові файли формату CD-audio чи WAV у формат MP3. Це означає, що при невеликій втраті якості обсяг зменшиться в 5-10 разів.

WMA

WMA (з англ. Windows Media Audio). Компанією Microsoft була розроблена власна технологія кодування звуку.

• Формат відповідних файлів отримав назву WMA (спочатку він був названий ASF).
• Швидкому впровадженню формату сприяла маркетингова політика компанії Microsoft, яка включила підтримку нового формату в свій програвач (Media Player), який можна вільно отримати з сайту компанії. Також у вільному доступі кодувальник файлів WMA.
• Цікавою особливістю формату WMA є захист авторських прав. Якщо не відключити захист (DRM) при кодуванні, то не можна відтворити створений файл на іншому комп’ютері. Для цього необхідно завантажити спеціальний сертифікат, що дозволяє програвати файл обмежений час, після якого необхідно буде купити його або цілий диск.
• З точки зору якості звучання формат WMA практично ідентичний формату МРЗ, в чомусь перевершуючи, у чомусь поступаючись йому.
• Великим плюсом є підтримка формату багатьма побутовими програвачами, портативними пристроями, автомагнітолами та іншої аудіотехнікою.

WAV

WAV (з англ. - waveform audio format – аудіоформат у формі хвилі; був розроблений фірмами Microsoft та IBM) – це цифровий формат.

• Формат WAV використовується у всіх професійних студіях звукозапису.
• Даний формат може зберігатися як на жорсткому диску ПК, що робить його доступним для роботи зі звуковим оформленням сценарію, так і на компакт-диску.
• Не потребує спеціальних програм для копіювання, скажімо, з лазерного диска на жорсткий диск, що робить зручним переміщення звукових файлів з ПК на ПК, чи інші носії.

AAC

AAC (з англ. – advanced audio coding, MP4) – ще один звуковий формат з компресією (стисненя з втратами), свого роду правонаступник MP3, з кращою якістю звучання. Формат використовується фірмою Apple у своїх пристроях та віртуальному сервісі iTunes.

• Кращим кодеком формату AAC на даний час вважається Apple Quick Time та Nero AAC.
• Lossless кодеки (з англ. – без втрат). Іноді виникає ситуація, коли втрата навіть одного біта інформації небажана або неприпустима, а розмір композиції бажано по можливості скоротити. У цьому випадку на допомогу приходить loseless компресія, що дозволяє зберігати звук без втрат.
• Принцип дії loseless кодеків схожий з принципом роботи ZIP, RAR та інших відомих нам архіваторів, за винятком того, що розроблені вони спеціально під стиск музики. Кількість існуючих loseless форматів досить велика. Назвемо лише найбільш популярні: FLAC (free loseless audio codec), Monkeys Audio, що вважається одним з найбільш досконалих loseless форматів, WavPack, Optimfrog і т.д. Крім того, свій loseless кодек у складі WMA 9 пропонує Microsoft, стиснення без втрат передбачено в MPEG-4.
• Lossless формати мають таку ж якість як і WAV, а от місця займають менше. Більшість сучасних loseless кодеків дозволяє стискати музику з коефіцієнтом приблизно 1: 2 залежно від типу музики.

Monkey Audio

Monkey's Audio або APE — популярний формат кодування цифрового звуку без втрат. Поширюється безкоштовно разом з відкритим вихідним кодом і набором програмного забезпечення для кодування і відтворення, а також плагінами до популярних плеєрів.

• .ape для зберігання аудіо.
• .apl для зберігання метаданих.

Переваги

• Висока ефективність
• Хороша підтримка програмного забезпечення
• Версія Java (працює на багатьох платформах, multiplatform)
• Підтримує теги (ID3v1, APE tags)
• Підтримка високороздільне аудіо (High resolution)
• Підтримка RIFF чанків (Тільки в енкодері з графічним інтерфейсом GUI)
• Pipe support (тільки в спеціальній версії)

Недоліки

• Немає підтримки мультиканалів
• Немає гібридного режиму з кодеками з втратою якості (типу mp3)
• Немає підтримки hardware (технічних засобів)
• Не завадостійке
• Немає підтримки ReplayGain

Списки популярних форматів:

Без стиснення

• AIFF
• AU
• CDDA - формат, який використовується в аудіо-CD
• RAW - необроблені («сирі») виміри без будь-якого заголовка або синхронізації
• WAV - Microsoft Wave (Waveform audio format); розроблений спільно з IBM

Стиснення без втрат

• FLAC (.flac) - вільний кодек з проекту Ogg
• Lossless Audio (.la)
• Lossless Predictive Audio Compression (LPAC; .pac)
• Apple Lossless (.m4a)
• Monkey's Audio (.ape)

Стиснення з втратами

• MP2 - MPEG-1/2 Layer 2 (Music)
• MP3 - MPEG-1/2 / 2.5 Layer 3
• Vorbis - проект Ogg, вільний, схожий за принципами на MP3