Zenei fájlformátumok

„Nagy kiváltság részesei vagyunk, a mesterművek életre keltésének kiváltsága a mienk. Egyben szent felelősség is nyugszik rajtunk. Az a feladat hárul ránk, hogy csorbítatlanul tolmácsoljuk e mesterműveket.” (P. Casals)

Casals a fentieket az előadókra értette, de korunkban ugyanezt azoknak a mérnököknek is meg kellene szívlelniük, akik munkája révén a zene eljut hozzánk. Csorbítatlanul?

Edison óta az emberek képesek rögzíteni, és visszajátszani hangokat. A viaszhenger még nagyon sérülékeny volt, és rossz hangminőséget produkált, de a bakelit lemez, vagy a magnó már tökéletes hangvisszaadásra volt képes, és egy emberöltőnyi időt kibírt.

Talán a Commodore gépek voltak az első olyan számítógépek, amelyeket szórakoztató központnak hoztak létre. A játékok mellé szólt a zene, persze nem művészi élményt nyújtva. Az IBM PC-k ekkor még csak olyan hangszórókat tartalmaztak, amelyek egyetlen funkciója a Beep megszólaltatása volt. Az ekkor általános 10-20 MB-os winchesterek bizony hamar beteltek, ha jó minőségű digitalizált zenét kívánt rajtuk tárolni valaki. Ráadásul a hangkártya, és a hozzá tartozó hangszóró is ritkaságszámba ment.

A képek, zenék tárolása nagyon nagy kapacitásokat igényelt a digitalizálás miatt. A bakelit lemez vagy a magnószalag analóg jeleket tárolt. Ez egyébként tökéletes tudott lenni, de a számítógép ezek tárolására alkalmatlan. A gép csak digitálisan tud adatokat tárolni. Az analóg jelek hullámait mintavételezés után 0 és 1 jegyekből álló számsorokká alakítva raktározza el. Minél nagyobb a mintavételezés sűrűsége, annál pontosabb lesz a hangvisszaadás. Jó minőségű zenéhez legalább 44 KHz-es mintavételezés kell, vagyis másodpercenként 44000 digitális jel kerül rögzítésre. Ez a nagy méret magyarázata.

A kis tárolókapacitás, és a lassú internet is abba az irányba hajtotta a mérnököket, hogy valahogyan csökkentsék a hangfájlok méreteit.

Ekkor már létezett többféle tömörítő eljárás is. Ezek lényege az, hogy a valós adatfolyamok nagyon sok ismétlődő jelből állnak. Az ismétlődő bájtokat így elég volt egyszer feltüntetni, és hozzá letárolni az ismétlődések számát. Ezek az első tömörítési módok veszteségmentesek voltak, vagyis a kicsomagolásnál bitről-bitre azonosan jött létre az eredeti tartalom. Ez programfájloknál, vagy szövegeknél alapkövetelmény, hiszen akár egy bit eltérés is működésképtelenséget, vagy értelemzavaró hibát okozhat.

Az így elérhető 15-30%-nyi méretcsökkenés azonban túl kicsinek bizonyult.

A 80-as évek végén, 90-es évek elején kezdtek olyan tömörítő eljárásokat létrehozni, amelyek akár 80%-os méretcsökkenést is elértek, de nem voltak képesek visszaállítani az eredeti tartalmat. Ezeket veszteséges tömörítési eljárásoknak nevezzük.

Szövegeknél ilyen lehet például, ha kihagyjuk a magánhangzókat belőle. Az egymás után álló mássalhangzókból ki lehet következtetni a szöveg értelmét. Vagy például, ha minden szót egy rövidebb, rokon értelmű szóval helyettesítünk.

Képek esetén az elv az, hogy az emberi szem a számítógép által ábrázolni képes 16 millió színből csak néhány ezret tud megkülönböztetni. Az eljárás során a nagyon kis árnyalatnyi eltéréseket elhagyják, és azonos színnel töltik ki.

A képsorban a bal oldali kép az eredeti, 38,2 KB méretű, a második kép veszteséggel tömörített, mérete 1,2 KB, a harmadik nagyobb veszteséggel tömörített, mérete 0,662 KB. Amint az látható, ha nem visszük túlzásba az adatok elhagyását, élvezhető képet kapunk jelentős tömörítés mellett is.

Bár zenei fájlformátumokról kell írnom, eddig mégis szövegekről és képekről beszéltem, de ennek az az egyszerű magyarázata van, hogy példaként zenéket nem tudok bemutatni Önöknek.

A zenék tömörítésének elve is hasonló volt, mint a képeké, ezt pszicho akusztikának hívják. Az emberi fül ugyanis nem egyformán érzékeny más-más magasságú hangokra, és nem minden hangot képes meghallani, ha több hang szól egyszerre. Az elv itt is az, hogy ami nem hallható, azt elhagyják. A tömörítés akár 80% is lehet!

A Fraunhofer Intézetben 1987-ben indult a Digitális Hangátviteli Projekt, amely 1994-ig tartott. Ennek keretében fejlesztették ki az MPEG 1, 2-t, de innen került ki a Musicam, és az ASPEC is. Ezek mind veszteséges tömörítésű eljárások. Ezek jósága abban áll, hogy melyik tudja azonos idő alatt kevesebb bit átvitelével ugyanazt a minőséget elérni, és persze melyik igényel kevesebb tárolókapacitást.

Karlheinz Branderburg, Jürgen Herre, valamint munkacsoportjuk (jobbra) a Musicamből és az ASPEC-ből, valamint saját ötleteiből alkotta meg az MP3-at azzal a céllal, hogy elérjék azt a minőséget 128 kbps-os átvitellel, amit az MP2 tudott 192 kbps-on.

Az MP2 1993-ban indult hódító útjára, de két év múlva a megjelenő MP3 teljesen átvette az uralmat a neten, és tíz évig meg is tartotta azt. Születésekor annyira fejlettnek számított, hogy a zeneipar egyszerűen nem hitt a technológia használhatóságában. Még ma is minden valamirevaló audio vagy video eszköz képes MP3 lejátszására.

Természetesen itt is verseny alakult ki, nézzük a versenytársakat.

A WMA a Windows saját zenei formátuma. Veszteséges tömörítést használ. Bár jobb, mint az MP3, nem terjedt el olyan mértékben, mert mire megjelent, az MP3 már uralta a piacot. Jogdíjköteles (ahogy az MP3 is az, 1998 óta).

Az ATRAC veszteséges tömörítő a Sony terméke. 1999-ben, 2002-ben, és 2006-ban jelent meg új fejlesztésekkel. Nagyon jó minőségű tömörítő, a Sharp, és a Panasonic is megjelent saját ATRAC kodekkel. Ez azt jelenti, hogy eszközeik képesek megszólaltatni ATRAC-kal tömörített zenéket.

Musepack. Az MP2-nél jobb veszteséges tömörítő, nagy előnye, hogy nem jogdíjköteles.

A Vorbis a Xiph.org terméke. Létrejöttét annak köszönheti, hogy a Fraunhofer Intézet jogdíjat kezdett szedni az MP3-ért. 2002-ben jelent meg, és sokan állítják, hogy valóban alkalmas az MP3 leváltására. Egyre több számítógépes játék, hardvereszköz, lejátszó támogatja, sőt a Radio France is azt a tömörítési módot használja.

Ezeken kívül jelentős veszteséges tömörítők még a RealAudio, az AAC, amely az Apple által favorizált formátum, valamint a Dolby AC3.

Természetesen a vájt fülűek számára veszteségmentes tömörítő eljárások is léteznek, bár a mai eszközökön kényelmesen elfér bármely zene akár tömörítetlen wav fájlban is.

Az Apple itt is egyéni úton jár az ALAC eljárással. A RealPlayer is egyedi eljárást követ. A Windows WMA Lossless a Microsoft eljárása, de a legnépszerűbb, és egyben ingyenes az FLAC a Free Lossless Audio Codec. Ez utóbbi 30-50%-os tömörítésre képes.

Néhány lejátszó programot is felsorolok a teljesség igénye nélkül. Ilyenek a Bsplayer, RealPlayer, Winamp, Windows Media Player. Ezek minden jelentősebb formátumot kezelni tudnak.

Végezetül elégedettek lehetünk mérnökeinkkel. A gépeken megszólaló filmek, zenék ma már kitűnő minőségűek, és akár Interneten keresztül is hallgathatók. „Csorbítatlanul” is.