Конкуренты MP3. TwinVQ (VQF), MPEG-2 AAC

Автор: Дан Гьен

Введение.

Мы живем в эру МР3.
Нельзя сказать, что этот формат аудиосжатия легко пробился к массовому пользователю. На начальном этапе раскрутки Fraunhofer - фирма, создавшая МР3 едва не убила собственное детище не в меру поспешной жадностью (кстати, многие разработчики новых аудиоформатов, совершают ту же ошибку), но, увидев, что никто не желает платить деньги за кота в мешке, сделала единственно верный шаг – сделала этот формат открытым и бесплатным. Сказать, что после этого МР3 стал популярен – значит, ничего не сказать. Это был взрыв популярности! Этот аудиоформат столь резво пошедший в массы обладал по тем временам нереально высоким коэффициентом сжатия звука при достаточно высоком качестве воспроизведения и с легкостью покорял любого, кто имел отношение к компьютерам и любил слушать музыку. С молниеносной быстротой появилась целая индустрия МР3-сайты, которые занимались только МР3, производители программных и аппаратных проигрывателей музыки в МР3 формате, нелегальные распространители музыкальных композиций, более известные как пираты, первые додумавшиеся до выпуска дисков типа "все песни этой группы на одном диске". Невероятно возрос спрос на пишущие CD-R дисководы и диски под них. МР3 теперь всюду - это признанный звуковой формат. Его используют в играх, кодеки встраивают в операционные системы. Вот уже несколько лет МР3 на вершине популярности...

Но вот эйфория, вызванная его появлением, потихоньку прошла и стало ясно, что МР3 вовсе не безупречен. Несмотря на высокую степень сжатия размер файлов все же слишком велик, чтобы сделать МР3 по настоящему сетевым форматом, а качество bitrate 128 kbs столь любимого пиратами и народом настолько низкое, что огрехи при воспроизведении слышат не только продвинутые музыканты и меломаны, но и вполне рядовые пользователи. В свете этого возникла нужда в новых альтернативных более прогрессивных алгоритмах компрессии звука. И такие алгоритмы появились очень быстро. Некоторые из них начали разрабатываться практически одновременно с МР3 (например VQF), но по каким-то причинам вышли позже и упустили пальму первенства, некоторые алгоритмы разрабатывались и позиционировались разработчиками уже как замена МР3 (семейство MPEG-2 ААС), но еще не стали популярными из-за своего коммерческого характера и раздробленности на несколько несовместимых между собой форматов. Тем не менее, эти алгоритмы по своим возможностям и качеству во многом превосходят MP3.

В этой статье рассмотрены практически все основные конкуренты МР3 появившиеся за последнее время - от старейшего VQF до самого молодого аудиоформата OGG разработанного творческой группой Vorbis в 2000 году.

Формат аудиосжатия TwinVQ (VQF)

Этот формат по праву считается старейшим конкурентом MP3. Алгоритм аудиокомпрессии TwinVQ (Transform-domain Weighted Interleave Vector Quanization - векторное квантование с преобразуемыми доменами и взвешенным чередованием) был разработан японской фирмой Nippon Telegraph and Telephone Corp. (NTT), точнее, ее подразделением Human Interface Laboratories. Патент на использование этого формата принадлежит фирме NTT, которая первой представила на рынке программного обеспечения проигрыватели и кодеки TwinVQ. Эти программы можно найти по адресу http://www.jpn.net/software-e.html.

Лицензией на использование данного формата обладает так же всем известная фирма Yamaha, которая, собственно, и осуществляет на протяжении уже более чем двух лет основную поддержку и раскрутку формата VQF. Компания Yamaha, как всегда, подошла к делу очень добросовестно, и, можно сказать, что, предлагаемое ею программное обеспечение для создания и воспроизведения аудиокомпозиций VQF под торговой маркой SoundVQ, является лучшим для данного формата на текущий момент, как по дизайну, так и по качеству кодирования/декодирования звука. Загрузить SoundVQ можно по адресу http://www.yamaha-xg.com/english/xg/index.html. В процессе установки VQF плеера так же инсталлируются и подключаемые модули (plugin’s) для браузеров Netscape и IE позволяющие воспроизводить аудиокомпозиции в формате VQF непосредственно из сети Internet.

Кодер SoundVQ

Алгоритм TwinVQ позволяет сжимать оцифрованные аудиопотоки со степенью сжатия до 1:20. Этот формат по основным концепциям, используемым при компрессии аудиоданных, сильно напоминает MP3, но при этом используется совершенно иная психоакустическая модель. Соответственно и выбор "нужных" и "ненужных" звуков осуществляется по совершенно иным критериям. Размер файлов VQF в среднем на 30-35% меньше, чем MP3, при примерно одинаковом качестве звука. Так, например, качество звучания потока TwinVQ при bitrate 96 Кбит/с практически идентично качеству звучания потока MPEG-1 Layer III (при bitrate 128 Кбит/с) и семейству MPEG-2 AAC (при bitrate 96 Кбит/с). Алгоритм TwinVQ позволяет также как и MP3, производить декодирование и воспроизведение потока непосредственно при его получении (stream playback). Но если композиция в формате VQF и не докачается, то ее все равно можно прослушать до места обрыва.
Как показали тесты, как программные, так и акустические, с использованием живых тестеров, VQF превосходит МР3 по всем параметрам в нижней области звукового спектра, но проигрывает последнему в области верхних частот. На частотах выше 15 кГц, VQF на 2-3 дБ уступает MP3. При всем при этом, VQF вносит гораздо меньшее искажение формы сигнала в композициях с большим динамическим диапазоном (реальная музыка).

Такое высокое качество при сравнительно низком bitrate достигается благодаря использованию более совершенных алгоритмов сжатия, но при этом резко возрастает загрузка процессора, как при кодировании, так и при декодировании аудиофайлов. Кодеки TwinVQ при компрессии аудиоданных работают, как правило, в 5-10 раз медленнее, чем кодеки MPEG Layer III. При декодировании файлов VQF проигрывателем, загрузка процессора на 30 - 40% выше, по сравнению с декодированием MP3. Соответственно минимальные требования к конфигурации компьютера для TwinVQ гораздо выше чем для MP3. Так, немногочисленные уже владельцы 486 машин могут забыть о существовании формата VQF и продолжать использовать некоторые высокоскоростные кодеки MP3. В качестве стартового условия для качественного проигрывания аудиокомпозиций в формате VQF нужен как минимум процессор Pentium-90, но более оптимальным решением будет Pentium-200 MMX, так как на более медленных процессорах вы сможете лишь слушать музыку и ничего более, что бы не вызвать у компьютера заикания. При компрессии аудиофайлов в формат VQF так же сказывается высокая ресурсоемкость алгоритма TwinVQ. Несмотря на то, что в качестве минимального условия разработчики называют процессор Pentium-66, разумнее будет выбрать более высокоскоростной процессор, так как даже на Pentium-200 MMX кодирование 4-х минутной аудиокомпозиции с максимальным приоритетом (курсор мышки движется рывками) занимает не менее 20 минут машинного времени. Это гораздо больше, чем при кодировании MP3, но что поделаешь, более высокая степень компрессии требует больших затрат времени. Сравните например время сжатия архиваторов ZIP и RAR, аналогия очевидна.

Помимо более высокой загрузки процессора при кодировании/декодировании аудиофайлов, для формата VQF характерна очень медленная перемотка, которая реализуется за счет быстрой распаковки файла.

Формат VQF поддерживает bitrate от 8 kbs до 48 kbs на канал (соответственно максимальный bitrate для стереокомпозиций составляет 96 kbs). Поддерживается кодирование с переменным bitrate. Из не стандартных по сравнению с МР3 возможностей можно назвать поддержку несимметричных bitrate, например один канал может кодироваться с bitrate 10 kbs, а другой с bitrate 11 kbs.

Наработки TwinVQ совместно с AAC используются в звуковой части новейшего стандарта видеосжатия MPEG-4.

На текущий момент в Интернет существует достаточно много аудиокомпозиций в формате VQF, но по сравнению с MP3 это, конечно капля в море. Тем не менее, этот формат превосходно подходит для того, чтобы уменьшить свою частную коллекцию аудиозаписей на треть практически без потери качества. Впрочем, на VQF свет клином не сошелся, существуют и гораздо более перспективные и качественные форматы, о которых речь пойдет далее.

Аудиокомпозиции в формате VQF, кодеры и плееры можно взять по адресам www.vqf.com, vqcentral.com

Homeboy AAC

Это самый первый общедоступный кодер использующий алгоритмы AAC. К сожалению в процессе модификации авторами бали допущены ряд досаднейших ошибок. Кодек получился очень тормозным, постоянно зависал и зачастую давал выходной файл с выпадающими частотами и искажениями, легко слышимыми даже неопытным ухом.

Именно этот кодек дал повод поклонникам MP3, вернее наиболее консервативной их части, считающих, что "лучше MP3 ничего нет и не надо", заранее похоронить AAC, объявив этот формат малоперспективным. Но даже несмотря на вопиющие недостатки, были и у HomeBoy AAC кое какие плюсы. Так, в комплекте с кодеком поставлялся самый первый проигрыватель AAC файлов BitAAC отличающийся высокой скоростью и приятным интерфейсом. Но главное - впервые при использовании алгоритмов AAC было достигнуто качество MP3 128 kbs но гораздо более низких bitrate. Уже только за это HomeBoy AAC заслуживает упоминания, как и любой из первопроходцев.

Сейчас этот формат уже практически не развивается, последняя версия кодека вышла довольно давно. Но до сих пор появляются бесплатные, так называемые freeware кодеры AAC, которые на самом деле являются разнообразными интерфейсами к кодеку HomeBoy AAC, начиная с интерфейса командной строки и заканчивая графическими оконными интерфейсами под Win9x. Так один за другим вышли 6 практически одинаковых MP3-AAC преобразователей, имеющих в качестве ядра кодек Homeboy AAC версии 0.5.

Помимо этих поделок, создаваемых с одной целью - завлечь людей на свои сайты, больше Homeboy AAC нигде не используется и считается мертвым форматом. В Internet нет какого-либо запаса композиций сжатых этим кодеком, если не считать несколько демонстрационных фрагментов. Практически на всех сайтах занимающихся освещением программ компрессии аудиокомпозиций исчесзли ссылки на кодек Homeboy AAC, кроме разве что www.mp3.com, где вообще коллекционируют любые программы аудиосжатия, которые когда - либо выходили, так же как 3Dnews коллекционирует Detonator`ы для тестеров.

Отсутствие аудиокомпозиций в этом формате, огрехи кодирования и прекращение выпуска новых версий кодека, сделали формат Homeboy AAC крайне не популярным в среде компьютерных меломанов, тем более что есть гораздо более удачные реализации алгоритмов MPEG-2 AAC.

AT&T a2b AAC

Компания AT&T являлась одним из крупнейших инвесторов, вложивших свои деньги в разработку алгоритмов MPEG-2 AAC. Сперва алгоритмы сжатия звука интересовали компанию AT&T только как средство для компрессии записанной голосовой информации, передаваемой затем по цифровым телефонным сетям. Но, оценив затем все те выгоды, которые сулил быстрый выход на рынок новейших средств компрессии аудиоданных, особенно в области коммерческого распространения музыки по сети Internet, компания AT&T забрала причитающиеся ей, как инвестору исходные коды формата MPEG-2 AAC и пустилась в самостоятельное плавание.

С этой целью было создано отдельное подразделение компании, которое занималось разработкой собственного формата компрессии аудиоданных базирующегося на алгоритмах MPEG-2 AAC и его дальнейшим продвижением. Этот формат получил название a2b.

В формат AAC был внесен целый ряд изменений. Так, основной упор был сделан на улучшение качества, но как следствие, при этом уменьшилась степень компрессии аудиоданных. Можно сказать, что a2b - это формат с самой низкой степенью сжатия из всего семейства AAC. Так, по степени сжатия a2b AAC, конечно превосходит МР3, но на 15-20% уступает VQF, другим форматам семейства AAC и форматам аудиосжатия PAC и OGG от Vorbis, которые будут рассмотрены в дальнейшем.

Плеер A2B

Но при этом, что удивительно, инженерам AT&T так и не удалось добиться какого-то исключительного качества. Да качество звучания a2b с bitrate 96 kbs существенно лучше, чем качество МР3 с bitrate 128 kbs, но однозначно хуже, чем у форматов Liquid Pro AAC, Astrid/Quartex и PAC с bitrate 96 kbs.

Помимо изменения соотношения размер/качество, в формат a2b были внесены такие новшества, как возможность включения текста песни и изображений (например, обложка альбома, фотография исполнителя и т.д.) внутрь аудиофайла. Так же впервые появилась возможность создавать самовоспроизводящиеся аудиокомпозиции, т.е. аудиофайл преобразуется в запускаемый .exe файл, в который включается необходимый для воспроизведения декодер, при этом размер файла возрастает примерно на 170-180 Kb.

Надо сказать, что не все эти нововведения являются уникальными. Так возможность вставлять текст и картинки в аудиофайл присутствует так же в форматах Liquid Pro AAC и PAC. Более того, такую возможность поддерживали даже некоторых наиболее продвинутые плееры МР3, правда описания и картинки хранились не в теле аудиокомпозиции, а в отдельном файле, но так даже пожалуй и удобнее. Так что a2b в этой области вовсе не первопроходец.

Следует так же упомянуть о том, что компания AT&T совершила поступок, который характеризует ее далеко не с лучшей стороны. Она попыталась, ни много, ни мало, как запатентовать и запретить к использованию все составные части своего формата a2b, включая и и алгоритмы MPEG-2 AAC, мотивируя свой поступок тем, что дескать являлась крупнейшим спонсором проекта. Уже одной этой попытки достаточно, чтобы вызвать справедливое негодование у любого компьютерного меломана.

Если бы компании AT&T удались бы ее "наполеоновские планы" по части присвоения себе разработок института Fraunchofer, то это сделало бы ее монополистом в этой области и загнало бы все остальнае аудиокодеки базирующиеся на алгоритмах AAC в подполье. В то время как уже довольно давно существует общеизвестная сентенция о том, что здоровая конкуренция - двигатель прогресса. Именно в стенах конкурирующих фирм и рождаются шедевры научно-технической мысли. Ели бы AT&T победила, то формат AAC просто перестал бы развиваться. Какой смысл делать продукт лучше, если все равно альтернативы нет.

К счастью, суд не поддержал непомерные запросы AT&T, патенты были выданы только на те нововведения, которые были сделаны в a2b путем модификации стандарта MPEG-2 AAC.
Сделав упор именно на коммерческом распространении аудиозаписей, компания AT&T обрекла свой формат на угасание и смерть. Да, звукозаписывающие компании в восторге - все 100% существующих композиций в формате a2b, которые предлагает AT&T лицензированы и оплачены. Но при всем при этом ни один из звукозаписывающих гигантов и пальцем не пошевелит, чтобы помочь AT&T, по-видимому полагая, что такая крупная компания в помощи не нуждается. Для пользователя же платить деньги за скачиваемую музыку при наличии уже существующего, раскрученного и совершенно бесплатного формата МР3 совершенно неприемлемо и просто абсурдно. Вот и получилась ситуация, когда жадность разработчиков погубила созданный ими же формат. Но в отличие от создателей МР3, осознавших свою ошибку и сделавших формат бесплатным, AT&T вовсе не собирается делать a2b общедоступным, ограничиваясь подачками в виде бесплатных free композиций, которые можно скачать с сайта поддержки этого формата. Так же обещается появление носимого миниплеера, который сможет работать с файлами a2b.

Но отсутствие общедоступного кодека и ничтожно малое количество аудиокомпозиций в формате a2b, по сравнению с MP3, делают этот формат совершенно неконкурентоспособным, особенно на фоне многочисленных конкурентов, продукты которых обладают гораздо более высокими показателями.
Основная информация, плеер, а так же немногочисленные композиции в формате a2b находятся по адресу www.a2bmusic.com.

Liquid Pro AAC

Молодая, малоизвестная фирма Liquid Audio в тесной кооперации с институтом Fraunchofer сумела создать формат аудиокомпрессии, который во всех тонкостях следовал алгоритмам MPEG-2 AAC и, помимо этого, содержал ряд нововведений. В результате этого сотрудничества на свет появился формат аудиосжатия Liquid Pro AAC, файлы которого имеют расширение .LQT. Без преувеличений можно сказать, что этот формат обладает самым высоким качеством из всех кодеков базирующихся на алгоритмах MPEG-2 AAC, а так же самым лучшим соотношением размер/качество. При всем при этом формат непрерывно развивается. На текущий момент вышли уже пятые версии кодера и плеера, что является своеобразным рекордом для кодеков семейства AAC. Все дефекты звучания и баги программ обнаруженные пользователями немедленно исправляются в новых версиях. Помимо этого компания Liquid Audio непрерывно работает над улучшением своего и без того замечательного кодека и уменьшением размера файлов LQT.

Плейер Liquid Audio

Звучание аудиокомпозиций сжатых Liquid Pro AAC, признанно лучшим из всех кодеков базирующихся на алгоритмах AAC. Так в тестировании, организованном "MPEG organization" группе профессиональных экспертов в области звука было предложено отличить на слух оригинальную CD-композицию и ту же композицию сжатую Liquid Pro AAC с bitrate 256 kbs. 80% экспертов не смогли найти разницы, для VQF и MP3 этот процент стремится к нулю. Liquid Pro AAC с bitrate 96 kbs, звучит качественнее других AAC кодеков с тем же bitrate и однозначно лучше чем MP3 с bitrate 128 kbs.

К сожалению маркетинговая политика Liquid Audio мало чем отличается от политики AT&T, то есть разработчики опять хотят заработать быстрее, чем пользователи оценят их продукт. Но есть одно важное отличие от a2b, аудиокомпозиции в формате LQT являются свободнораспространяемыми и каждый купивший кодек вполне может их раздавать направо и налево кому угодно, впрочем, на свой страх и риск, как и MP3. Так же была выпущена демонстрационная триал-версия кодера, которая через определенное количество времени самоуничтожалась, и все аудиокомпозиции сжатые этим кодером становились нечитаемыми. Но хакеры быстро обошли защиту программы. Так что на текущий момент можно считать, что общедоступный, хотя и не вполне легальный кодек Liquid Pro AAC существует.

Информацию, плеер и демоверсию кодека Liquid Pro AAC можно получить на сайте www.liquidaudio.com.

Astrid/Quartex AAC

Этот стандарт, в отличие от всех остальных, создан не большими компаниями, а одним единственным программистом.

Никому не известный, скромный (даже имени своего не вставил в кодек) программист сумел сделать кодек превосходящий по качеству практически все коммерческие AAC кодеки, за исключением разве что Liquid Pro AAC.

Этот кодек возник внезапно. 12 сентября 1998 года на некоторых форумах и IRQ- каналах появилось приглашение протестировать новый кодек находящийся в сети по адресу www.geocities.com/ResearchTriangle/Facility/2141/.
Уже тогда добровольных тестеров удивила очень высокая степень сжатия, при отличном качестве звука, которую предоставлял новоявленный формат. Но по настоящему этим форматом заинтересовались лишь тогда, когда автор написал декодирующий модуль для очень популярного плеера K-Jofol.
Интересно, что при использовании кодер Astrid/Quartex AAC выдает сообщение, что при его разработке использованы MPEG-4 ISO sources, то есть исходники новейшего стандарта видеосжатия, а аудиочасти которого действительно используются алгоритмя AAC вместе с VQF. Правда сам автор утверждает, что это шутка. Похоже, что это действительно шутка, так как институт стандартов ISO официально заявил, что общедоступных исходных кодов MPEG-4 ISO нет и в ближайшем будущем не будет.

Как же попали алгоритмы MPEG-2 AAC (или MPEG-4) в руки частного лица?
Возникают три версии.

Первая версия (самая невероятная) - программист дизассемблировал AAC кодек и на основе анализа кода написал свой собственный кодер/декодер.
Вторая версия (наиболее вероятная) - программист является одним из бывших или нынешних разработчиков формата AAC(или MPEG-4), которому надоело наблюдать за тем, что его детище становится форматом для избранных имеющих деньги, и он решил сделать его общедоступным.
Третья версия - исходники формата AAC (или MPEG-4) были украдены из стен любой из организаций занимающихся собственными разработками на основе этих форматов.

Так или иначе, но к создателю Astrid/Quartex AAC очень трудно предъявить какие-либо претензии, так как его формат изначально является некомерческим, общедоступным и не служит для личного обогащения автора формата.

Итак имеется бесплатный общедоступный кодер, такой же бесплатный общедоступный плеер, высокая степень сжатия и отличное качество звука - все слагаемые успеха. И действительно, хотя Astrid/Quartex AAC самый молодой из всех AAC кодеков, однако уже добился популярности несравнимой со всеми остальными. Появились уже целые сайты занимающиеся музыкой только в этом формате.

Конечно, и у этого кодека есть недостатки, так последняя на текущий момент версия Astrid/Quartex AAC 0.2 поддерживает только 3 bitrate 64, 96 и 128 kbs и требует в качестве исходного файла только WAV 44 KHz, 16 bit PCM. Но, как уже говорилось этот кодек обеспечивает высокое качество звука (лишь не намного уступающее Liquid Pro AAC) и высокую степень сжатия гораздо большую чем у МР3, ппри всем при этом за него не надо платить, поэтому многие охотно используют Astrid/Quartex AAC кодек и с нетерпением ожидают новых улучшенных версий.

Кодек Astrid/Quartex AAC версии 0.2 можно скачать по адресу ftp://195.90.131.137/pub/www.3dnews.ru/soft/aacenc02.zip