Sakaru Pasaule - Žurnāls par
modernām komunikācijām

  
  


Atpakaļ Jaunais numurs Arhīvs Par mums Meklēšana

MP3 — miljonu draugs. Attīstības vēsture

   

MP3 — saīsinājums no MPEG (Moving Picture Experts Group) Layer3 — ir viens no audiosignāla pārraides un uzglabāšanas ciparu formātiem. MP3 izstrādāts jau samērā sen — 1987. gadā Eiropas Digitālās raidīšanas jeb DAB (Digital Audio Broadcasting) projekta EU 147 ietvaros. Vācu kompānijas Fraunhofer-Gesellschaft un Erlangenas universitātes sadarbībā tika radīts ļoti jaudīgs audio un video signāla kompresijas algoritms — standartizēts kā ISO-MPEG Audio Layer3 (IS 11172-3 un IS 13818-3). MP3 ir datu plūsmas formāts. Tas nozīmē, ka datu pārraide notiek, raidot atsevišķas paketes — tātad kodējot izejas signālu, to sadala blokos jeb kadros un kodē atsevišķi. Dekodēšanas procesā signāls tiek formēts, dekodējot saņemtos secīgos kadrus. Šāda veida signāla sadalīšana ir būtiska pārraides procesā, ja traktā ir traucējumi. Uztverošajā galā signālu iespējams atjaunot ar jebkuru saņemto jauno kadru. Klasiskajā — lineārā PCM (Pulse Code Modulation) skaņas ciparu kodēšanas standartā— izmanto galvenokārt 16 bitu kvantēšanas soli (profesionālajos skaņu ierakstos gan pēdējā laikā notiek pāreja uz 24 bitiem, tā samazinot signāla trokšņu līmeni) un diskretizācijas frekvence ir vairāk nekā divas reizes lielāka par audiosignāla joslas platumu. Kompaktdiska standartam, kas skaņas kvalitātes ziņā ir pieņemts atskaites punkts, ir 16 bitu kvantēšanas solis un 44,1 kHz diskretizācijas frekvence. Šādi kodēts piecu minūšu garš stereoaudiofails uz datora cietā diska aizņem aptuveni 50 MB. Lai reālā l aikā pārraidītu šādi modulētu signālu, ik sekundi nepieciešams datu plūsmas ātrums 1,411 Mbit/s. Izmantojot MPEG audiosignāla kodēšanu, iespējams līdz pat 12 reizēm samazināt datu plūsmu un līdz ar to sakaru joslas kanāla platumu, praktiski saglabājotCD kvalitāti (uzreiz piebildīšu, ka reāli skaņas kvalitāte tomēr pasliktinās — tā uzskata arī profesionāļi). 1. tabulā norādīts audiosignāla datu pārraides kanāla joslas platums, izmantojot MPEG audiokompresijas algoritmus. Skaņai tiek saglabāta CD kvalitāte. Atsakoties no stereoefekta un samazinot audiosignāla frekvenču diapazonu, kodēšanas algoritmi ļauj vēl vairāk samazināt datu pārraides joslas platumu, tomēr paturot katrā konkrētā gadījumā pieņemamu skaņas kvalitāti. Te visefektīvākais bez šaubām irMPEG Layer3. 2. tabula ilustrē MPEG Layer3 veiktspēju. Atbilstoši kompresijas pakāpei, samazinās arī MPEG kodēta audiosignāla datu apjoms. MP3 kodēts (128 kb/s) piecu minūšu garš skaņas fails aizņem uz datora cietā diska tikai aptuveni 5 MB. Diemžēl MPEGkodētu signālu pārraides procesā vērojama aizture, kas ir diezgan būtiska. Metode Aiztures ilgums: Layer1 20-50 ms Layer2 35-1000 ms Layer3 60-150 ms MP3 kompaktums salīdzinoši ar CD audio, ja skaņas kvalitāte ir līdzīga, tiek panākts, izmantojot papildu datu kvantēšanu pēc noteiktas shēmas, kas palīdz minimizēt kvalitātes zaudējumus. Tiek ņemtas vērā arī cilvēka dzirdes akustiskās īpatnības, to skaitā maskēšanas efekts. Tas nozīmē, ka cilvēka auss nedzird klusāku skaņu ar vienu frekvenču spektru, ja tam blakus ir stiprāks signāls ar citu spektru. Tāpat izmanto to, ka lielākā daļa cilvēku nedzird skaņas, kuru jauda atrodas zemāk par noteiktu līmeni (dažādām frekvencēm tas ir dažāds). Kopumā MP3 tiek izmantota tā saucamā adaptīvā kodēšanas sistēma, kas ļauj ietaupīt uz cilvēkam mazāk uztveramām skaņas niansēm. Derētu arī precizēt terminoloģiju. Layer1, Layer2 un Layer3 atšķiras ar kodēšanas komplicētību — pēdējā ir jaunākā un sarežģītākā. MPEG1 un MPEG2 ietver gan Layer1, gan Layer2, gan Layer3. MPEG1 irmono vai stereo signāla kodēšana ar diskretizācijas frekvencēm 32, 44,1 un 48 kHz. MPEG2 ir papildināts ar jaunām diskretizācijas frekvencēm — 16, 22,05 un 24 kHz, kas ļauj samazināt datu plūsmu līdz pat 8 kb/s. MPEG2 ietver arī daudzkanālu paplašinājumuDVD vajadzībām. Tas ļauj adresēt skaņas surround aplikācijas (kreisais kanāls, labais kanāls, centrs, kreisais surround, labais surround), un papildus zemfrekvences pastiprināšanu — LFE (Low Frequency Enhancement) vai skaņas kanālu subwoofer signālam. Daudzval odu atbalsts (multilingual extension) ļauj ietvert līdz pat septiņiem audiokanāliem. Pastāv arī MPEG2.5 — tam papildus ir iespējamas 8, 11,025 un 12 kHz diskretizācijas frekvences. MPEG Layer3 tātad ir pilnīgākā šāda tipa kodēšanas sistēma, kas tieklieliski izmantota arī MPEG video, jo ir speciāli paplašināta ar kustīga attēla kodēšanai nepieciešamām opcijām. MPEG Layer3 ir pēdējā laikā tik lielo popularitāti ieguvušais MP3. Ievērības cienīgs ir tas, ka MP3 nosaka nevis precīzu skaņas kodēšanas algoritmu, bet pamatprincipus — tātad pastāv vairāki dažādi MP3 koderi un dekoderi, kuru lietojums atkarīgs no konkrētām prasībām. Platākā datu plūsmā (mazāka kompresijas pakāpe) ir svarīgi pēc iespējas korektāk aprakstīt oriģinālo signālu un minimizēt kļūdudaudzumu, bet šaurā datu plūsmā (liela kompresijas pakāpe) tiek izmantoti dažādi skaņu uzlabojoši algoritmi. Arī — jo labāku vēlamies kodēšanas kvalitāti, jo ilgāk norit pats MP3 kodēšanas process, jo nepieciešams jaudīgāks signāla apstrādes procesors.

Izplatība

Apmēram pirms trim gadiem internetā sāka parādīties MP3 formātā kodēti skaņas faili, kuru izplatība un daudzums strauji palielinājās, ātri tika radīta virkne MP3 atskaņotāju (nelielu datorprogrammu veidā). Entuziasti sakompresēja un ievietoja savās mājas lapās mūziku no jaunākajiem kompaktdiskiem, kuri tā kļuva pieejami visplašākajai auditorijai. Diemžēl jaunā tehnoloģija radīja lielas iespējas mūzikas pirātismam un autortiesību pārkāpumiem. Draudus legālajam mūzikas tirgum tūlīt saskatīja arī lielās ierak stu kompānijas, kuras sāka cīņu pret nekontrolēto augstas kvalitātes ierakstu izplatīšanos. Amerikāņu skaņu ierakstu industrijas asociācija RIAA (Recording Industry Association of America) daudzu lielo firmu vārdā sāka kampaņu pret jauno pirātisma veidu. 1998. gadā tika apturēta pirmā portatīvā MP3 formāta pleijerīša Diamond Rio PMP300 ražošana. Tajā pašā gadā izveidoja Ciparu mūzikas aizsardzības iniciatīvas grupu (SDMI), kurā ietilpst RIAA, Japānas skaņu ierakstu industrija, Starptautiskā skaņu ierakstu r ūpniecības federācija, lielākās mūzikas ierakstu kompānijas (Universal, BMG, Sony, EMI un Warner) un lielākie šīs nozares rūpniecības pārstāvji, kā arī Microsoft. Grupas galvenais uzdevums — pārliecināt aparatūras un programmu ražotājus izstrādāt tehnoloģijas tā, lai nebūtu iespējams nelegāli kopēt datoros no interneta un CD ciparu formātā labas kvalitātes mūziku un to neierobežoti izplatīt. Darbs turpinās, turpinās arī tehnikas attīstība, bet tikmēr MP3 popularitāte arvien palielinās. Pēc statistikas datie m, katru dienu no interneta personālajos datoros tiek ielādēti vairāk nekā 17 miljoni MP3 failu — popularitātes ziņā tas ir otrajā vietā pēc seksa. Lai gan pastāv vēl citi skaņas pārraides standarti, internetā 98 procenti mūzikas pašlaik ir MP3 formātā.

Kas ir nepieciešams

Lai izmantotu iespējas, ko sniedz MP3, ir nepieciešams dators ar skaņas karti un skaļruņiem (PC vai Macintosh) un interneta pieslēgums. Datoram nav jābūt sevišķi jaudīgam — pietiekams ir Pentium 100 MHz, bet interneta pieslēgums gan — jo ātrāks, jo labāks. Principā pietiek ar modemu, kurš nodrošina 28 kbit/s, vienīgi tad failu ielāde būs samērā ilgstošs process, bet, ja ir 2 Mbit/s radiopieslēgums, MP3 failu iegūšana nekādas problēmas nesagādās. Vēl nepieciešams kāds no MP3 pleijeriem (piemēram, Winamp, XingMP3 Player vai RealJukebox). Daudzi no tiem internetā iegūstami par velti, un lielākā daļa atbalsta arī virkni citu skaņas standartu. Tā kā MP3 formāta skaņa aizņem salīdzinoši nelielu datu apjomu, 8,4 GB cietajā diskā bez problēmām ie spējams uzglabāt kvalitatīvus ierakstus pat 100 stundu apjomā. Ja vēlaties iegūt MP3 no audio CD, vispirms nepieciešma kāda no programmām, kas ļauj kompaktdiska celiņus ierakstīt datorā wav failu veidā (piemēram, Audiograbber, CD Copy, WinDAC32 vai Audio Catalyst), pēc tam kāds no MP3 failu koderiem (amp3enc, Audio Active Production Studio-Lite). Viena no populārākajām mājas lapām, kurā tiek piedāvāta visa veida informācija par MP3, ir http://www. mp3.com, tai ir samērā stabila piekļuve unplašs (vairāk nekā 7 miljoni) legālo mūzikas failu piedāvājums.

MP3 atskaņotāji

Pašlaik vispopulārākais MP3 failu atskaņotājs ir Winamp (http://winamp. com). Tas atbalsta arī virkni citu skaņas formātu failus, to skaitā wav, mod, mid, wma, mp1, mp2, voc,xm, it un daudzus citus, arī CD audio. Šīs programmiņas ārējo izskatu ir viegli mainīt ar tā saukto apvalku (skins) palīdzību, kuru skaits jau sniedzas pāri tūkstotim. Papildus ir izmantojamas palīgprogrammas (plug-ins), kas uz datora monitora veido dažādas animācijas atkarībā no skanošās mūzikas spektra un citiem parametriem. Šai programmai ir visplašākās modifikācijas iespējas, kuras izmantojot lielā daudzumā, diemžēl pats Winamp kļūst nestabils un jūtami sāk patērēt pat jaudīga datora resursus. Kopumāgan jāsecina, ka Winamp ir diezgan ērti lietot, turklāt internetā to var iegūt bez maksas. Lieliski izstrādāta un ērta ir programma Sonique (http://www.sonique.com). Tā atbalsta arī wma, wax, asf, asx, in, xm, s3m, it, mod, mp2, mp1, m2a, mpa, wav, pls, pl, m3u, sgf failu standartus. Tai ir diezgan savdabīgs vizuālais interfeiss un daudz skinu un pluginu. K-Jofol (http://www.kjofol.org) ir stabila darbībā un maz datora resursus patērējoša programma, interfeiss ir vienkāršs un uzskatāms. Tai ir 32 joslu ekvalaizers. Atbalsta šādus skaņas failu tipus: aac, bp, bp3, fc, fc13, fc14, fc3, fc4, m3u, mod, mp3, pls, vql, wav, kā arī CD audio. Tāpat kā citām jaunajām programmām iestrādātas vizuālā interfeisa iespēju izmaiņas, lietojot daudzos plug-ins un skins. Noteikti jāpiemin MP3 radītāja kompānijas Fraunhofer jau pasen izgatavotais Winplay3, kas ir izcili vienkāršs (http://www.iis.fhg.de/audio) un atskaņo mp3, mmp un m3u standarta failus. Vienkārša un ļoti uzskatāma programma MP3failu atskaņošanai ir Destiny Media Player (http://www.radiodestiny.com), kas atbalsta arī wav, mid, asf, wma un CD audio, kā arī avi un mpeg (video) formātus. Korporācija Xing Technology (http://www.xingtech.com) ir ne tikai izgatavojusi MP3 failu atskaņotāju, bet arī ieguldījusi ne mazumu pūļu MP3 kodera algoritma un citu skaņas izstrādājumu izveidē. XingMP3 Player izceļas ar stabilu darbību un ērtu lietošanu. Kompānija piedāvā arī AudioCatalyst — pilnīgu programmu MP3 failu kodēšanai no CD vai wav failiem. Internetā par brīvu iegūstamā demoversija gan ir ar ierobežotām iespējām. MusicMatch Jukebox (http://mmjb. musicmatch.com) ir daudzveidīga programma ar iespējām atskaņot un pašam veidot MP3 failus. Par velti iegūstamā demoversija gan ļauj kodēt MP3 ar maksimālo datu plūsmas ātrumu 96 kbit/s. Ja vēlaties labāku kvalitāti, programma piedāvā papildināšanas iespējas par 29,99 USD. Audioactive Player (http://www. audioactive.com) pēc izskata ir pavisam vienkāršs mp3, m3u un swa failu atskaņotājs. Ražotājs piedāvā uz vienu mēnesi par brīvu izmēģināt programmu Audioactive Prodaction Studio-Lite, kas ļauj veidot no wav failiem MP3 failus ar maksimālo datu plūsmu 128 kbit/s. Interesants un ērts ir kalkulators, ar kura palīdzību var aprēķināt precīzu MP3 faila apjomu baitos, ja zināms wav faila garums un datu plūsmas ātrums. Var teikt, ka šīm programmām nav itin nekā lieka. Audioactive Player patērē tik maz sistēmas resursu, ka ar to MP3 failus iespējams klausīties pat uz datora ar procesoru 486 DX 100 MHz. No CD audioceliņu kopētājprogrammām interesanta ir Audiograbber (http://www.audiograbber.com-us.net vai http://www.dezines.com./audio). Vispirms jau ar to, ka tās interfeiss pieejams arī latviešu valodā. Ar šo programmu iespējams ne tikai kopēt audio CD saturudatora cietajā diskā wav failu veidā, bet arī kodēt tos uzreiz MP3 formātā. Internetā pieejamajā bezmaksas versija ļauj kopēt uzreiz pusi no nejauši izvēlētiem audio CD celiņiem, tātad, lai nokopētu visu CD, nepieciešams programmu vairākas reizes pārstartēt. Profesionāla un pietiekami sarežģīta ir programma CDCopy (http:// www.cdcopy.sk vai http://www.cdcopy. actadivina.com vai http://www.shareit.com/programs/100863.htm). Tai ir ļoti plašas izmantošanas iespējas, bet internetā pieejamā bezmaksas versija ir ar ierobežojumiem. Internetā pieejamā WinDAC32 (http://www.windac.de) ir vienkārši lieliska, lai no CD audio kopētu wav failus (formāts — 16 biti, 44,1 KHz, stereo), šīs funkcijas veikšanai nav nekādu ierobežojumu. Neko vairāk arī bezmaksas versija nepiedāvā. MP3 failu kodēšanai no wav failiem ļoti ērta un vienkārša ir bezmaksas programma AMP3ENC2. Tā ļauj izveidot MP3 failus ar 14 dažādām datu plūsmām, sākot no 32 kbit/s līdz 320 kbit/s. Iespējams arī izvēlēties vēlamo koderi. Lieliska ir CDex, kas tiek piedāvāta kā izmēģinājuma jeb beta versija. Tā ļauj CD celiņus kopēt gan wav, gan MP3 failu veidā, izmantojot dažādus koderus. Programma ir ar plašām iespējām un ērta lietošanā. Šo un citu programmu iegūšanai varu ieteikt internetā: http://www. tucows.com, http://www.download.com vai http://www.shareware.com. Lielākā daļa programmu ir paredzētas darbam gan Microsoft Windows 95/98, gan Windows NT vidē, un gandrīz visas uzskata, ka katram normālam cilvēkam ar datoru jau nu noteikti ir kārtīgs un lēts interneta pieslēgums.

Portatīvie MP3 pleijeri

MP3 portatīvajiem pleijeriem, kas ir nedaudz līdzīgi kasešu atskaņotājiem, komplektā nāk līdzi programmas MP3 failu ielādei no datora (izmantojot paralēlo vai USB portu) vai ierakstam no CD un uzglabāšanai atmiņas mikroshēmās. MP3 pleijerī ierakstītās mūzikas apjoms vispirms ir atkarīgs no šo atmiņas mikroshēmu ietilpības, lielākajai daļai modeļu tā ir 32 MB. To parasti var palielināt ar papildu atmiņas kartēm (SmartMedia), kuras var nopirkt atsevišķi. Tātad 32 megabaitos var ierakstīt 35 minūtes MP3 mūziku ar datu plūsmu 128 kbit/s, bet vesela kompaktdiska saturu — diemžēl tikai ar kvalitāti 64 kbit/s. Tā kā MP3 pleijerim nav kustīgu elementu, tā skanējumu neietekmē vibrācijas un triecieni. Praktiski visiem ir tembra regulatori ar standarta opcijām, piemēram, POP, JAZZ, ROCK utt., bet jaunākajiem modeļiem skanējuma koriģēšanas iespējas ir plašākas. Jaunākās paaudzes aparāti ir ar lielāku atmiņas ietilpību, dažiem ir iebūvēts diktofons vai radiouztvērējs, parādījušies arī automašīnāmparedzēti modeļi. Portatīvo MP3 atskaņotāju cenas ir aptuveni no 200 līdz 300 USD. Diamond Rio PMP300 ir pirmais portatīvais MP3 failu atskaņotājs. Tam ir 32 MB pamata atmiņa ar paplašināšanas iespējām un pavisam nelieli gabarīti (6,5x9x2 cm), kā arī ērta vadība. Skaņas kvalitāte austiņās nav diez ko izcila, bet kā pirmais tirgū tas ir ieguvis lielu popularitāti. Diamond Rio PMP500 jau ir otrās paaudzes modelis, kura pamata atmiņa ir 64 MB (ar paplašināšanas iespēju). Savienošanai ar datoru tiek izmantots daudz ātrākais USB ports, līdz ar to tiek nodrošināta savietojamība arī ar Macintosh datoriem. Tam ir plašs un daudzveidīgs datorprogrammu nodrošinājums, uzskatāms informatīvais displejs, kā arī lielas programmēšanas iespējas. Nelieli gabarīti (6x9x2 cm), skaņas kvalitāte jau diezgan tuva CD skanējumam. Pavisam elegants un ultramoderns izskatās Elex JazPiper. Tam ir 32 MB pamata atmiņa (ar paplašināšanas iespēju) un iebūvēts mikrofons, ar kuru iespējams divas stundas garš balss ieraksts diktofona kvalitātē. Šo ierīci var izmantot arī kā piezīmju grāmatiņu, kuras ietilpība ir 250 telefona numuru. Tā 10 stundu darbību spēj nodrošināt divas AAA tipa baterijas. Gabarīti nelieli (6,5x9x2 cm), bet par skanējumu jāsaka — tas nav nekas izcils. Arī datoru skaņu karšu ražotājlīderis Creative nesen ir sācis ražot MP3 portatīva atskaņotāja modeli — Nomad (pastāv 32 un 64 MB versijas), kuram ir FM radiouztvērējs, USB ports, kā arī diktofona iespējas. Šis ir jauns un visai moderns izstrādājums. Īpaši iesaka pieslēgt datoriem ar skaņas kartēm S oundBlaster Live vai Live Value. Tomēr jāpiebilst, ka Latvijā (Rīgā) portatīvie MP3 pleijeri, maigi izsakoties, nav diez cik populāri. Nemaz nedomājiet tos meklēt mūzikas preču veikalos. Acīmredzot vēl nav pieprasījuma. Tomēr, ja patiešām vēlaties to iegādāties, dodieties uz datorveikaliem — dažos tomēr esot bijuši nopērkami... Tikmēr MP3 failu izplatība internetā nenotiek bez problēmām. Kā informēja ziņu aģentūra Reuter, janvāra beigās ietekmīgā mūzikas industrijas grupa RIAA iesūdzējusi tiesā interneta mūzikas lappusi MP3.com par autortiesību pārkāpumiem, jo tā ļauj atskaņot piedāvāto mūziku ar jebkuru datoru. Tiesā iesniegtajā prasībā teikts, ka MP3.com nelikumīgi izveidojusi un piedāvā internetā 40 000 albumu kolekciju.
   

Informāciju apkopoja
Andis PLAKANS
 
Design and programming by Anton Alexandrov - 2001