Долгоиграющий мини-диск

На фоне появления флэш-карт становиться понятным стремление прибавить привлекательности MD-формату, например, увеличить продолжительность звучания одного диска в четыре раза

Фирма Sony, разработчик формата MD, сражается за будущего покупателя на двух фронтах. С одной стороны, она уже предлагает большой выбор аудиоаппартуры с использованием в качестве носителя Memory Stick. Но одновременно ею разработан формат MDLP, который значительно увеличивает время записи на мини-диск. Инженеры пересмотрели технологию сжатия звука, называемую акустическим кодированием с адаптивным преобразованием (ATRAC) с целью увеличения сжатия исходного потока данных. Компания Sony объединила эту технологию с MD для создания режима MDLP (LP здесь — это Long Play, т.е. долгоиграющий). На 80-минутном MD-диске режим LP2 позволяет пользователю слушать стереозвук 160 минут в режиме с двукратным, или 240 минут в режиме LP4 с четырехкратным сжатием. Для универсальных MD-дек режим записи с использованием старого алгоритма часто уже называют SP.
   На самом деле алгоритм адаптивной обработки ATRAC3 (именно так называется этот усовершенствованный вариант алгоритма ATRAC) с успехом уже используется таких изделиях Sony, как Memory Stick вокман, Vaio Music Clip и Network вокман. То, что тон задает Sony, понятно — создатель формата хочет обеспечить новой разработке максимально возможную востребованность и в будущем.
   Фирмой Sony выделяются следующие основные преимущества технологии высококачественного сжатия звука ATRAC3:
   — увеличение вдвое степени сжатия по сравнению с ATRAC при сохранении аналогичного качества записи;
   — возможность создания систем, благодаря аналогичной с ATRAC структуре, совместимых с MD;
   — кодер и декодер можно объединить в одной дешевой БИС (и образцы уже созданы), что обеспечивает широкий круг применений ATRAC3, включая и портативную аппаратуру;
   — алгоритм ATRAC3 допускает измерение битрейта в зависимости от требуемого качества звука, используемого носителя или возможностей сети.
   Музыка и звук записываются на мини-диск в формате меньшем, чем исходный цифровой оригинал. После аналого-цифрового преобразования или получения цифровых данных от компакт-диска музыкальные сигналы подвергаются сжатию данных в адаптивном режиме по алгоритму ATRAC. Затем данные записываются на MD. Кодирование по ATRAC уменьшает объем данных до одной пятой их начального объема. Параллельно с внедрением мини-диска фирма продолжала разработку алгоритма ATRAC2 с большим коэффициентом сжатия. Он был использован в цифровых фотокамерах для записи звукового фрагмента (обычно несколько секунд на каждый снимок). Это, например Sony DSC-MD1 и Sharp MD-PS1, запись изображения в которых осуществляется на MD. Имеющаяся техническая информация позволяет сделать вывод о полной идентичности ATRAC2 и ATRAC3. Скорее всего популярность формата сжатого звука МР3 заставила разработчика по маркетинговым соображениям заменить и в своей разработке 2 на 3.
   По замыслу разработчиков новый алгоритм обеспечивает в два раза большую эффективность по сравнению ATRAC с применяемым с MD, но при этом обеспечивает такое же качество стереозвука, как и поток 128 кбит/с.
   В системе ATRAC сжатие данных происходит за счет исключения компонентов звука, которые не слышны человеческим ухом. Если основная цель — уменьшение объема данных, то простейший способ достичь этого будет увеличение объема исключенных данных. Однако изъятие слишком большого числа данных понижает качество звука. Система ATRAC3 использует технологии увеличения сжатия при сохранении минимально возможной деградации качества звука. Одна из них — кодирование Хаффмана. При сжатии строка данных заменяется коротким кодом. Кодирование Хаффмана используется для повторяющихся наборов данных. Короткими кодами представляются часто повторяющиеся комбинации, а длинными кодами заменяются редко появляющиеся строки данных. Такая система обеспечивает более эффективное кодирование, чем другие варианты, что означает постоянный размер кодов для всех строк данных. Наиболее известный пример использования подобного кодирования — азбука Морзе. Заметим также, что алгоритм кодирования Хаффмана используется в сжатии JPEG для записи статического изображения.

Структура кодера ATRAC3

Структура кодера ATRAC

Однако прежде чем осуществлять сжатие, нужно получить поток данных. Сначала исходный сигнал разбивается на две полосы: 0–11 кГц и 11–22 кГц. В алгоритме ATRAC низкочастотный участок затем разбивается еще на два 0–5,5 кГц и 5,5–11 кГц. В ATRAC3 сигнал разделяется на четыре полосы: добавляется разбиение высокочастотного участка на два полдиапазона: от 11 до 16,5 кГц и от 16,5 до 22 кГц. Сигнал в каждой полосе представляется дискретными выборками. При этом в ATRAC3 спектр представляют 1024 выборки, что в два раза больше, чем для ATRAC.
   В новом алгоритме также значительно увеличено и временное разрешение. В MD-продуктах пара сигналов левого и правого каналов записываются в предсказанные интервалы времени. Для ATRAC этот интервал составляет 11,6 мс, а в ATRAC3 обработка сигнала контролируется через интервал около 1 мс. Такой интервал позволяет соответствующую обработку сигнала, необходимую для поддержания высокого качества звука, даже когда музыкальный сигнал характеризуется существенными мгновенными изменениями.
   Слух человека не очень восприимчив к звукам, имеющим широкий спектр, и для таких сигналов не требуется большого отношения сигнал/шум. С другой стороны, ухо четко реагирует на тональные сигналы и их гармоники. Чтобы еще эффективнее сжать данные, тональные и шумоподобные сигналы обрабатываются раздельно, а потом объединяются в общий поток данных. При этом на долю важных для правильного восстановления тональных сигналов приходится больше бит.
   Как уже отмечалось выше, для MDLP предусмотрены два долгоиграющих режима. В режиме LP2, который обеспечивает время записи в два раза больше указанного на носителе, просто отражается большая степень сжатия собственно алгоритма ATRAC3, но обработка и запись двух каналов идет независимо. В режиме LP4 оба стереоканала обрабатываются совместно (так называемый режим "joint-stereo"), используя одинаковую для двух каналов составляющую звукового сигнала для дальнейшего увеличения сжатия. Разработчики обещают, что качество звука при записи в режиме LP2 будет не хуже, чем для обычного MD. В режиме LP4 акустические артефакты уже заметны, но считается, что качество остается приемлемым для переносной и автомобильной аппаратуры. Стандартный ATRAC (старый режим SP) работает с битрейтом 292 кбит/с. В режиме LP2 он составляет 132 кбит/с, а LP4 — 66 кбит/с. Битрейт в режимах LP получается несколько меньше, чем можно было бы ожидать от простого деления, т. е. не 146 кбит/с (292/2) и 73 кбит/с (292/4). Дело в том, что если не предпринять специальных мер, то при попытке воспроизвести LP-треки на MD-аппартуре, не совместимой с MDLP, вы услышите только цифровой шум. Поэтому к каждым 212 байтам блоков звуковой информации добавляются 20 искусственных байтов, которые и обеспечивают совместимость с режимом SP. Если теперь поставить MDLP-запись, то, например, для 20-минутного LP2-трека воспроизведется 10 минут тишины, а для LP4-трека — 5 минут. Поскольку формат MDLP упаковывает данные на диски несколько отличным от стандартного MD-формата способом, то совместимость с MD-моделями предыдущих поколений ограничена (см. таблицу). Монозапись с удвоенной длительностью, как это реализовано для мини-диска в режиме SP, теоретически возможна для долгоиграющего режима LP2, но пока нет его аппаратурного воплощения. Для режима LP4 монозапись не возможна даже теоретически в силу особенности обработки сигнала, о которой говорилось выше.
   Отметим и еще одну полезную особенность формата MDLP: в режиме диск можно копировать с удвоенной скоростью. Эту функцию аппаратно реализовали уже несколько изготовителей.

	традиционная аппаратура MD	аппаратура MD с режимом MDLP
Запись в режиме MDLP	невозможно	да
Воспроизведение в режиме MDLP	невозможно	да
Запись в обычном формате	да	да
Воспроизведение MD, записанных в обычном формате	да	да
Воспроизведение дисков, содержащих смесь из MD- и MDLP-записей	(только треки с традиционной MD-записью)	да
Комбинирование MDLP и MD-записей	невозможно	невозможно

P.S. Электронное распространение музыки, сделавшее столь популярным обозначение MP3, похоже, выходит на новый этап развития. Обладатели прав на музыкальный контент стараются всеми силами не допустить ее несанкционированного копирования. При этом технические реализации не всегда оказываются совместимыми. Мы уже сообщали, что Panasonic использует в новых плейерах на флэш-картах алгоритм ААС, а Sony, как мы видим, — ATRAC3. При этом ни для кого не секрет, Panasonic тесно связан с одним из пятерки гигантов грамзаписи Universal, а Sony — с другим членом этой пятерки, Sony Music Entertainment. С другой стороны, европейцами разработан формат MP3Pro (см. "Новинки" в прошлом номере), который уже поддержало более сотни фирм. Получается, что кто имеет музыку (в смысле права не нее), тот и заказывает алгоритм сжатия. Широкое распространение музыки в сжатом виде, несмотря на все утверждения о "близости ее качества к CD", может иметь еще один неожиданный аспект. На фоне "MP-музыки" преимущества новых звуковых суперформатов, SACD и DVD-Audio, будут совершенно неоспоримы…