MP3 / MP2 MPEG Audio Layers 1,2,3,4

התהליך שעבר פורמט mp3 הוא אחד מהתופעות המדהימות שתעשיית המוזיקה מעולם עוד לא ראתה. שלא כמו תופעות אחרות של שכפול לא חוקי, כמו הקסטה הרגילה או הקומפקט דיסק, קבצי ה-mp3 קיבלו תנופה אדירה בהתחלה לא על ידי תעשיית המוזיקה עצמה, אלא על ידי קהל מוסיקלי עצום שפעל דרך האינטרנט. פורמט mp3 היה, וכנראה ימשיך להיות בעל השפעה אדירה על הדרכים בהם אנשים אוספים, מאזינים ומפיצים מוזיקה.

הצורך בפורמט מסוג זה עלה למעשה מרגע שנוצרה האפשרות להעביר קבציי מוזיקה (שהפכו להיות דיגיטליים על ידי פורמט CDA) באינטרנט. שיר בפורמט CDA באורך ממוצע של 3 דקות שוקל 32 מיליון בתים – וזה הרבה מאוד, במיוחד לאור העובדה שמרבית האנשים שמחוברים כיום לרשת עדיין משתמשים ברוחב הפס הנפוץ של K56 למודם (שיר בגודל כזה ייקח קרוב לשעתיים להוריד מהרשת אל המחשב האישי!). נוצר צורך להקטין את הקובץ מצד אחד אולם לא לפגוע באיכותו מאידך גיסא. פורמט mp3 פותר זאת על ידי רעיון מערכת של דחיסת קבציי מוזיקה. כלומר פורמט mp3 עוזר להוריד את מספר הבתים שמייצגים שיר בלי פגיעה באיכות הקול. המטרה בפורמט לדחוס שיר ביחס של בין 10 ל 14, כך ששיר ששוקל MB32 יוכל להידחס עד לגודל של MB3 בלבד. עובדה זו מאפשרת להוריד שיר במספר דקות במקום בשעות, וגם מאפשרת לאחסן מאות של שירים על הדיסק הקשיח ללא דרישה גדולה מידי של מקום.

איך רעיון הדחיסה עובד?

כיום אנו משתמשים כל הזמן באלגוריתמים שונים של דחיסת תמונות וטקסט. לדוגמא – קובץ GIF או JPEG הוא קובץ דחוס של תמונה. קבציי ZIP דוחסים קבציי טקסט. כלומר אנו יודעים שקיימות השיטות ויש הכלים לדחיסת מידע ואנו יודעים שזה עובד. אולם על מנת לעשות דחיסה טובה של קובץ קול, אנו משתמשים בטכניקה הנקראת perceptual noise shaping ובתרגום חופשי – תפיסת עיצוב הקול. זה נקרא תפיסתי מאחר ופורמט mp3 משתמש במאפיינים של האוזן האנושית על מנת לעצב אלגוריתם דחיסה. מאפיינים לדוגמא:

·        יש מספר קולות שהאוזן האנושית כלל לא יכולה לשמוע.

·        יש מספר קולות שהאוזן האנושית יכולה לשמוע יותר מקולות אחרים.

·        אם יש שתי קולות בו זמנית, אנו נשמע את הקול החזק מבניהם, אך לא את החלש.

על ידי שימוש בעובדות שכאלה, חלקים מסוימים מהשיר יכולים להיות מוצאים ללא פגיעה משמעותית של השיר מבחינת המאזין. המאזין לא יוכל לשים לב במרבית המקרים שהשיר ירד באיכותו. דחיסה של יתר חלקי השיר בטכניקות דחיסה ידועות כבר –מעלה עוד את יחס הדחיסה בלפחות 10. כמסיימים ליצור את קובץ mp3 מה שיש לנו הוא בעצם שיר בעל איכות קרובה לאיכות של קומפקט דיסק (כאשר דוגמים באיכות של 192kHz). אולם השיר בפורמט mp3 לא נשמע בדיוק אותו דבר כמו איכות קומפקט דיסק מאחר וחלקים מסוימים הוצאו, אך זה קרוב מספיק יחסית למקור. פורמטים אשר משתמשים בשיטה זו של דחיסה אשר במהלכה מאבדים מידע תוך כדי הדחיסה, ידועים בשם פורמטים מסוג "lossy". כאמור פורמט mp3 נכלל בסוג זה.

אילו פורמטים במשפחה זו?

MPEG (Moving Pictures Experts Group) – זוהי משפחה שמשתמשת ב- codec של אודיו ווידאו. במקור פותחו קבצי MPEG על מנת להכיל אודיו עם וידאו- צליל עם תמונה נעה. אולם, באלגוריתם codec האודיו (הצליל) יכול להיות מופרד ובשימוש באופן פרטני מהוידאו. דחיסת האודיו הייתה משביעת רצון באיכותה מבחינת גודל הקובץ אולם גם ביכולות שלה להחמיר בדחיסות בדרגות גבוהות. הפיתוח הראשוני של הפורמט נעשה בחסות הארגון הבינלאומי של סטנדרטיזצית פורמט ה-MPEG. קיימים פורמטים MPEG 1 (שכבה 1) וכן MPEG 2 (שכבה 2), שיותר מתאימים לעבוד עם סרט או וידאו, ולימים יקראו mp1 ו mp2. הפורמט mp3 המפורסם מבוסס על ה codec של MPEG 1 ו MPEG 2 וכן על שכבה 3 (תיקון של האלגוריתם). פורמט mp3 הפופולארי הוא למעשה פורמט PCM שנדחס (פעם שנייה) על ידי הזזה מהקובץ את כל המידע המיותר לאוזן האנושית. אולם בעוד שנדרשים kbps1411 על מנת לייצג ולהשמיע שיר בפורמט רגיל של cda, הרי בפורמט mp3 הקטנת הקובץ יכולה להוריד את קצב הביטים ל- kbps128!

השימוש בפורמט mp3:

מהפכת mp3 בכל מה שקשור לפורמט עצמו וכן היכולת הרשתית לפרסם ולהפיץ קבצי mp3, עשו שני דברים עיקריים למוזיקה:

·        יכולת הפצת ומציאת מוזיקה נהיו דבר קל לכל מי שרוצה בכך, ויתרה מכך, כמעט ללא הוצאות.

·        הדבר לימד אנשים בצורה טובה כיצד להשתמש במוזיקה על גבי המחשב.

חלק מרכזי במהפכת ה-mp3 הוא העובדה שהמהפכה הביאה אתה שורת כלים חזקים לשולחן העבודה של המחשב האישי, כמו גם את הסיבה והרצון של לאנשים לנסות ולהבין כיצד הם עובדים. כלים אלו מאפשרים את הדברים הבאים:

1.      הורדת קבצי mp3 מהרשת והשמעתם. קיומה של טכנולוגית שיתוף הקבצים בין משתמשים הביאה לפריחה בתחום, ויש כיום הרבה מאוד אפליקציות המאפשרות את הורדת והעלאת הקבצים, במיוחד לאחר הנפילה המדוברת של Napster.

2.      המרת שיר מהקומפקט דיסק אל המחשב, והשמעתו ישירות או בצורה מומרת לקובץ mp3.

3.      ניתן להקליט שיר בעצמך, להמיר אותו לקובץ mp3, ולאפשר אותו לשאר העולם.

4.      המרת קבציי mp3 לקבציי CDA (שניתנים להישמע בקומפקט דיסק). ניתן לערוך דיסקים משלך משירים מהרשת.

5.      אחסונם של מאות שירים בפורמט mp3 והשמעתם גם על נגנים ייעודיים לכך mp3 player.

שיפורים לפורמטים:

כרגע עומד ברקע ה- MP3pro, שהוא גרסת עדכון של פורמט ה-mp3 הקיים (ויהיה כמובן מותאם לגרסא הקודמת). הפורמט מייצר את האיכות הדומה לזו שהשיגו בקצב ביטים של kbps128 בקצב של  kbps64, עם גבול עליון של kbps96. על ידי התייעלות של האלגוריתמים המוכרים, המידע יכול עוד במקור להיות מוצפן בקצב ביטים נמוך יותר. פורמט זה יהיה מותאם למערכות ההפעלה השונות ויעבוד על גבי פלטפורמות WindowsXP/2000/ME/Linux/Mac.

גם פורמט MPEG 4 בעל היכולת להפריד את אלגוריתם codec האודיו ולהיות שימושי באופן נפרד עבור דחיסת אודיו (ביחד עם גרפיקת הוידיאו והתמונות). MPEG 4 עוצב במיוחד עבור שידור טווח תדרים נמוך, בשל יחס דחיסת קבצים גבוה. לדוגמא פורמט זה מסוגל להגיע ליכולות קידוד מידע (אודיו או וידאו) והזרמה של kbps2 עבור הצפנת דיבורים ורק ב kbps4 עבור הצפנת שירים. הסיבה לכך היא שפורמט זה לא צריך להיות מקודד עבור מהירות הזרמה ספציפית. יתרה מכך, קובץ האודיו הדיגיטלי מקודד בפעם הראשונה, אך יכול להיות מוזרם בכל קצב – תלוי בחיבור וברמת העומס על הרשת. עובדה זו מושגת על ידי בניית סטנדרטים המותאמים לתמיכת יישומים של שפת (MPEG J) java שמאפשרות את ברירת קצב זרימת הביטים. סטנדרטים אלה בעיקר מתאימים להזרמת/שידור נתונים (streaming media ) למכשירים ניידים – עבור ההתקנים האלחוטיים דוגמת מכשירים סלולאריים או מודמים אלחוטיים. אולם פורמט זה גם מותאם לאיכות מאוד גבוה של קידוד אודיו (מעבר ל- kbps128), וחוזקו הגדול הוא ברב צדדיותו.

גם פורמט AAC MPEG 2 (AAC – Advanced Audio Coding) יכול להיכלל בין הפורמטים המשופרים. פורמט דחיסה AAC יאפשר למשתמשים להוריד שיר באיכות קול קרובה לשל קומפקט דיסק לתוך המחשב שלהם, אולם בדחיסה אף טובה יותר משל פורמט mp3. פורמט זה מכיל טכניקות קידוד ברמה גבוהה יותר ומערכות סינון. פורמט זה גם תומך בקידוד במערכת של 5.1 ערוצי קול היקפי. האפליקציות הידועות ביותר של AAC הם Liquid Audio ו A2b והן לא מותאמות לשאר נגני ה- AAC.

לאתר הבית של ארגון MPEG:

http://www.mpeg.org/MPEG/index.html