Введение
Технология сжатия аудиоданных, программное обеспечение для кодирования и декодирования аудио. С 2008 года Microsoft также использует WMA Professional в своем защищенном интероперабельном формате файлов (PIFF), основанном на базовом формате медиафайлов ISO и наиболее часто применяемом для Smooth Streaming – формы адаптивной потоковой передачи данных с переменным битрейтом по протоколу HTTP. Связанные отраслевые стандарты, такие как DECE UltraViolet и MPEG DASH, не стандартизировали WMA как поддерживаемый аудиокодек, отдав предпочтение более распространенным в отрасли аудиокодекам MPEG и Dolby.
audio encoding and decoding software
Since 2008 Microsoft has also been using WMA Professional in its Protected Interoperable File Format (PIFF) based on the ISO Base Media File Format and most commonly used for Smooth Streaming, a form of adaptive bitrate streaming over HTTP. Related industry standards such as DECE UltraViolet and MPEG DASH have not standardized WMA as a supported audio codec, deciding in favor of the more industry prevalent MPEG and Dolby audio codecs.
Кодеки
Каждый файл WMA содержит одну аудиодорожку в одном из четырех подформатов: WMA, WMA Pro, WMA Lossless или WMA Voice. Эти форматы реализованы различными способами, что делает их технически отличными и взаимно несовместимыми; то есть, устройство или программное обеспечение, совместимое с одним подформатом, не обязательно поддерживает какие-либо другие кодеки. Подробное описание каждого кодека приведено ниже.
Аудио Windows Media
Windows Media Audio (WMA) является наиболее распространенным кодеком из четырех кодеков WMA. В повседневной речи термин WMA, особенно в маркетинговых материалах и спецификациях устройств, обычно относится именно к этому кодеку. Первая версия кодека, выпущенная в 1999 году, обозначается как WMA 1. В том же году синтаксис битового потока, или алгоритм сжатия, был незначительно изменен и стал WMA 2, что позволило снизить задержку при кодировании и декодировании. По сути, WMA — это кодер преобразования, основанный на модифицированном дискретном косинусном преобразовании (MDCT), во многом схожий с AAC, Cook и Vorbis. Битовый поток WMA состоит из суперкадров, каждый из которых содержит один или несколько кадров по 2048 отсчетов. Если не используется бит-резервуар, кадр равен суперкадру. Каждый кадр содержит несколько блоков, состоящих из 128, 256, 512, 1024 или 2048 отсчетов после преобразования в частотную область посредством MDCT. В частотной области определяется маскирование для преобразованных отсчетов, которое затем используется для повторной квантизации отсчетов. Наконец, отсчеты с плавающей точкой разделяются на коэффициентную и экспонентную части и независимо кодируются методом Хаффмана. Стереоинформация обычно кодируется в формате mid/side. При низких битовых скоростях для повышения качества также могут использоваться парные спектральные линии (обычно менее 17 кбит/с) и форма кодирования шума (обычно менее 33 кбит/с). Как и AAC и Ogg Vorbis, WMA был разработан для устранения недостатков стандарта MP3. Учитывая общие цели разработки, все три формата в конечном итоге приняли схожие конструктивные решения. Все три являются кодерами чистого преобразования. Более того, реализация MDCT, используемая в WMA, по сути является надмножеством тех, что используются в Ogg и AAC, благодаря чему процедуры iMDCT и оконного преобразования WMA можно использовать для декодирования AAC и Ogg Vorbis практически без изменений. Однако квантование и стереокодирование обрабатываются по-разному в каждом кодеке. Основной отличительной особенностью формата WMA Standard является его уникальное использование 5 различных размеров блоков, в отличие от MP3, AAC и Ogg Vorbis, которые ограничивают файлы только двумя размерами. WMA Pro расширяет эту функциональность, добавляя 6-й размер блока, используемый при частоте дискретизации 88,2/96 кГц. Устройства, сертифицированные PlaysForSure, а также большое количество несертифицированных устройств, от портативных музыкальных плееров до DVD-плееров, поддерживают воспроизведение файлов WMA. Большинство сертифицированных интернет-магазинов PlaysForSure распространяют контент, используя только этот кодек. В 2005 году компания Nokia объявила о планах поддержки воспроизведения WMA в будущих моделях телефонов Nokia. В том же году для PlayStation Portable (версия 2.60) было выпущено обновление, которое впервые позволило воспроизводить файлы WMA на этом устройстве.
Windows Media Audio Professional (профессиональная версия)
Windows Media Audio Professional (WMA Pro) — это улучшенный кодек с потерями, тесно связанный со стандартами WMA. Он сохраняет большинство общих функций кодирования, но также включает улучшенные стратегии энтропийного кодирования и квантования, а также более эффективное стереокодирование. Важно отметить, что многие функции WMA с низкой скоростью передачи данных были удалены, поскольку основной кодек предназначен для эффективного кодирования при большинстве скоростей передачи данных. Его основными конкурентами являются AAC, HE AAC, Vorbis, Dolby Digital и DTS. Он поддерживает разрядность сэмплов 16 и 24 бита, частоту дискретизации до 96 кГц и до восьми дискретных каналов (7.1-канальный объемный звук). WMA Pro также поддерживает компрессию динамического диапазона, что уменьшает разницу в громкости между самыми громкими и тихими звуками в аудиодорожке. По словам Амира Маджидимера из Microsoft, WMA Pro теоретически может выйти за пределы 7.1-канального объемного звука и поддерживать «неограниченное количество каналов»; однако Microsoft решила ограничить его текущие возможности до восьми (7.1 дискретных каналов). Синтаксис битового потока кодека был зафиксирован в первой версии — WMA 9 Pro. В более поздних версиях WMA Pro были добавлены кодирование с низкой скоростью передачи данных, аудио с низкой задержкой, режим частотной интерполяции и расширенный диапазон опций кодирования частоты дискретизации и разрядности. Файл WMA 10 Pro, сжатый в режиме частотной интерполяции, содержит аудиодорожку WMA 9 Pro, закодированную с половинной исходной частотой дискретизации, которая затем восстанавливается с использованием нового алгоритма сжатия. В этом случае проигрыватели WMA 9 Pro, которые не были обновлены до кодека WMA 10 Pro, смогут декодировать только аудиопоток WMA 9 Pro более низкого качества. Начиная с WMA 10 Pro, кодирование восьми каналов начинается со 128 кбит/с, а треки могут быть закодированы в разрешении аудио CD (44,1 кГц, 16 бит), которое ранее было характерно для WMA Standard. Несмотря на растущее число поддерживаемых устройств и превосходство над WMA, WMA Pro по-прежнему имеет ограниченную аппаратную и программную поддержку. К заметным исключениям относятся Microsoft Zune (ограниченный стерео), Xbox 360, устройства на базе Windows Mobile с Windows Media Player 10 Mobile, новые устройства Toshiba Gigabeat и Motorola, а также устройства, работающие с последними версиями альтернативной прошивки Rockbox. Кроме того, WMA Pro является обязательным требованием для программы сертификации WMV HD. Что касается программного обеспечения, Verizon использует WMA 10 Pro для своей музыкальной службы V CAST, а Windows Media Player 11 продвигает этот кодек как альтернативу WMA для копирования аудиодорожек с компакт-дисков. WMA Pro поддерживается в Silverlight, начиная с версии 2 (хотя только в стереорежиме). В отсутствие соответствующего аудиооборудования WMA Pro может автоматически понижать многоканальный звук до стерео или моно, а 24-битную разрядность до 16 бит во время воспроизведения. Примером использования WMA Pro вместо WMA Standard является веб-сайт NBC Olympics, который использует WMA 10 Pro в режиме низкой скорости передачи данных 48 кбит/с.
Windows Media Audio без потерь
Windows Media Audio 9 Lossless – это версия без потерь качества аудиокодека Windows Media Audio, разработанного Microsoft и выпущенного в начале 2003 года. Он сжимает аудио-CD до объема от 206 до 411 МБ при битрейте от 470 до 940 кбит/с. Результатом является точная копия исходного аудиофайла, то есть качество звука на CD будет идентичным качеству при воспроизведении файла. WMA Lossless использует то же расширение файла WMA, что и другие форматы Windows Media Audio. Он поддерживает 6 дискретных каналов и до 24 бит/96 кГц аудио без потерь. Официальная документация на формат отсутствует, однако энтузиастами проектов libav и ffmpeg был разработан декодер с открытым исходным кодом для платформ, не разработанных Microsoft. Windows Media Audio Lossless (WMA Lossless) – это аудиокодек без потерь, конкурирующий с ATRAC Advanced Lossless, Dolby TrueHD, DTS HD Master Audio, Shorten, Monkey's Audio, FLAC, Apple Lossless и WavPack (с конца 2011 года последние три имеют преимущество, будучи программным обеспечением с открытым исходным кодом и доступным для большинства операционных систем). Разработанный для архивирования, он сжимает аудиосигналы без потери качества оригинала, используя VBR. При распаковке аудиосигнал является точной репликой оригинала. Первая версия кодека, WMA 9 Lossless, и её последующие версии поддерживают аудио до 96 кГц, 24 бит для до 6 дискретных каналов (5.1-канальный объемный звук) с динамическим управлением компрессией. Типичное соотношение сжатия для музыки составляет от 1.7:1 до 3:1. Аппаратная поддержка кодека реализована в Cowon A3, Cowon S9, Bang & Olufsen Serenata, Sony Walkman серии NWZ A и NWZ S, Zune 4, 8, 80 30, Zune 120 (с версией прошивки 2.2 или более поздней) и Zune HD, Xbox 360. Подобно WMA Pro, декодер WMA Lossless может выполнять понижающее преобразование (downmixing) при отсутствии совместимого аудиооборудования. По состоянию на 2012 год, проекты ffmpeg и libav предоставляют декодеры WMA Lossless с открытым исходным кодом, созданные на основе обратной инженерии официального декодера. По состоянию на 20 июня 2012 года, ffmpeg может успешно декодировать только 16-битные файлы WMA.
Голос в Windows Media Audio
Windows Media Audio Voice (WMA Voice) — это аудиокодек с потерями, конкурирующий с Speex (используемым в онлайн-сервисе Xbox Live от Microsoft), ACELP и другими кодеками. Он разработан для приложений с низкой пропускной способностью и воспроизведения голоса, и использует фильтры нижних и верхних частот для звука, выходящего за пределы диапазона частот человеческой речи, чтобы достичь более высокой эффективности сжатия по сравнению с WMA. Кодек может автоматически определять фрагменты аудиодорожки, содержащие как голос, так и музыку, и в этом случае использовать стандартный алгоритм сжатия WMA.
Критика заявленного качества
Заявления Microsoft о качестве звука WMA часто вызывали нарекания. "Некоторые аудиофилы ставят под сомнение утверждения Microsoft относительно качества WMA", – говорится в опубликованной статье в журнале EDN. На ранних этапах разработки WMA представитель RealNetworks заявил, что WMA является "явной и бесплодной попыткой Microsoft догнать RealAudio 8". Microsoft порой утверждала, что качество звука WMA при скорости 64 кбит/с равно или превосходит качество MP3 при 128 кбит/с (как WMA, так и MP3 большинством слушателей считаются практически неотличимыми от оригинала при 192 кбит/с). В исследовании 1999 года, финансируемом Microsoft, Национальные лаборатории тестирования программного обеспечения (NSTL) установили, что слушатели предпочитают WMA при 64 кбит/с MP3 при 128 кбит/с (при кодировании с помощью MusicMatch Jukebox). Кодировщики MP3 и WMA активно разрабатывались и улучшались на протяжении многих лет, поэтому их относительное качество может меняться со временем.
Игроки
Помимо Windows Media Player, большинство форматов сжатия WMA можно воспроизводить с помощью ALLPlayer, VLC media player, Media Player Classic, MPlayer, RealPlayer, Winamp, Zune Software (с некоторыми ограничениями — поддержка плагинов DSP и вывод DirectSound отключены при использовании плагина WMA по умолчанию) и многих других программных медиаплееров. Программное обеспечение для управления медиафайлами Microsoft Zune поддерживает большинство кодеков WMA, но использует вариант Windows Media DRM, применяемый PlaysForSure. Проект FFmpeg выполнил обратную разработку и повторно реализовал кодеки WMA, чтобы обеспечить их использование в POSIX-совместимых операционных системах, таких как Linux. Проект Rockbox дополнительно расширил этот кодек для использования во встроенных системах, что позволяет воспроизводить его на портативных MP3-плеерах и мобильных телефонах с открытым исходным кодом. RealNetworks объявила о планах поддержки воспроизведения файлов WMA без DRM в RealPlayer для Linux. На платформе Macintosh Microsoft выпустила версию Windows Media Player для Mac OS X на PowerPC в 2003 году, но дальнейшая разработка программного обеспечения была прекращена. В настоящее время Microsoft рекомендует сторонний Flip4Mac WMA, компонент QuickTime, который позволяет пользователям Macintosh воспроизводить файлы WMA в любом проигрывателе, использующем фреймворк QuickTime. Однако Flip4Mac в настоящее время не поддерживает кодек Windows Media Audio Voice. Базовая платформа Android сама по себе не поддерживает WMA, но существует стороннее программное обеспечение WMA для устройств Android. Формат WMA может воспроизводиться практически на всех устройствах Windows Mobile и более поздних Windows Phone.
Кодировщики
Существует множество проприетарных и программных пакетов с открытым исходным кодом, способных экспортировать аудио в формат WMA, включая, в частности, Windows Media Player, Windows Movie Maker, Microsoft Expression Encoder, Sony Sound Forge, GOM Player, RealPlayer, Adobe Premiere Pro, Adobe Audition, Adobe Soundbooth и VLC media player. Microsoft Office OneNote поддерживает кодирование с использованием всех кодеков WMA, а Windows Media Encoder – все доступные параметры битрейта и разрешения.
Управление цифровыми правами
Кодеки WMA чаще всего используются с контейнерным форматом ASF, который имеет встроенную систему защиты авторских прав DRM. Windows Media DRM, который может использоваться совместно с WMA, поддерживает сервисы подписки на музыку с ограничением по времени, такие как те, что предлагают сервисы неограниченной загрузки, включая URGE от MTV, Napster, Rhapsody, Yahoo! Music Unlimited и Virgin Digital. Windows Media DRM, являясь компонентом PlaysForSure и Windows Media Connect, поддерживается многими современными портативными аудиоустройствами и клиентами для потоковой передачи медиа, такими как Roku, SoundBridge, Xbox 360 и Wii. Проигрыватели, поддерживающие формат WMA, но не поддерживающие Windows Media DRM, не могут воспроизводить файлы, защищенные DRM.