Technologie

Formaty, które nie chcą odejść - MP3

DO
Daniel Oziębała
7

Dla szerokiego grona osób MP3 jest synonimem słuchania muzyki, podobnie jak Adidas jest synonimem obuwia sportowego. Sukces MP3 to nie tylko łut szczęścia, ale przede wszystkim zrozumienie potrzeb rynku

Wszystko zaczęło się w latach 80.

Pomysł na stworzenie nowego formatu dźwiękowego narodził się już na początku lat 80. jednak ówczesny poziom technologiczny stanowił istotną barierę w rozpoczęciu prac. Wg Karlheinza Brandenburga - specjalisty od elektroniki i matematyki, a także człowieka uznawanego za ojca MP3 - prawdziwy postęp nastąpił w 1986 roku, gdy rozwój technologii otworzył przed badaczami nowe możliwości, dzięki czemu rok później Towarzystwo Fraunhofera mogło rozpocząć prace nad stratnym zapisem dźwięku wysokiej jakości. Projekt otrzymał nazwę EUREKA EU 147.

W zamyśle twórców, MP3 miało oferować wysokiej jakości dźwięk przy zachowaniu niewielkiego rozmiaru pliku, do czego wykorzystano kompresję stratną (kompresja to wzięcie czegoś i opisanie go w prostszy sposób. Z kolei stratność określa kompromisy w jakości i wierności reprodukcji dźwięku). Osiągnięcie tego celu nie było jednak proste, ponieważ jakość kompresji oraz działanie ówczesnych enkoderów nie spełniały oczekiwań oraz potrzeb badaczy. W związku z tym obrany został inny kierunek.

W 1986 roku postanowiono zastosować analizę psychoakustyczną wraz z powiązanymi z nią rozwiązaniami, jak wiedza o maskowaniu dźwięku (zmiana progu słyszalności danego dźwięku w obecności innego dźwięku). Prace były kontynuowane aż do 1988 roku, gdy rozwój przejęło nowo powstałe MPEG (Moving Picture Experts Group) będące podgrupą ISO (Międzynarodowej Organizacji Normalizacyjnej) zajmującą się rozwojem standardów audio i wideo.

Pierwotnym celem grupy było zmieszczenie filmu na płycie CD, co wymagało znacznej redukcji rozmiaru strumienia wideo oraz dźwięku. W przypadku tego drugiego powstało kilka typów, np. Layer I (MP1), Layer II (MP2), Layer III (omawiane MP3). I choć prace nie przebiegały bezproblemowo, to MPEG osiągnęło swoje założenia, a w 1989 roku Towarzystwo Fraunhofera uzyskało patent na MP3.

Pierwsze wykorzystanie MP3 datuje się na 1993 rok, jednak za datę jego narodzin na rynku konsumenckim uznaje się 14 lipca 1995 r. kiedy to rozszerzenie .mp3 zostało przyjęte jako domyślne rozwiązanie dla dekodowania (odczytu skompresowanych danych) i enkodowania (zapisu nieskompresowanych danych, jako skompresowane w .mp3) plików dźwiękowych.

Niewiele później MP3 pojawiło się w wielu narzędziach, które dziś uchodzą za kultowe. Pierwszym z nich jest odtwarzacz MP3, zwany potocznie empetrójką. Był to MPMan F10 firmy Saehan Information Systems, który trafił na rynek konsumencki już w 1998 roku i oferował 32 lub 64 MB pamięci wbudowanej, zdolnej pomieścić od 6 do 12 piosenek MP3. Drugim narzędziem jest program do odtwarzania plików muzycznych, którego nazwa z pewnością budzi sentyment u wielu czytelników. Mowa oczywiście o niczym innym, jak o programie Winamp.

Popularność MP3 to nie przypadek, a wpisanie się w potrzeby rynku

Lata 90. były okresem, gdy połączenie z internetem, duże ilości pamięci RAM, czy pojemna pamięć wewnętrzna były rzadkością, a wydajność sprzętu znacząco ustępowała obecnym komputerom, nawet tym mniej wydajnym. Przykładowe urządzenia z tego okresu to:

  • iMac G3
 Photo by tuaulamac on Foter.com / CC BY-NC-SA
  • Macintosh Portable
  • Nokia 8110 "Banan"
 Photo by Redfire MG on Foter.com / CC BY-NC-ND
  • PlayStation 1

Ograniczona pojemność pamięci wbudowanej oraz niewielka wydajność urządzeń zachęcały do poszukiwania coraz to bardziej pomysłowych i wydajnych sposobów kompresji danych. W grach pojawił się IT (Impulse Tracker), który zamiast pliku dźwiękowego zawierał instrukcje (podobne do nut muzycznych) odnośnie tego, jak dany utwór należy zagrać. Takie rozwiązanie pojawiło się w wielu grach, m.in. w serii Unreal Tournament czy Pocket Tanks. W przypadku muzyki sięgnięto po kompresję MP3, która pozwoliła zmniejszyć rozmiar piosenki nawet 10-krotnie.

Format MP3 spotkał się z bardzo pozytywnym odbiorem ze konsumentów, a także społeczności spod pirackiej bandery. Niewielki rozmiar i obietnica jakości zbliżonej do muzyki z płyty CD okazały się bardzo kuszące, a brak zabezpieczeń DRM nadał całości dodatkowego smaku.

Kolejna zaleta MP3 pojawiła się nieco później, a jest nią popularność. To właśnie dzięki przywitaniu nowego kodeka z otwartymi rękami przez konsumentów oraz społeczność piratów format ten stał się tak powszechny, a co za tym idzie obsługiwany przez praktycznie dowolne urządzenie zdolne odtwarzać dźwięk.

MP3 już umarło, choć… tak nie do końca

16 kwietnia 2017 wygasła część patentów Towarzystwa Fraunhofera powiązanych z MP3, a już 23 kwietnia wspomniane stowarzyszenie ogłosiło zaprzestanie wspierania i licencjonować tego formatu przez firmę Technicolor. Wygaśnięcie wszystkich patentów oznacza tyle, że MP3 przejdzie na darmowy format otwarty dla wszystkich, podobnie jak, np. Opus.

Na stopniową, powolną agonię MP3 składa się nie wygaśnięcie patentów (bo to może mieć pozytywny efekt, jak w przypadku formatu GIF, którego popularność znacząco wzrosła po przejściu na darmowy model dystrybucji), a rosnąca popularność nowszych i lepszych formatów wykorzystywanych przez ważnych graczy na rynku muzycznym, jak: Spotify, Apple Music, Tidal, czy YouTube i powiązany z nim serwis YouTube Music. Z samego Spotify Premium korzysta ponad 120 mln płacących subskrybentów, a z Apple Music ponad 60 mln, co już robi wrażenie.

Na rynku jest wielu następców kultowego MP3

AAC

Wraz z wygaśnięciem części patentów MP3 i popularyzacją serwisów streamingowych pałeczkę po MP3 przejął format AAC, który ma wiele zalet względem swojego poprzednika, np.

- oferuje znacznie lepszą reprodukcję pasm dźwięku powyżej 16 kHz
- oferuje wyższą wydajność i jakość kompresji
- zapewnia szersze pokrycie pasma dźwięku (20,5 kHz dla MP3 LAME, 24kHz dla AAC)

Różnica w pokryciu pasm jest nie tylko słyszalna, ale również zauważalna (AAC bez problemu pokrywa pełne 24kHz. Dla uczciwości pomiaru w obu przypadkach wykorzystana została kompresja CBR):

Podobnie jak MP3 dzieli się warstwy (Layer I (MP1), II (MP2), III (MP3)), tak AAC dzieli się na różne typy, np. AAC-LC (Low Complexity, Niska złożoność), czy HE-AAC (High Efficiency-AAC). Jednak w przeciwieństwie do MP3, format AAC przechowuje wyłącznie plik dźwiękowy bez dodatkowych informacji, jak: tytuł, artysta, album, rok wydania czy okładka danej piosenki/ utworu. W celu ich zapisania wykorzystywany jest kontener M4A, który ma kilka wersji, np. M4R będące domyślnym formatem zapisu dzwonków dla przychodzących połączeń na iPhone’ach.

M4A AAC jest wykorzystywane przez wiele serwisów, np. Apple Music, Tidal Premium, YouTube Music.

OPUS

W przeciwieństwie do MP3 Opus jest formatem otwartym, a do jego wykorzystywania nie jest wymagany zakup licencji. Opus ma kilka istotnych zalet wyróżniających go nie tylko na tle MP3, ale także AAC, czy Vorbis, np.

- rozbudowane narzędzia kompresji (częstotliwość próbkowania, bitrate, ilość kanałów, głośność, VBR. CBR, stopień kompresji, frame duration, packet_loss, cutoff)

- niskie opóźnienia dźwięku

Poniżej możecie zobaczyć pokrycie pasma tej samej piosenki co powyżej, lecz zakodowanej w formacie Opus:

Opus jest wykorzystywany przez wiele serwisów i urządzeń wspierających VoIP (Voice over Internet Protocol), np. WhatsApp, PlayStation 4.

Ogg Vorbis

Vorbis to darmowy i otwartoźródłowy kodek dźwięku, którego jakość porównywalna jest do AAC. Oba formaty oferują łatwy w obsłudze panel kompresji. To jednak nie koniec podobieństw, bowiem Vorbis również korzysta z kontenera, tutaj jest to Ogg.

Poniżej możecie zobaczyć pokrycie pasma tej samej piosenki co powyżej, lecz zakodowanej w formacie Vorbis:

Ogg Vorbis jest wykorzystywany przez wiele serwisów, np. Spotify, Qobuz, Bandcamp.

MP3 pozostanie z nami jeszcze wiele lat, nie tylko w naszej pamięci

MP3 zmieniło sposób, w jaki słuchamy muzyki i dzielimy się nią. Jego popularność w legalnej dystrybucji i w serwisach spod pirackiej bandery oraz bogata kompatybilność ze sprzętem sprawiły, iż MP3 stało się niemal synonimem muzyki cyfrowej. Dziś, kluczowi gracze na rynku muzycznym sięgają po młodsze i lepsze formaty niż MP3, choć ono nigdzie się nie wybiera (jeszcze) i pozostanie z nami na długie lata.

Hej, jesteśmy na Google News - Obserwuj to, co ważne w techu

Więcej na tematy: