Formaty bezstratne i stratne
Zasadniczo można wyróżnić dwie grupy formatów zapisu strumienia danych (np. dźwięku): są to pliki przechowujące dane w niezmienionej formie w stosunku do oryginału (bezstratne) oraz przechowujące w znacznie mniejszym rozmiarze, ale z utratą jakości (stratne).
Pierwsza grupa dzieli się dodatkowo na skompresowane i nieskompresowane. Przy czym kompresja jest bezstratna i należy na nią patrzeć w analogii do pakowania ZIP-em lub RAR-em, czyli wypakowanie oznacza odzyskanie danych w formie identycznej jak przed kompresją. Druga grupa to zawsze trwała utrata pewnej części danych o zapisie muzyki. Im większa kompresja, tym mniejszy plik do przechowywania na dysku lub przesłania przez sieć, ale coraz bardziej słyszalna różnica w utracie jakości muzyki w stosunku do pliku źródłowego.
Kodeki i kontenery
Do przetwarzania strumienia danych (np. dźwięku lub obrazu) służą tzw. kodery i dekodery. Są to najczęściej programy komputerowe lub urządzenia elektroniczne potrafiące zakodować (czyli przetworzyć) strumień danych na określoną postać (w odpowiedniej formie o zdefiniowanej strukturze) lub wykonać operację odwrotną, tj. zdekodować zakodowaną formę danych na strumień danych. Kodery i dekodery popularnie razem nazywa się kodekami.
Natomiast do przechowywania danych służą tzw. kontentery danych. W jednym kontenerze mogą zostać umieszczone różne typy danych – np. muzyka i obraz. Co więcej, w jednym kontenerze mogą znajdować się dane zakodowane przez różne kodeki. Innym kodekiem można zakodować obraz, innym dźwięk i tak powstałe dane umieścić w jednym wspólnym kontenerze.
Bez strat i bez kompresji
- WAV (właściwie RIFF WAVE), ang. wave form audio format
- AIFF, ang. Audio Interchange File Format
TYP: Kontener bez strat i kompresji
ROZSZERZENIE: .wav
HISTORIA: Chociaż format ten w podstawowym przygotowaniu pochodzi z lat 80 tych, to został wprowadzony dopiero w 1991 przez Microsoft i IBM z przeznaczeniem dla Windows 3.1. Przedtem nie miało to sensu, ponieważ zapotrzebowanie na pamięć nagrania stereo w jakości CD z 10 Mbit/s wykraczało poza ramy możliwości ówczesnych dysków twardych.
JAKOŚĆ: Ekstremalnie wysoka rozdzielczość. Standardowo utożsamiane jest z jakością płyty CD (tj. 44.1 kHz, 16 bit, stereo). Maksymalna rozdzielczość, jaką można obecnie spotkać to aż 384 kHz przy 32 bitach, a teoretycznie może być jeszcze więcej.
WIELKOŚĆ: Jak oryginalne CD
BRZMIENIE: Jak oryginalne CD
CIEKAWOSTKI: W pliku WAV można zapisać dźwięk oraz obraz wideo używając dowolnego kodeka. Najczęściej używa się jednak nieskompresowany format PCM (Pulse Code Modulation). Implementowanie wideo do WAV nie jest obecnie wspierane przez żadną aplikację poza Windows Media Player i dBpoweramp. WAV jest bardzo popularnym formatem, dlatego wszystkie urządzenia potrafią go odtwarzać. Wadą jest duży rozmiar pliku, przez co w Internecie wypierany jest przez inne formaty z kompresją. Maksymalny rozmiar pliku to 4 GB, ze względu na stosowanie 32-bitowych zmiennych.
TYP: Kontener bez strat i kompresji
ROZSZERZENIE: .aif lub .aiff
HISTORIA: AIFF jest mocno spokrewniony z WAV (wspólnie pochodzą z formatu IFF), a został wymyślony przez twórców gier komputerowych, a na początku lat 90-tych wszedł do standardu Apple. Jest odpowiednikiem pliku WAV na Macintoshach. Ze względu na rozprzestrzenianie się w studiach dźwiękowych komputerów Apple, AIFF stał się standardem w produkcji.
JAKOŚĆ: Ekstremalnie wysoka rozdzielczość. Maksymalna rozdzielczość, jaką można obecnie spotkać to aż 384 kHz przy 32 bitach, a teoretycznie może być jeszcze więcej.
WIELKOŚĆ: Jak oryginalne CD
BRZMIENIE: Jak oryginalne CD
CIEKAWOSTKI: AIFF jest formatem kontenerowym otwartym na wszystkie rodzaje danych (a więc nie tylko audio), a znaczniki mogą być, podobnie jak w WAV, teoretycznie dowolnie duże.
Z kompresją bezstratną
- FLAC, Free Lossless Audio Codec (wolny (otwarty) bezstratny kodek audio)
- ALAC, ang. Apple Lossless Audio Format (bezstratny format audio Apple)
TYP: Bezstratny format dźwięku z kompresją danych
ROZSZERZENIE: .flac
HISTORIA: Flac jest rozwijany od 2000 r. przez Fundację Xiph. Org i należy do stworzonej przez nią rodziny kodeków Ogg. Jest to niezależna organizacja non-profit, której celem jest tworzenie otwartych formatów multimedialnych i oprogramowania do nich. Format FLAC można analogią przyrównać do formatów takich jak ZIP czy RAR, bowiem kompresja dźwięku jest bezstratna, a więc kodek nie usuwa nic ze strumienia dźwięku, a jedynie odpowiednimi metodami zmniejsza wielkość pliku. Po dekompresji (niejako rozpakowaniu) otrzymujemy oryginalny dźwięk zgodny z tym, który został poddany kompresji przez kodek. Wydajność kompresji jest różna w zależności od złożoności utworu.
JAKOŚĆ: Ekstremalnie wysoka rozdzielczość. Aktualnie spotykana to 655 kHz przy max 32 bitach.
WIELKOŚĆ: Zapotrzebowanie na pamięć jest o 25 do 70% mniejsze niż ma to miejsce na oryginalnej płycie CD (format WAV)
BRZMIENIE: Jak oryginalne CD
CIEKAWOSTKI: Format jest szeroko wspierany przez producentów odtwarzaczy sieciowych.
TYP: Bezstratny format dźwięku z kompresją danych
ROZSZERZENIE: .m4a lub .mp4
HISTORIA: Wprowadzony w 2004 przez Apple, ALAC bazuje na tej samej zasadzie co FLAC. Bezstratne pliki dźwiękowe zostają spakowane do archiwum w analogiczny sposób, w jaki robi to ZIP czy RAR. Kodek Apple pracuje jednakże na innym algorytmie.
JAKOŚĆ: Ekstremalnie wysoka rozdzielczość. Dynamika może wynosić max 32 Bit, przy częstotliwości nie ma żadnych limitów.
WIELKOŚĆ: zapotrzebowanie na pamięć jest o 35 do 60 % mniejsze niż w oryginalnym CD. Przeciętnie jest to około 52%.
BRZMIENIE: Jak oryginalne CD
CIEKAWOSTKI: Chociaż podstawowe parametry i możliwości są porównywalne do FLAC-a w praktyce ALAC nie ma konkurencji. Z powodów polityki licencyjnej Apple, poza iTunes czy QuickTime ma skąpe wsparcie. Odkodowywanie formatu (czyli odzysk dźwięku ze skompresowanego pliku) nie wymaga dużych obciążeń obliczeniowych, dlatego format ten może być wykorzystywany do słabych urządzeń, jak np. iPody.
Kompresja i strata jakości
- MP3 (właściwie MPEG I, warstwa 3)
- AAC (zaawansowane kodowanie dźwięku, ang. Advanced Audio Coding; czasem mp4)
- WMA (Windows Media Audio)
- OGG
TYP: Kompresja danych i zredukowany format dźwięku (kompresja stratna)
ROZSZERZENIE: .mp3
HISTORIA: Został opracowany w 1982 r. w Instytucie Frauenhofer z naciskiem na zapis obrazu, ale też i dźwięku. Ze względu na fakt, że można za jego pomocą skompresować plik zawierający informacje o dźwięku nawet 12-krotnie w stosunku do formatu WAV, zyskał szerokie zastosowanie w komunikacji sieciowej. Z nadejściem ISDN i DSL stał się on standardem w rozprzestrzenianiu muzyki w sieci. Format ten ściągnął na siebie krytykę wielu miłośników muzyki za redukcje danych, mimo to jest nad wyraz lubiany do dzisiaj.
JAKOŚĆ: Max 48 kHz przy częstotliwości danych od 16 do 320 kbit
WIELKOŚĆ: Zapotrzebowanie na pamięć jest o 77 do 92% mniejsze niż w oryginalnym CD
BRZMIENIE: Przy typowej częstotliwości danych 128 kbit brzmienie jest matowe, basy zawierają mało detali i nie są tak wyczerpujące jak na CD. W tą częstotliwość danych nie powinno się wchodzić. 320 kbit wciąż zapewniają dobrą kompresję (oszczędność wielkości pliku) przy zachowaniu dobrej jakości. Muzyczne struktury prezentują się bardziej plastycznie, niektóre tytułu brzmią podobnie jak oryginalne nagranie CD, ale przestrzenność pozostawia wiele do życzenia.
W kompresji zastosowano między innymi model psychoakustyczny, tj. wykorzystano wiedzę na temat tego, jak fale dźwiękowe odbiera ludzkie ucho i co jest lepiej lub gorzej przez człowieka słyszalne. Dzięki temu możliwe jest usuwanie ze strumienia audio teoretycznie niepotrzebnych informacji pozostawiając podobne wrażenie w odbiorze muzyki. Im więcej zostanie usunięte, tym mniejszy plik, ale pogorszenie jakości dźwięku bardziej słyszalne. Strumień audio zamieniony na MP3 traci bezpowrotnie pewną ilość informacji o dźwięku i nie można jej już odzyskać.
CIEKAWOSTKI: Ten jeden z najstarszych formatów, jest do dziś najbardziej rozpowszechniony. Obsługiwany jest praktycznie przez wszystkie urządzenia od komputerów poprzez przenośne odtwarzacze i urządzenia stacjonarne oraz odtwarzacze sieciowe.
TYP: Kompresja danych i zredukowany format dźwięku (kompresja stratna)
ROZSZERZENIE: .aac, mp4 albo m4a
HISTORIA: Wprowadzony początkiem nowego tysiąclecia jako format mający wyeliminować wady MP3. ACC przyniósł z sobą szereg ulepszeń, które dotyczą przede wszystkim inteligencji i możliwości kodeka. Między innymi obsługuje szerszy zakres próbkowania niż MP3 i może obsłużyć teoretycznie nawet 48 kanałów. Jest wydajniejszy i lepiej przenosi wyższe częstotliwości . Generalnie, przy zachowaniu podobnych rozmiarów daje lepszą jakość niż MP3.
JAKOŚĆ: Obecnie są następujące możliwości: 44 – 96 kHz przy 16 bit i częstotliwości danych max 320 kbit
WIELKOŚĆ: Zapotrzebowanie na pamięć jest o 77 do 92% mniejsze niż na oryg. CD
BRZMIENIE: AAC brzmi świeżej, żywiej i swobodniej niż MP3. Jednakże, gdy MP3 zostało doposażone o pewne nowości z MP4, to wcześniejsza większa różnica brzmienia pomiędzy tymi 2 formatami obecnie się skurczyła. Największą zaletą ACC jest to, że zachowuje on dźwiękowy charakter zbliżony do oryginału, w przeciwieństwie do MP3. ACC pozostaje najlepszym stratnym formatem.
CIEKAWOSTKI: ze względu na to że nazwy rozszerzeń plików pochodzą ze standardu MPEG, istnieje możliwość pomyłki z plikami ALAC. Jest standardem między innymi dla dźwięku w YouTube.
TYP: Kompresja danych i zredukowany format dźwięku (format stratny)
ROZSZERZENIE: .wma
HISTORIA: Wynaleziony dla internetowego telefonu przez Microsoft, WMA został końcem lat 90-tych częścią platformy Windows Media i wypełnia obok WMV (wideo) i ASF(streaming audio) nisze audio we wszystkich systemach napędowych Microsoft od Windows 98. Stanowi konkurencję dla MP3.
JAKOŚĆ: 48kHz/24 bit przy max 192 kbit
WIELKOŚĆ: Zapotrzebowanie na pamięć jest o 86 do 95% mniejsze niż przy oryginalnym CD (jeszcze mniejsze niż MP3)
BRZMIENIE: Pod względem dźwięku redukcja jest znaczna i niekiedy słyszalny jest sygnał zakłócający. W stosunku do MP3 lepiej radzi sobie jedynie przy niskim bitrate (96 kb/s i mniej).
CIEKAWOSTKI: Nie należy mylić formatu WMA z nowym WMA HD. Opcja HD pracuje na wysokiej rozdzielczości z 96 kHz i 24bit przy częstotliwości danych 768 kbit. Przy prawidłowym przetworzeniu brzmienie może wyraźnie prześcignąć bez większego problemu jakość oryginalnego CD. Niestety WMA nie jest wspierane przez wszystkich, więc zapisanej muzyki w tym formacie nie uda się odtworzyć na wielu urządzeniach (np. na iPod) czy w programach.
TYP: Kompresja danych i zredukowany format dźwięku (kompresja stratna)
ROZSZERZENIE: .ogg
HISTORIA: OGG tak jak FLAC pochodzi z Xiph.Org Fundation i w 1998r. został wprowadzony na rynek bez licencji (nie jest ograniczony patentami), jako rywal MP3.
JAKOŚĆ: Potrafi obsłużyć do 255 kanałów i ponad 16-bitowy dźwięk w zakresie 6-48 kHz.
WIELKOŚĆ: Zapotrzebowanie na pamięć jest o 74 do 90% mniejsze niż przy oryg. CD
BRZMIENIE: OGG skłaniający się do ostrego brzmienia i niewielkiej plastyczności nie robi dobrego wrażenia. W rzeczywistości można go usytuować jeszcze za WMA na ostatnim miejscu, chociaż przykładowo w 2005 roku w magazynie Stereo w porównaniu z innymi formatami OGG był na pierwszym miejscu wśród formatów stratnych.