Windows Media Audio - Windows Media Audio

Acest articol este despre software de codificare și decodare audio. Pentru formatul de fișier container, consultați .wma .

Windows Media Audio ( WMA ) este o serie de codecuri audio și formatele lor corespunzătoare de codare audio dezvoltate de Microsoft . Este o tehnologie proprietară care face parte din cadrul Windows Media . WMA constă din patru codecuri distincte. Codecul WMA original, cunoscut pur și simplu ca WMA , a fost conceput ca un concurent al popularelor codecuri MP3 și RealAudio . WMA Pro , un codec mai nou și mai avansat, acceptă sunet multicanal și de înaltă rezoluție . Un codec fără pierderi , WMA Lossless , comprimă datele audio fără pierderea fidelității audio (formatul WMA obișnuit are pierderi ). WMA Voice , orientat către conținutul vocal, aplică compresie utilizând o gamă de rate de biți mici . Microsoft a dezvoltat, de asemenea, un format de container digital numit Advanced Systems Format pentru a stoca audio codat de WMA.

Istoria dezvoltării

Primul codec WMA s-a bazat pe munca anterioară a lui Henrique Malvar și a echipei sale, care a fost transferată echipei Windows Media de la Microsoft. Malvar a fost cercetător principal și manager al grupului de procesare a semnalului la Microsoft Research , a cărui echipă a lucrat la proiectul MSAudio . Primul codec finalizat a fost denumit inițial MSAudio 4.0 . Ulterior a fost lansat oficial sub numele de Windows Media Audio , ca parte a Windows Media Technologies 4.0. Microsoft a susținut că WMA ar putea produce fișiere care au jumătate din mărimea fișierelor MP3 de calitate echivalentă; Microsoft a susținut, de asemenea, că WMA a livrat audio „aproape de calitate CD” la 64 kbit / s. Cu toate acestea, prima afirmație a fost respinsă de unii audiofili . RealNetworks a contestat, de asemenea, afirmațiile Microsoft referitoare la calitatea audio superioară a WMA în comparație cu RealAudio.

Versiunile mai noi ale WMA au devenit disponibile: Windows Media Audio 2 în 1999, Windows Media Audio 7 în 2000, Windows Media Audio 8 în 2001 și Windows Media Audio 9 în 2003. Microsoft a anunțat pentru prima dată planurile sale de a licenția tehnologia WMA către terți în 1999 Înainte de Windows XP , fișierele WMA erau transmise în principal utilizând filtrul sursă Windows Media ( codec DirectShow ), ulterior fiind eliminate în Windows Vista cu adăugarea Media Foundation. Deși versiunile anterioare ale Windows Media Player redau fișiere WMA, suportul pentru crearea fișierelor WMA nu a fost adăugat până la a șaptea versiune. În 2003, Microsoft a lansat noi codecuri audio care nu erau compatibile cu codecul WMA original. Aceste codecuri erau Windows Media Audio 9 Professional , Windows Media Audio 9 Lossless și Windows Media Audio 9 Voice .

Toate versiunile WMA lansate de la versiunea 9.0 - și anume 9.1, 9.2 și 10 - au fost compatibile cu decodorul original v9 și, prin urmare, nu sunt considerate codecuri separate. Singura excepție de la acest lucru este codecul WMA 10 Professional al cărui mod Low Bit Rate (LBR) este compatibil doar înapoi cu decodorele WMA Professional mai vechi la o rată de eșantionare jumătate (similar cu modul în care HE-AAC este compatibil înapoi cu AAC-LC). Decodarea cu fidelitate completă a fluxurilor de biți WBR 10 Professional LBR necesită un decodor WMA 10 sau mai nou.

Formatul containerului

Articol principal: Advanced Systems Format

Un fișier WMA este în majoritatea circumstanțelor conținut în Advanced Systems Format (ASF), un format de container Microsoft proprietar pentru audio digital sau video digital . Formatul containerului ASF specifică modul în care trebuie codate metadatele despre fișier, similar cu etichetele ID3 utilizate de fișierele MP3. Metadatele pot include numele melodiei, numărul piesei, numele artistului, precum și valorile de normalizare audio . Acest container poate sprijini opțional gestionarea drepturilor digitale (DRM) utilizând o combinație de schimb de chei de criptografie cu curbă eliptică , cifrare bloc DES , un cifrat bloc personalizat, cifru flux RC4 și funcția de hash SHA-1 . Consultați Windows Media DRM pentru informații suplimentare.

Din 2008, Microsoft folosește și WMA Professional în formatul său de fișier protejat interoperabil (PIFF) bazat pe formatul de fișier media ISO de bază și cel mai frecvent utilizat pentru Streaming Smooth, o formă de streaming adaptiv al ratei de biți prin HTTP. Standardele conexe din industrie, cum ar fi DECE UltraViolet și MPEG-DASH, nu au standardizat WMA ca codec audio acceptat, decidând în favoarea codecurilor audio MPEG și Dolby mai răspândite în industrie.

Codecuri

Fiecare fișier WMA are o singură pistă audio într-unul dintre cele patru sub-formate: WMA, WMA Pro, WMA Lossless sau WMA Voice. Aceste formate sunt implementate diferit unele de altele, astfel încât sunt distincte din punct de vedere tehnic și incompatibile reciproc; adică un dispozitiv sau software compatibil cu un sub-format nu acceptă, prin urmare, automat niciunul dintre celelalte codecuri. Fiecare codec este explicat în continuare mai jos.

Windows Media Audio

Windows Media Audio (WMA) este cel mai comun codec dintre cele patru codecuri WMA. Utilizarea colocvială a termenului WMA , în special în materialele de marketing și specificațiile dispozitivului, se referă de obicei numai la acest codec. Prima versiune a codecului lansată în 1999 este considerată WMA 1. În același an, sintaxa fluxului de biți sau algoritmul de compresie a fost modificată în moduri minore și a devenit WMA 2. De atunci, au fost lansate versiuni mai noi ale codecului , dar procesul de decodare a rămas același, asigurând compatibilitatea între versiunile de codec. WMA este un codec audio cu pierderi bazat pe studiul psihoacusticii . Semnalele audio care sunt considerate imperceptibile pentru urechea umană sunt codificate cu rezoluție redusă în timpul procesului de compresie.

WMA poate codifica semnale audio eșantionate până la 48  kHz cu până la două canale discrete ( stereo ). WMA 9 a introdus tehnici de codare a ratei de biți variabile (VBR) și a ratei de biți medii (ABR) în codificatorul MS, deși ambele au fost suportate tehnic de formatul original. WMA 9.1 a adăugat, de asemenea, suport pentru audio cu întârziere redusă, ceea ce reduce latența pentru codificare și decodare.

În esență, WMA este un coder de transformare bazat pe transformată de cosinus discret modificată (MDCT), oarecum similară cu AAC , Cook și Vorbis . Fluxul de biți al WMA este compus din supercadruri, fiecare conținând 1 sau mai multe cadre de 2048 de probe. Dacă rezervorul de biți nu este utilizat, un cadru este egal cu un supercadru. Fiecare cadru conține un număr de blocuri, care sunt 128, 256, 512, 1024 sau 2048 eșantioane mult timp după ce au fost transformate în domeniul frecvenței prin MDCT. În domeniul frecvenței, se determină mascarea eșantioanelor transformate și apoi utilizată pentru recantificarea eșantioanelor. În cele din urmă, probele în virgulă mobilă sunt descompuse în părți de coeficient și exponent și sunt codificate independent huffman . Informațiile stereo sunt de obicei codificate la mijloc / lateral . La rate de biți mici, perechile spectrale de linie (de obicei mai puțin de 17 kbit / s) și o formă de codare a zgomotului (de obicei mai mică de 33 kbit / s) pot fi, de asemenea, utilizate pentru a îmbunătăți calitatea.

La fel ca AAC și Ogg Vorbis, WMA a fost destinat să soluționeze deficiențele percepute în standardul MP3. Având în vedere obiectivele lor comune de proiectare, cele trei formate au ajuns să facă alegeri de proiectare similare. Toate cele trei sunt codecuri de transformare pure. Mai mult, implementarea MDCT utilizată în WMA este în esență un superset al celor utilizate în Ogg și AAC, astfel încât WMA iMDCT și rutinele de fereastră pot fi utilizate pentru a decoda AAC și Ogg Vorbis aproape nemodificate. Cu toate acestea, cuantificarea și codarea stereo sunt tratate diferit în fiecare codec. Principala trăsătură distinctivă a formatului WMA Standard este utilizarea sa unică a 5 dimensiuni de blocuri diferite, în comparație cu MP3, AAC și Ogg Vorbis, care fiecare limitează fișierele la doar două dimensiuni. WMA Pro extinde acest lucru prin adăugarea unei dimensiuni a 6-a bloc utilizate la o rată de eșantionare 88,2 / 96 kHz.

Dispozitivele PlaysForSure certificate , precum și un număr mare de dispozitive necertificate, de la playere portabile de muzică portabile la playere DVD de top , acceptă redarea fișierelor WMA. Majoritatea magazinelor online certificate PlaysForSure distribuie conținut numai utilizând acest codec. În 2005, Nokia și-a anunțat planurile de a sprijini redarea WMA în viitoarele telefoane Nokia. În același an, a fost disponibilă o actualizare pentru PlayStation Portable (versiunea 2.60) care a permis redarea fișierelor WMA pe dispozitiv pentru prima dată.

Windows Media Audio Professional

Captură de ecran a Windows Media Encoder 9 Series, care afișează noi opțiuni de codare pentru Windows Media Audio 10 Professional.

Windows Media Audio Professional (WMA Pro) este un codec îmbunătățit cu pierderi strâns legat de standardul WMA. Păstrează majoritatea acelorași caracteristici generale de codificare, dar are și strategii îmbunătățite de codificare și cuantificare a entropiei, precum și o codificare stereo mai eficientă. În special, multe dintre caracteristicile ratei de biți scăzute ale standardului WMA au fost eliminate, deoarece codecul de bază este conceput pentru o codificare eficientă la majoritatea bitrate-urilor. Principalii săi concurenți includ AAC , HE-AAC , Vorbis , Dolby Digital și DTS. Suportă adâncimea de biți de eșantionare pe 16 biți și 24 biți, rate de eșantionare de până la 96 kHz și până la opt canale discrete ( 7,1 canale surround ). WMA Pro acceptă, de asemenea , compresia dinamic , care reduce diferența de volum între cele mai puternice și cele mai silențioase sunete din pista audio. Potrivit lui Amir Majidimehr de la Microsoft, WMA Pro ar putea teoretic să depășească sunetul surround 7.1 și să accepte „un număr nelimitat de canale”; cu toate acestea, Microsoft a ales să își limiteze capacitatea actuală la opt (7.1 canale discrete).

Sintaxa fluxului de biți al codecului a fost înghețată la prima versiune, WMA 9 Pro. Versiunile ulterioare ale WMA Pro au introdus codarea ratei de biți reduse, sunetul cu întârziere redusă, modul de interpolare a frecvenței și o gamă extinsă de opțiuni de codare a ratei de eșantionare și a adâncimii de biți . Un fișier WMA 10 Pro comprimat cu modul de interpolare a frecvenței cuprinde o pistă WMA 9 Pro codificată la jumătate din rata de eșantionare originală, care este apoi restaurată utilizând un nou algoritm de compresie. În această situație, jucătorii WMA 9 Pro care nu au fost actualizați la codecul WMA 10 Pro pot decoda doar fluxul WMA 9 Pro de calitate inferioară. Începând cu WMA 10 Pro, codarea pe opt canale începe la 128 kbit / s, iar piesele pot fi codificate la rezoluția nativă a CD-ului audio (44,1 kHz, 16 biți), anterior domeniul WMA Standard.

În ciuda unui număr tot mai mare de dispozitive acceptate și a superiorității sale față de WMA, WMA Pro are încă puțin suport hardware și software. Câteva excepții notabile de la aceasta sunt Microsoft Zune (limitat la stereo), Xbox 360 , dispozitive cu Windows Mobile cu Windows Media Player 10 Mobile, dispozitive mai noi Toshiba Gigabeat și Motorola și dispozitive care rulează versiuni recente ale firmware-ului alternativ Rockbox . În plus, WMA Pro este o cerință pentru programul de certificare WMV HD . În ceea ce privește software-ul, Verizon utilizează WMA 10 Pro pentru serviciul său de muzică V CAST, iar Windows Media Player 11 a promovat codecul ca alternativă la WMA pentru copierea pieselor de CD audio. WMA Pro este acceptat în Silverlight începând cu versiunea 2 (deși numai în modul stereo). În absența hardware-ului audio adecvat, WMA Pro poate amesteca automat audio multicanal la stereo sau mono , iar rezoluția de 24 de biți la 16 biți în timpul redării.

Un exemplu remarcabil de utilizare a WMA Pro în locul WMA Standard este site-ul web NBC Olympics, care folosește WMA 10 Pro în modul său cu viteză redusă de biți la 48 kbit / s.

Windows Media Audio Lossless

Etichetă pentru sunetul surround 5.1, configurația maximă a canalului pentru Windows Media Audio Lossless.

Windows Media Audio 9 Lossless este o încarnare fără pierderi a Windows Media Audio, un codec audio de la Microsoft , lansat la începutul anului 2003. Acesta comprimă un CD audio într-un interval cuprins între 206 și 411 MB, la rate de biți de 470 la 940 kbit / s. Rezultatul este un duplicat bit-pentru-bit al fișierului audio original; cu alte cuvinte, calitatea audio de pe CD va fi aceeași cu fișierul la redare. WMA Lossless folosește aceeași extensie de fișier .WMA ca alte formate Windows Media Audio. Suportă 6 canale discrete și audio fără pierderi de până la 24 de biți / 96 kHz. Formatul nu a fost niciodată documentat public, deși un decodor open source a fost proiectat invers pentru platformele non-Microsoft de proiectele libav și ffmpeg .

Windows Media Audio Lossless (WMA Lossless) este un codec audio fără pierderi care concurează cu ATRAC Advanced Lossless, Dolby TrueHD , DTS-HD Master Audio , Shorten , Monkey's Audio , FLAC , Apple Lossless și WavPack (De la sfârșitul anului 2011, ultimele trei au avantajul de a fi software open source și disponibil pentru aproape orice sistem de operare .) Proiectat în scopuri arhivistice, acesta comprimă semnalele audio fără pierderea calității din original folosind VBR. Când este decomprimat, semnalul audio este o replică exactă a originalului. Prima versiune a codecului, WMA 9 Lossless, și reviziile sale acceptă până la 96 kHz, audio pe 24 de biți pentru până la 6 canale discrete ( surround 5.1 canale ) cu control de compresie a intervalului dinamic. Raportul de compresie tipic pentru muzică variază între 1,7: 1 și 3: 1.

Suportul hardware pentru codec este disponibil pe Cowon A3, Cowon S9, Bang & Olufsen Serenata Sony Walkman seria NWZ-A și NWZ-S, Zune 4, 8 , 80 30 , Zune 120 (cu versiunea de firmware 2.2 sau ulterioară) și Dispozitive cu Zune HD , Xbox 360 , Windows Mobile cu Windows Media Player 10 Mobile, Windows Phone (versiunea 8 și mai sus), modelele Toshiba Gigabeat S și V, Toshiba T-400, Meizu M3 și Insignia NS-DV de Best Buy , Playere de muzică Pilot și Sport. Logitech Squeezebox Touch acceptă acum formatul în mod nativ, deși anterior îl suporta doar prin transcodare. La fel ca WMA Standard, WMA Lossless este utilizat de câteva magazine online pentru a distribui muzică online. Similar cu WMA Pro, decodorul WMA Lossless poate efectua o mixare redusă atunci când nu există hardware audio capabil. Începând cu 2012, proiectele ffmpeg și libav au decodoare open source WMA Lossless bazate pe ingineria inversă a decodorului oficial. Doar fișierele WMA pe 16 biți pot fi decodate cu succes de ffmpeg începând cu 20 iunie 2012.

Windows Media Audio Voice

Windows Media Audio Voice (WMA Voice) este un codec audio cu pierderi care concurează cu Speex (utilizat în propriul serviciu online Xbox Live al Microsoft ), ACELP și alte codecuri. Proiectat pentru aplicații de redare vocală cu lățime de bandă redusă, folosește filtrarea sunetului în trecerea joasă și în trecerea înaltă în afara intervalului de frecvență a vorbirii umane pentru a obține o eficiență de compresie mai mare decât WMA. Poate detecta automat secțiuni ale unei piste audio care conțin atât voce, cât și muzică și poate folosi în schimb algoritmul standard de compresie WMA. WMA Voice acceptă până la 22,05 kHz numai pentru un singur canal (mono). Codificarea este limitată la rata de biți constantă (CBR) și până la 20 kbit / s. Prima și singura versiune a codecului este WMA 9 Voice.

Dispozitivele Windows Mobile cu Windows Media Player 10 Mobile au suport nativ pentru redarea WMA 9 Voice. În plus, BBC World Service a angajat WMA Voice pentru serviciul său de transmisie prin radio pe internet .

Calitatea sunetului

Consultați testul de ascultare codec pentru un tabel cu rezultatele testului de ascultare dublu-orb.

Microsoft susține că sunetul codat cu WMA sună mai bine decât MP3 la aceeași rată de biți; Microsoft susține, de asemenea, că sunetul codat cu WMA la rate de biți mai mici sună mai bine decât MP3 la rate de biți mai mari. Testele de ascultare dublu orb cu alte codecuri audio cu pierderi au arătat rezultate variate, de la eșecul în a susține afirmațiile Microsoft despre calitatea sa superioară până la supremația față de alte codecuri. Un test independent efectuat în mai 2004 la 128 kbit / s a ​​arătat că WMA este aproximativ echivalent cu LAME MP3; inferior AAC și Vorbis; și superior ATRAC3 (versiunea software).

Unele studii au concluzionat:

  • La 32 kbit / s , standardul WMA a fost semnificativ mai bun decât LAME MP3, dar nu mai bun decât alte codecuri moderne într-un test colectiv independent în iulie 2004.
  • La 48 kbit / s , WMA 10 Pro a fost clasat pe locul al doilea după Nero HE-AAC și mai bun decât WMA 9.2 într-un test de ascultare independent organizat și susținut de Sebastian Mares și Hydrogenaudio Forums în decembrie 2006. Cu toate acestea, acest test a folosit CBR pentru WMA 10 Pro și VBR pentru celelalte codecuri.
  • La 64 kbit / s , WMA Pro a depășit Nero HE-AAC într-un test de ascultare comandat de Microsoft, dar realizat independent de National Software Testing Labs în 1999. Din 300 de participanți, „71% din toți ascultătorii au indicat că WMA Pro este egal cu sau mai bine decât EL AAC. " Cu toate acestea, un test de ascultare publică din septembrie 2003 efectuat de Roberto Amorim a constatat că ascultătorii preferă MP3 de 128 kbit / s MP3 decât audio WMA 64 kbit / s cu o încredere mai mare de 99% .
  • La 80 kbit / s și 96 kbit / s , WMA avea o calitate mai mică decât HE-AAC, AAC-LC și Vorbis; calitate aproape echivalentă cu MP3 și o calitate mai bună decât MPC în testele individuale efectuate în 2005.
  • La 128 kbit / s , a existat o legătură în patru direcții între aoTuV Vorbis, LAME MP3, WMA 9 Pro și AAC într-un test la scară largă în ianuarie 2006, fiecare codec sunând aproape de fișierul de muzică necomprimat pentru majoritatea ascultătorilor.
  • La 768 kbit / s , WMA 9 Pro a oferit un răspuns cu spectru complet la jumătate din rata de biți necesară pentru DTS într-un test comparativ efectuat de EDN în octombrie 2003. Eșantionul de test a fost o pistă audio surround de 48 kHz, 5.1 canale.

Critica calității revendicate

Afirmațiile Microsoft privind calitatea sunetului WMA au adus deseori reclamații. „Unii audiofili contestă afirmațiile Microsoft cu privire la calitatea WMA”, potrivit unui articol publicat de EDN. Un alt articol din MP3 Developments a scris că afirmația Microsoft cu privire la audio de calitate CD la 64 kbit / s cu WMA era „foarte departe de adevăr”. În primele etape ale dezvoltării WMA, un reprezentant de la RealNetworks a susținut că WMA este un „efort clar și inutil al Microsoft de a ajunge din urmă la RealAudio 8”.

Microsoft a afirmat uneori că calitatea sunetului WMA la 64 kbit / s este egală sau o depășește pe cea a MP3-ului la 128 kbit / s (atât WMA cât și MP3 sunt considerate aproape transparente la 192 kbit / s de majoritatea ascultătorilor). Într-un studiu din 1999 finanțat de Microsoft, National Software Testing Laboratories (NSTL) a constatat că ascultătorii preferă WMA la 64 kbit / s MP3 la 128 kbit / s (așa cum este codificat de MusicMatch Jukebox ).

Atât codificatoarele MP3, cât și cele WMA au fost dezvoltate și îmbunătățite activ de mulți ani, astfel încât calitatea lor relativă se poate schimba în timp.

Jucători

În afară de Windows Media Player, majoritatea formatelor de compresie WMA pot fi redate folosind ALLPlayer , VLC media player , Media Player Classic , MPlayer , RealPlayer , Winamp , Zune Software (cu anumite limitări - suport pentru plugin DSP și ieșirea DirectSound este dezactivată utilizând funcția implicită Plugin WMA) și multe alte playere media software. Software-ul de gestionare media Microsoft Zune acceptă majoritatea codecurilor WMA, dar folosește o variantă a Windows Media DRM care este utilizată de PlaysForSure.

Proiectul FFmpeg a proiectat invers și a re-implementat codecurile WMA pentru a permite utilizarea acestora pe sisteme de operare compatibile POSIX , cum ar fi Linux . Proiectul Rockbox a extins în continuare acest codec pentru a fi potrivit pentru nucleele încorporate, permițând redarea pe playere MP3 portabile și telefoane mobile care rulează software open source. RealNetworks a anunțat planuri de a sprijini redarea fișierelor WMA fără DRM în RealPlayer pentru Linux. Pe platforma Macintosh , Microsoft a lansat o versiune PowerPC a Windows Media Player pentru Mac OS X în 2003, dar dezvoltarea ulterioară a software-ului a încetat. Microsoft susține în prezent Flip4Mac WMA terță parte , o componentă QuickTime care permite utilizatorilor Macintosh să redea fișiere WMA în orice player care utilizează cadrul QuickTime. Cu toate acestea, Flip4Mac nu acceptă codecul Windows Media Audio Voice.

Nu toate dispozitivele Android au suport nativ pentru fișierele WMA, deoarece platforma Android de bază nu acceptă acest format, dar există și software-ul terț care îl acceptă.

Formatul WMA poate fi redat în aproape toate dispozitivele Windows Mobile și ulterior Windows Phone.

Codificatori

Software-ul care poate exporta audio în format WMA include Windows Media Player, Windows Movie Maker , Microsoft Expression Encoder , Sony Sound Forge , GOM Player , RealPlayer , Adobe Premiere Pro , Adobe Audition și Adobe Soundbooth . Microsoft Office OneNote acceptă codificarea în toate codecurile WMA, iar Windows Media Encoder acceptă, de asemenea, toate opțiunile de rată de biți și rezoluție disponibile. Playerele open source precum VLC media player pot face și unele codificări.

Gestionarea drepturilor digitale

Articol principal: Windows Media DRM

Codecurile WMA sunt cele mai des utilizate cu formatul container ASF, care are o facilitate opțională DRM. Windows Media DRM, care poate fi utilizat împreună cu WMA, acceptă servicii de abonament cu muzică limitată în timp, precum cele oferite de serviciile de descărcare nelimitate, inclusiv URGE , Napster , Rhapsody , Yahoo! Music Unlimited și Virgin Digital . Windows Media DRM, o componentă a PlaysForSure și Windows Media Connect , este acceptat pe multe dispozitive audio portabile moderne și clienți media streaming, cum ar fi Roku , SoundBridge , Xbox 360 și Wii . Jucătorii care acceptă formatul WMA, dar nu Windows Media DRM, nu pot reda fișiere protejate prin DRM.

Vezi si

Referințe

linkuri externe