История формата mp3

    Звуки самой разной природы окружают человека с момента его рождения. Согласитесь, если бы не они, наша жизнь потеряла многое. Только представьте себе, что в мире в одночасье исчезли задорный щебет птиц, завораживающий шум морского прибоя, заразительный смех ребёнка, да и вообще — человеческий голос. Тоска смертная! То-то мы и не мыслим своё существование без звука во всех его проявлениях, в музыкальном — прежде всего.

    Чтобы убедиться в сказанном, достаточно вспомнить, к примеру, своё ежедневное пребывание перед экраном включенного монитора. Как часто при этом вы слушаете музыку? Практически всегда, если не сказать постоянно. При этом мало кто задумывается о том, что стоит за музыкой в Сети, на жёстком диске ПК или планшета, карманного музыкального проигрывателя и прочих гаджетов. А ведь это вездесущий формат MP3 — ключевой в современном цифровом мире формат файлов для хранения звука. Он-то и станет героем сегодняшнего рассказа.

MP3 — что такое и как работает?

    Говоря языком профессионалов, MP3 представляет собой кодек третьего уровня (полное название с англ. — MPEG-1 Layer 3), созданный для кодирования и хранения звука с небольшими для человеческого восприятия потерями. Алгоритм сжатия, применяемый в формате MP3, позволяет существенно уменьшить размер аудиоданных (по некоторым оценкам, до 12 раз), если сравнивать с файлом Audio CD. При этом качество воспроизведения звука в формате MP3 практически ничем не отличается от оригинала. По крайней мере, в этом убеждено подавляющее большинство рядовых слушателей.

    Как при таком многократном сжатии качество звука остаётся неизменным? Всё довольно просто. В процессе цифровой обработки (кодирования в формат MP3) исходного аудиофайла из него удаляются определённые части звукового потока, которые человеческий слух не различает. Информация, оставшаяся в результате такой отфильтровки, записывается, а затем воспроизводится в урезанном виде. Такова суть работы формата MP3, если выражаться языком дилетантов.

    Благодаря компактности, формат MP3 стал незаменимым атрибутом эпохи цифровых технологий. Без него сегодня немыслима передача и хранение большей части аудиоконтента в Интернете. Его различают все популярные операционные системы, а также поддерживают все без исключения портативные и стационарные аудиоустройства. Словом, MP3 всему голова!

    Откуда растут ноги у этой головы? Узнаем дальше.

Во всём «виноваты» немцы

    В Интернете довольно распространено мнение о том, что история формата MP3 началась во второй половине 80-х годов прошлого века. На самом деле её истоки следует искать десятилетием ранее.

    В начале 1970-х в университете Эрлангена-Нюрнберга (Германия) собирается коллектив студентов-единомышленников под предводительством профессора Дитера Зайтцера. Цель группы — решить проблему высокоточной передачи человеческой речи посредством традиционных линий телефонной связи.

    Доподлинно неизвестно, чего добились на этой стезе исследователи, ибо во второй половине 70-х их первоначальная цель казалась уже не столь актуальной. Дело в том, что именно тогда в телекоммуникационной отрасли произошла настоящая революция — мир узнал про оптико-волоконный кабель и цифровую сеть связи (ISDN). Эксплуатация подобных новшеств оставляла группу Зайтцера с её задачей не у дел.

    Впрочем, отчаиваться ребята не стали, переключив своё внимание на решение другой проблемы, связанной с эффективным кодированием (компрессией) музыкальных сигналов.

    В 1979 году целеустремлённость учёных дала первые плоды. Зайтцер и Ко разработали первый в мире цифровой алгоритм, предназначенный для сжатия аудиоинформации. В ходе работы над его созданием особо усердствовал студент по имени Карлхайнц Бранденбург, впоследствии ставший «отцом» формата MP3. Именно он оказался тем человеком, который впервые обратил внимание своих коллег на то, что оптимальное сжатие аудиоконтента невозможно без учёта особенностей устройства слухового аппарата человека.

    В дальнейшем под руководством Зайтцера Бранденбург и остальные члены команды добились значительного улучшения алгоритмов сжатия цифрового звука. Вместе с тем необходимо отметить, что на тот момент результаты их исследований носили скорее теоретический, нежели прикладной характер. В массы их изыскания не пошли. Пока не пошли.

Эра CD-дисков, или Отсроченный триумф MP3

    Грянул 1981 год, когда миру явился компактный диск (англ. — Compact disc) или просто CD. Его появление, с одной стороны, знаменовало собой новую эру в записи, хранении и воспроизведении цифрового звука, а с другой — отход в тень исследований Бранденбурга.

    Эйфория, которая началась после старта в 1982 году массового производства CD-дисков, заметно остудила интерес широкой публики к проблеме компрессии цифровой аудиоинформации. И в самом деле — зачем забивать голову такими мелочами, если Audio CD позволяет хранить и воспроизводить довольно объёмный и при этом очень качественный аудиоконтент?! Ну и что, что не в сжатом виде?! Кого это волнует?!

    Тогда не волновало. Но прошло несколько лет, и бум цифровых технологий вновь актуализировал вопрос необходимости компрессии цифрового звука. Причин для этого было несколько. И главные из них сводились к следующему:

• ~ во-первых, в условиях ограниченности дискового пространства большинства ПК того времени (до 1000 MB) при одновременном росте цифрового контента нужно было придумать, как сэкономить это самое пространство;


• ~ во-вторых, скорость передачи цифровых данных оставляла желать лучшего, поэтому необходимо было найти решение, как её повысить;


• ~ в-третьих, нужно было создать новый формат записи звука, который благодаря своему удобству (небольшой размер плюс высокая скорость передачи) стал бы общепринятым для популярного в те времена программного обеспечения.

    И вот тут на сцену снова выходят наши старые знакомые — немецкие учёные. Которые с 70-х годов вели исследования в нужном направлении.

Формат MP3: постепенный восход

    Дальнейшие события, связанные с MP3, если отбросить некоторые детали, развивались лавинообразно. Убедиться в этом позволяет следующая хронология.

• 1987 год — между университетом Эрлангена-Нюрнберга и институтом Фраунгофера в рамках европейского агентства координации исследований создается исследовательский альянс. Последний получил кодовое название Project EU147. Project EU147 сосредоточился над решением проблемы цифровой трансляции аудиоконтента (англ. — Digital Audio Broadcasting). К слову, компанию немцев разбавили американцы и канадцы — исследовательские подразделения AT&T Bell Labs и Thomson. Во главе Проекта на сей раз стал Карлхайнц Бранденбург.


• 1988 год — создаются первые рабочие прототипы формата MP3. В январе этого же года под эгидой Международной организации по стандартизации (ISO) формируется орган, ответственный за разработку и внедрение международных стандартов сжатия и передачи цифрового видео- и аудиоконтента. Имя данной организации соответствовало её призванию — Экспертная группа по движущемуся изображению (англ. — Moving Picture Experts Group). В миру же — просто MPEG.


• В апреле 1989 года — институт Фраунгофера получает немецкий патент на MP3. Любопытно, но файлов такого формата ещё не существует в природе.


• 1991 год — Экспертная группа для нового стандарта компрессии цифровой информации MPEG-1 получает 14 различных предложений по сжатию аудиоконтента. Среди них имеется и экспериментальный кодек ASPEC (англ. — Adaptive Spectral Perceptual Entropy Coding), разработанный упомянутым выше альянсом.
  В конце концов (1992 год), выбор MPEG был сделан в пользу ASPEC, который, после определённых доработок и смены названия, стал базовым кодеком третьего уровня MPEG-1. Благодаря своим прогрессивным качествам этот кодек аудиосжатия вскоре стал использоваться отдельно от семейства MPEG-1 для хранения музыки на небольшом дисковом пространстве, а также для передачи аудиофайлов через Интернет. Но это было потом, а пока…


• …наступил 1994 год, и институт Фраунгофера представил новаторский программный продукт L3enc — первый в мире кодировщик в формат MP3.


• 1995 год — файлы данного формата получают расширение .mp3. До этого времени в условиях исследований для их обозначения использовалось расширение .bit. Таким образом, этот год считается днём официального рождения названия MP3.


• В сентябре произошло ещё одно знаковое событие — на свет появился первый в мире операционный MP3-плеер по имени WinPlay3. С его помощью миллионы людей в разных уголках планеты отныне могли сперва создавать, а затем проигрывать MP3-файлы на своих ПК. Началась эра MP3!

Мировое господство mp3

    Последующая история формата MP3 является констатацией его тотальной экспансии в мире.

• 1996 год — формат MP3 патентуется в США. Кроме того, популярная в те годы спутниковая радиосеть Worldspace Radio одной из первых объявляет об использовании формата MP3 для кодирования аудиоинформации.


• 1997 год — в Сети стартует портал mp3.com. Изначально на своих страницах он аккумулировал самую актуальную информацию, касающуюся нового формата (данные о кодировщиках, плеерах и т.д.). Спустя некоторое время ресурс превратился в крупнейший на планете легальный архив музыкальных MP3-файлов. В принципе, таким он остаётся и по сей день.


• 1998 год — появление на прилавках магазинов портативных MP3-плееров. Первыми стали «Rio 100» в США и «MPMAN» в Южной Корее. Время дисковых проигрывателей «Walkman» от Sony и их аналогов неумолимо близилось к концу.
  Этот год также знаменателен тем, что институт Фраунгофера (после ошеломительного успеха Winamp) стал требовать от всех, кто так или иначе пытался коммерчески эксплуатировать (зарабатывать на mp3) запатентованные им алгоритмы сжатия, покупку соответствующей лицензии. MP3-халява приказала долго жить!


• 1999 год — рекординговая компания SubPop первой в мире отважилась распространять музыкальные треки в формате MP3.


• 2000 год — в Штатах разразился настоящий бум продаж устройств, поддерживающих новый формат. С этого момента в США ежегодно реализуют миллионы единиц техники, ориентированной на поддержку MP3. А по всему миру, словно грибы после дождя, начинают появляться компании, специализирующиеся на производстве всевозможных mp3-устройств. Всё это доказывало, что данный формат постепенно превращается в культурный феномен нового тысячелетия.


• 2004 год — пресловутые немецкие разработчики работают над дальнейшим усовершенствованием алгоритмов сжатия аудиоконтента и, как итог, представляют на суд общественности обновленный формат — MP3 surround. Теперь проигрывание mp3-файлов позволяет добиться стереозвучания!


• 2007 год запомнился помпезным празднованием двадцатилетия успешной работы, в первую очередь немецких исследователей, на поприще развития алгоритмов аудиокодировки цифровой информации.


• После бурной гулянки работа в указанном направлении продолжилась. Это же немцы, ребята! В 2009 году институт Фраунгофера совместно с Technicolor явил миру MP3 HD. Обновлённый формат позволяет добиться оптимального сжатия, гарантируя при этом максимальное качество звучания без малейших потерь в оригинальном звуковом потоке.

Любопытный эпилог

    Рассказывать о золушке по имени MP3 можно нескончаемо долго, однако рамки одного материала этого просто не выдержат. Посему в завершении хотелось бы выразить благодарность умным немцам, благодаря которым наша жизнь и звук стали воистину неразделимы!

    Кстати, практичные немцы признают далеко не только абстрактную благодарность. По последним оценкам, развитие технологий, связанных с MP3, обеспечивает в Германии свыше 10 тысяч рабочих мест. Налоги, которые получает немецкая казна в результате коммерческой эксплуатации алгоритмов MP3, превышают 300 млн. евро в год. А сами немцы ежегодно тратят свыше 1,5 млрд. евро на mp3-плееры и сопутствующие аксессуары. Прекрасный бонус к всеобщей благодарности :)