Акустическое кодирование с адаптивным преобразованием ( ATRAC ) — это семейство запатентованных алгоритмов сжатия звука, разработанных Sony . MiniDisc был первым коммерческим продуктом, включавшим ATRAC, в 1992 году. ATRAC позволил относительно небольшому диску, такому как MiniDisc, иметь то же время работы, что и компакт-диск , сохраняя при этом аудиоинформацию с минимальной ощутимой потерей качества. Улучшения кодека в виде ATRAC3, ATRAC3plus и ATRAC Advanced Lossless последовали в 1999, 2002 и 2006 годах соответственно. [1]
Файлы в формате ATRAC3 изначально имели .aa3расширение, однако в большинстве случаев файлы будут храниться в аудиоконтейнере OpenMG с расширением .oma. Раньше файлы, зашифрованные с помощью OpenMG, имели .omgрасширение, которое было заменено .omaзапуском в SonicStage v2.1. Начиная с версии 3.2, шифрование больше не является обязательным.
Другие производители мини-дисков, такие как Sharp и Panasonic, также внедрили свои собственные версии кодека ATRAC.
ATRAC был разработан для формата Sony MiniDisc . ATRAC был обновлен версией 2, затем версией 3, версией 4, версией 4.5, а также типом R и типом S. [2]
Первым крупным обновлением стал ATRAC3 (не путать с версией 3 оригинального ATRAC) в 1999 году. [3] ATRAC3 использовался на MiniDisc, а также Network Walkman и Vaio Music Clip. ATRAC3plus был выпущен в 2003 году для Hi-MD , но также был совместим с некоторыми устройствами PlayStation , VAIO и Xplod. [4]
31 марта 2008 года Sony практически отказалась от кодеков, связанных с ATRAC, в США и Европе, а также в своем Connect Music Store на базе SonicStage (эквивалент iTunes и iTunes Music Store от Sony ). Частично это произошло из-за низкого распространения формата: источник утверждал, что 90% европейских пользователей Walkman не использовали ATRAC. Цифровые проигрыватели Walkman за пределами Японии больше не работали с ATRAC после сентября 2007 года. [5]
До 1 октября 2012 года ATRAC был единственным кодеком, доступным для загрузки музыки с Mora , пока они не перешли на модель без DRM и в следующем году не начали предлагать файлы FLAC . [6] [7]
ATRAC9 был разработан для аудио PlayStation и дебютировал на PlayStation Vita. [4]
Битрейт ATRAC 292 кбит/с [8] , использованный на оригинальных мини-дисках, был разработан так, чтобы быть близким к качеству звука компакт-диска. Спустя годы ATRAC был улучшен по сравнению с более ранними версиями с аналогичным битрейтом. Для сравнения, компакт-диски кодируются со скоростью 1411,2 кбит/с, а кодеры без потерь могут кодировать большинство компакт-дисков со скоростью ниже 1000 кбит/с с дальнейшим снижением битрейта для облегчения кодирования контента, такого как голос.
Алгоритмы ATRAC были разработаны в тесном сотрудничестве с инженерами-разработчиками интегральных схем LSI компании Sony с целью создания продукта, способного кодировать на высоких скоростях и с минимальным энергопотреблением. [9] Это контрастирует с другими кодеками, разработанными для компьютеров без учета ограничений портативного оборудования. Это отражено в конструкции кодеков ATRAC, которые делают упор на одновременную обработку меньших групп выборок для экономии памяти за счет эффективности сжатия и дополнительных умножений. Эти компромиссы логичны для систем DSP , где память часто стоит дороже по сравнению с производительностью умножителя.
Sony Walkmans обеспечивают лучшее время автономной работы при воспроизведении файлов ATRAC, чем при воспроизведении файлов MP3 . Однако, поскольку Sony предлагает совместимость ATRAC только в телефонах серии Sony Ericsson Walkman на японском рынке, она не поддерживается в телефонах рынка GSM / UMTS . Серия автомобильных проигрывателей компакт-дисков Sony Xplod поддерживает компакт-диски ATRAC. Мини-диски с песнями формата ATRAC в прошлом поддерживались автомобильными стереосистемами марки Eclipse.
ATRAC1 впервые был использован в системе SDDS собственного театрального формата Sony в 1990-х годах и в этом контексте является прямым конкурентом Dolby Digital (AC3) и DTS . SDDS использует ATRAC1 с 8-канальным кодированием и общей скоростью кодирования по всем каналам 1168 кбит/с.
Два сложенных друг на друга квадратурных зеркальных фильтра разделяют сигнал на три части:
Полное стереофоническое (т.е. независимое канальное) кодирование со скоростью передачи данных 292 кбит/с.
Высокочастотный фильтр нижних частот зависит от сложности материала; некоторые кодировки имеют четкость содержимого до 22,05 кГц.
ATRAC1 также можно использовать в моно (одноканальном) режиме, что удваивает время записи.
FFmpeg имеет реализацию [10] декодера ATRAC1.
Подобно ATRAC1 и MP3, ATRAC3 также представляет собой гибридный поддиапазон — кодер MDCT , но с некоторыми отличиями.
В ATRAC3 трехслойный QMF разделяет сигнал на 4 части:
Затем четыре поддиапазона кодируются MDCT с использованием преобразования фиксированной длины. В отличие от почти всех современных форматов, длину преобразования нельзя изменять для оптимизации переходных процессов кодирования. Вместо этого используется более простой метод кодирования переходных процессов, называемый контролем усиления, в котором усиление различных поддиапазонов изменяется во время переходного процесса перед MDCT, а затем восстанавливается во время декодирования после обратного MDCT, чтобы попытаться сгладить переходные процессы. Кроме того, перед квантованием тональные компоненты вычитаются из сигнала и квантоваются независимо. Во время декодирования они отдельно реконструируются и добавляются обратно для преобразования исходных коэффициентов MDCT.
Sony утверждает, что основным преимуществом ATRAC3 является его эффективность кодирования, которая была настроена для портативного DSP, что обеспечивает меньшую вычислительную мощность и время автономной работы. Однако, поскольку ATRAC представляет собой гибридный кодек поддиапазона MDCT , алгоритмически очень похожий на MP3 , любое преимущество , вероятно, преувеличено. По сравнению с более новыми форматами, такими как Ogg Vorbis , которые используют простой MDCT, а не гибридный, ATRAC3 должен выполнять дополнительный дорогостоящий обратный QMF , хотя гибридная система значительно снижает использование памяти, что, вероятно, было фактором, учитывая ограниченность памяти, доступной при ATRAC. был впервые разработан.
При этом используется скорость передачи данных 132 кбит/с, качество которой заявлено как качество MP3 , закодированного с аналогичной скоростью передачи данных. Однако в независимом двойном слепом тесте (2004/05) без ссылки на параметры кодирования формата по сравнению с Ogg Vorbis , AAC и LAME VBR MP3 , ATRAC3 занял последнее место. [11]
Это снижает скорость передачи данных до 66 кбит/с (вполовину меньше, чем у LP2), частично за счет использования совместного стереокодирования и фильтра нижних частот около 13,5 кГц. Он позволяет записать 324 минуты на 80-минутный мини-диск с тем же заполнением, что и LP2.
В FFmpeg имеется реализация [12] декодера ATRAC3, который был преобразован в фиксированную точность и реализован в серии прошивок Rockbox для процессоров ARM , Coldfire и MIPS . RealAudio8 — это реализация ATRAC3 с высокой скоростью передачи данных (до 352,8 кбит/с). Atracdenc — это реализация кодера, совместимого с ATRAC3, с открытым исходным кодом, который также может использовать контейнер RealAudio.
Видеоигра Race Driver: Grid для PlayStation 3 использует 224 одновременных потока сжатого звука ATRAC3, от одного до восьми каналов на поток с частотой дискретизации от 24 до 48 кГц, каждый из которых фильтруется с использованием 512 полос частот адаптивного выравнивания, маршрутизируемых через шесть блоков реверберации. работающий на том же сопроцессоре SPU (один из восьми на чипе Cell PS3), наряду с 7.1-канальным гибридным микшированием Ambisonic третьего порядка . [13]
Этот кодек используется в устройствах Sony Hi-MD Walkman (например, «Hi-LP и Hi-SP»), сетевых проигрывателях Walkman , проигрывателях Memory Stick , VAIO Pocket, консолях PS3 и PSP , а также проигрывателях компакт-дисков ATRAC . Это гибридный кодек поддиапазона/ MDCT , основанный на 16-канальном QMF, за которым следует 128-точечный MDCT . Перед кодированием MDCT для извлечения тональных компонентов используется обобщенный гармонический анализ (GHA) — улучшенная версия процесса, используемого в ATRAC3. Как и в предыдущих версиях ATRAC, регулировка усиления используется для управления упреждающим эхо, а не преобразованиями переменного размера, хотя, очевидно, возможны и другие окна MDCT.
Версия SonicStage 3.4, выпущенная в феврале 2006 года, [14] представила копирование компакт-дисков с битрейтом 320 и 352. [15] Доступные битрейты: 48, 64, 96, 128, 160, 192, 256, 320 и 352 кбит/с. Новые битрейты не всегда совместимы со всеми старыми аппаратными декодерами, однако было обнаружено, что некоторые из старых аппаратных средств совместимы с некоторыми новыми битрейтами ATRAC3plus.
Мини-диски, записанные в этом формате, несовместимы со старыми проигрывателями.
В ходе теста, проведенного независимой фирмой, но финансируемого Sony, был сделан вывод, что ATRAC3plus со скоростью 64 кбит/с по субъективному качеству звука равен устаревшему кодировщику MP3 со скоростью 128 кбит/с. [16] Производительность по сравнению с современными высококачественными MP3-кодерами не оценивалась.
ATRAC Advanced Lossless — это «масштабируемый» аудиокодек без потерь, который записывает поток ATRAC3 или ATRAC3plus с потерями и дополняет его потоком корректирующей информации, хранящейся в самом файле, что позволяет при желании воспроизвести исходный сигнал. Плеер/декодер может извлекать и использовать только данные ATRAC3 или ATRAC3plus или комбинировать их с потоком коррекции для идеального воспроизведения исходной аудиоинформации. Это позволяет декодировать файл как без потерь, так и с потерями. Он реализован таким образом, что размер файла может быть меньше, чем у несжатой или сжатой версии того же файла. Сжатие составляет примерно 30–80% от исходного файла. Преимущества масштабируемого сжатия включают обеспечение обратной совместимости, например, что старые устройства, не поддерживающие AAL, могут по-прежнему иметь поток ATRAC3, доступный для воспроизведения без понимания формата AAL, а также более высокую скорость передачи между портативными аудиоустройствами и ПК. [17]
ATRAC Advanced Lossless широко поддерживается в старых проигрывателях Walkman и SonicStage версии 4 или новее. SonicStage 4 позволяет загружать ATRAC Advanced Lossless на проигрыватели MiniDisc, PlayStation Portable и PlayStation 3 . Последние модели проигрывателей Walkman не поддерживают ATRAC Advanced Lossless/ATRAC.
Использование AAL «основного» (с потерями) и «остаточного» (коррекционного) потока аналогично идее очистки битрейта Opus , MPEG-4 SLS , DTS-HD Master Audio , Dolby TrueHD и Ogg Vorbis . Фактически, AAL был первым продуктом, выпущенным на коммерческом рынке с такой схемой обратной совместимости.
Гибридный режим WavPack и OptimFROG DualStream относятся к одной категории, но сохраняют поток коррекции в отдельном файле.
По данным Sony, ATRAC9 — это аудиокодек с высокой степенью сжатия, оптимизированный для игр, обеспечивающий низкую задержку (детализация) и низкое использование процессора и памяти. Он используется в консолях PS5 , PS4 и PS Vita . Промежуточное программное обеспечение для аудио, такое как FMOD и Audiokinetic Wwise, поддерживает его. [18] [19]
FFmpeg имеет реализацию [20] декодера ATRAC9.