Adaptive Transform Acoustic Coding ( ATRAC ) — это семейство фирменных алгоритмов сжатия звука, разработанных Sony . MiniDisc был первым коммерческим продуктом, включавшим ATRAC, в 1992 году. ATRAC позволял относительно небольшому диску, такому как MiniDisc, иметь такое же время работы, как CD, при сохранении аудиоинформации с минимальной ощутимой потерей качества. Усовершенствования 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 сохранялись в контейнере OpenMG Audio с расширением .oma. Ранее файлы, зашифрованные с помощью OpenMG, имели .omgрасширение , которое было заменено, .omaначиная с SonicStage v2.1. Шифрование больше не является обязательным, начиная с v3.2.
Другие производители MiniDisc, такие как Sharp и Panasonic, также реализовали собственные версии кодека ATRAC.
ATRAC был разработан для формата MiniDisc компании Sony . ATRAC был обновлен до версии 2, затем версии 3, версии 4, версии 4.5 и Type R и Type S. [2]
Первым крупным обновлением стал ATRAC3 (не путать с версией 3 оригинального ATRAC) в 1999 году. [3] ATRAC3 использовался на MiniDisc, а также на Network Walkman и Vaio Music Clip. ATRAC3plus был запущен 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 магазине Connect Music Store на базе SonicStage (аналог iTunes и iTunes Music Store от Sony ). Это было отчасти связано с низким уровнем внедрения формата, при этом источник утверждает, что 90% европейских пользователей Walkman не использовали ATRAC. Цифровые плееры 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 в следующем году они не перешли на модель без DRM и не начали предлагать файлы FLAC . [6] [7]
ATRAC9 был разработан для PlayStation audio и дебютировал с PlayStation Vita. [4]
Битрейт ATRAC 292 кбит/с [8], используемый на оригинальных мини-дисках, был разработан для обеспечения качества, близкого к качеству звука CD. Спустя годы ATRAC был улучшен по сравнению с более ранними версиями с аналогичными битрейтами. Для сравнения, CD кодируются на скорости 1411,2 кбит/с, а кодеры без потерь могут кодировать большинство CD ниже 1000 кбит/с, с дальнейшим снижением битрейта для более легкого кодирования контента, такого как голос.
Алгоритмы ATRAC были разработаны в тесном сотрудничестве с инженерами по разработке интегральных схем LSI в Sony с целью создания продукта, который мог бы кодировать на высоких скоростях и с минимальным энергопотреблением. [9] Это контрастирует с другими кодеками, разработанными на компьютерах без учета ограничений портативного оборудования. Это отражено в конструкции кодеков ATRAC, которые делают упор на обработку меньших групп сэмплов за раз, чтобы сэкономить память за счет эффективности сжатия и дополнительных умножений. Эти компромиссы логичны для систем DSP , где память часто была в приоритете по сравнению с производительностью умножителя.
Sony Walkmans обеспечивают лучшее время работы батареи при воспроизведении файлов ATRAC, чем при воспроизведении файлов MP3 . Однако, поскольку Sony продвигала совместимость с ATRAC только в телефонах серии Sony Ericsson Walkman на японском рынке, она не поддерживается в телефонах рынка GSM / UMTS . Серия автомобильных аудиоплееров Sony Xplod поддерживает компакт-диски ATRAC . Мини-диски с песнями в формате ATRAC ранее 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 расположенных друг над другом квадратурных зеркальных фильтра разделяют сигнал на три части:
Полное стереокодирование (т.е. независимый канал) 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 монорежиме (один канал), что удваивает время записи.
FFmpeg имеет реализацию [10] декодера ATRAC1.
Подобно ATRAC1 и MP3, ATRAC3 также является гибридным поддиапазонным кодером MDCT , но с несколькими отличиями.
В ATRAC3 три стекированных QMF разделяют сигнал на 4 части:
Затем четыре поддиапазона кодируются MDCT с использованием преобразования фиксированной длины. В отличие от почти всех современных форматов, длина преобразования не может изменяться для оптимизации переходных процессов кодирования. Вместо этого используется более простая техника кодирования переходных процессов, называемая контролем усиления, в которой усиление различных поддиапазонов изменяется во время переходного процесса до 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 независимо квантуются. Во время декодирования они отдельно реконструируются и добавляются обратно для реформирования исходных коэффициентов MDCT.
Sony утверждает, что основным преимуществом ATRAC3 является его эффективность кодирования, которая была настроена для портативного DSP, который обеспечивает меньшую вычислительную мощность и время работы от батареи. Однако, поскольку ATRAC является гибридным поддиапазонным кодеком MDCT , который алгоритмически очень похож на MP3 , любое преимущество, вероятно, преувеличено. По сравнению с более новыми форматами, такими как Ogg Vorbis , которые используют простой MDCT, а не гибрид, ATRAC3 должен выполнять дополнительный вычислительно затратный обратный QMF , хотя гибридная система значительно снижает использование памяти, что, вероятно, было фактором, учитывая ограниченную доступную память, когда ATRAC был впервые разработан.
Он использует скорость передачи данных 132 кбит/с, качество которого, как рекламируется, похоже на качество MP3, закодированного с аналогичной скоростью передачи данных. Однако в независимом двойном слепом тесте (2004/05) без ссылки на параметры кодирования формата против Ogg Vorbis , AAC и LAME VBR MP3 , ATRAC3 оказался последним. [11]
Это снижает скорость передачи данных до 66 кбит/с (вдвое меньше, чем у LP2), частично за счет использования совместного стереокодирования и фильтра нижних частот около 13,5 кГц. Это позволяет записать 324 минуты на 80-минутный MiniDisc с тем же заполнением, что и LP2.
FFmpeg имеет реализацию [12] декодера ATRAC3, которая была преобразована в фиксированную точность и реализована в серии прошивок Rockbox для процессоров ARM , Coldfire и MIPS . RealAudio8 — это реализация ATRAC3 с высоким битрейтом (до 352,8 кбит/с). Atracdenc — это реализация кодера с открытым исходным кодом, совместимого с ATRAC3, которая также может использовать контейнер RealAudio.
Видеоигра Race Driver: Grid для PlayStation 3 использует 224 одновременных потока сжатого звука ATRAC3, с одним-восьмью каналами на поток с частотой дискретизации от 24 до 48 кГц, каждый из которых фильтруется с использованием 512 частотных полос адаптивной эквализации, направляемых через шесть блоков реверберации, работающих на одном и том же сопроцессоре SPU (один из восьми на чипе Cell для PS3), наряду с 7.1-канальным гибридным микшированием третьего порядка Ambisonic . [13]
Этот кодек используется в устройствах Sony Hi-MD Walkman (например, "Hi-LP и Hi-SP"), плеерах Network Walkman , плеерах Memory Stick , VAIO Pocket, консолях PS3 и PSP и плеерах ATRAC CD . Это гибридный поддиапазонный/ MDCT- кодек на основе 16-канального 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, для управления предэхом используется регулировка усиления, а не преобразования переменного размера, хотя, по-видимому, возможны различные окна MDCT.
SonicStage версии 3.4, выпущенной в феврале 2006 года, [14] представила рип CD с битрейтами 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, некоторые из старых аппаратных средств оказались совместимыми с некоторыми новыми битрейтами ATRAC3plus.
Мини-диски, записанные в этом формате, несовместимы со старыми проигрывателями.
В ходе испытаний, проведенных независимой фирмой, но финансируемых Sony, был сделан вывод, что ATRAC3plus на скорости 64 кбит/с по субъективному качеству звука эквивалентен устаревшему кодеру MP3 на скорости 128 кбит/с. [16] Производительность по сравнению с современными высококачественными кодерами MP3 не оценивалась.
ATRAC Advanced Lossless — это «масштабируемый» аудиокодек без потерь, который записывает поток ATRAC3 или ATRAC3plus с потерями и дополняет его потоком информации об исправлении, хранящейся в самом файле, что позволяет при желании воспроизводить исходный сигнал. Плеер/декодер может извлекать и использовать только данные ATRAC3 или ATRAC3plus или может объединять их с потоком об исправлении для идеального воспроизведения исходной аудиоинформации. Это позволяет декодировать файл как без потерь, так и с потерями. Он реализован таким образом, что позволяет сделать размер файла меньше, чем несжатые или сжатые версии того же файла. Сжатие составляет примерно 30–80% от исходного файла. Преимущества масштабируемого сжатия включают обеспечение обратной совместимости, так что старые устройства, не поддерживающие AAL, могут по-прежнему иметь поток ATRAC3, доступный для воспроизведения, не понимая формат AAL, и более высокую скорость передачи данных между портативными аудиоустройствами и ПК. [17]
ATRAC Advanced Lossless широко поддерживается в старых плеерах Walkman и SonicStage версии 4 или более поздней. SonicStage 4 позволяет загружать ATRAC Advanced Lossless на плееры MiniDisc, PlayStation Portable и PlayStation 3. Последние плееры Walkman не поддерживают ATRAC Advanced Lossless/ATRAC.
Использование AAL потока "core" (с потерями) и "residual" (исправление) похоже на идею, лежащую в основе Opus , MPEG-4 SLS , DTS-HD Master Audio , Dolby TrueHD и Ogg Vorbis bitrate peeling . Фактически, AAL был первым, кто был выпущен на коммерческий рынок с этой схемой для 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, предлагающий низкую задержку (зернистость) и низкое использование процессора и памяти. Он используется в консолях PS5 , PS4 и PS Vita . Его поддерживают такие промежуточные аудиопрограммы, как FMOD и Audiokinetic Wwise . [18] [19]
FFmpeg имеет реализацию [20] декодера ATRAC9.