Hogyan működik egy MP3-lejátszó?

Ha kíváncsi vagy rá, hogyan lehet hallható zenét kicsalni egy rakás 0-ból és 1-esből álló adatfolyamból, olvasd végig az MP3 lejátszók működéséről szóló alábbi cikket.

Belső működés: A zene digitalizálása | Tömörítés | Lejátszás | Fájlformátumok

A zene digitalizálása

Legalsó szinten a digitális zenefájlok is épp úgy néznek ki, mint minden más adatfájl: 0 és 1 bitekből álló hosszú sorozatok. Először az analóg jelet (hangot) át kell alakítani digitális jellé ahhoz, hogy az információt digitálisan, egy fájlban tudjuk tárolni. Ezt ún. analóg-digitális átalakítókkal lehet megtenni (ADC): ezek szabályos időközönként mintát vesznek az eredeti jelből, azt eltárolják (az analóg-digitális jelátalakítás fő tulajdonsága tehát a mintavételezési sebesség). Ha megfelelően gyorsan (rövid időközönként) vesszük a mintákat, az eredeti analóg jel egy elég pontos helyettesítését kapjuk. Ez binárisan (egyesekkel és nullákkal) ábrázolva az eredeti zene olyan jó közelítését kapjuk, amit már az mp3 lejátszók is képesek értelmezni.

Tömörítés

CD-minőségű hangfelvétel esetén minden egyes másodpercnyi zene több, mint 1.3MB-ot foglal el az adathordozón. Ez elég sok, ezért olyan fontos technológia az ún. tömörítés a digitális zene (ezen belül is különösen a hordozható zene) világában. A mérnökök olyan kódoló és dekódoló algoritmusokat dolgoztak ki, amelyek a pszichoakusztika (hogyan dolgozza fel agyunk a hangokat) elvein és az fülünk működésén (kiszűrve az amúgy sem hallható hangokat) alapulva a digitális zenét a lehető legkisebb méretben tárolják el a lehető legkisebb minőségvesztéssel. A hangfájl minősége két dologtól függ: a tömörítési algoritmus minőségétől és a kódolás bitsebességétől (itt használt mértékegysége a Kbps – kilobit/sec).

Lejátszás

Egy fájl lejátszásakor szükségszerűen megfordítandó a fenti digitalizáló eljárás: ezúttal digitális-analóg átalakítás szükséges. Egy digitális zenelejátszó eszköz (mint pl. az mp3 lejátszó vagy egy hangkártya) digitális-analóg átalakítót (DAC) használ tehát, hogy az egyesekből és nullákból visszakapja az eredeti analóg jelet (hangot), amit aztán majd fel kell erősíteni és fejhallgatón vagy hangszórón keresztül közvetíteni. A lejátszás hangminősége sokmindentől függ: a lejátszóban lévő DAC áramkörtől, a digitális fájl minőségétől, a DAC egyéb áramkörökkel való interferenciája miatt fellépő torzítás és sistergés mértékétől és a fejhallgató vagy hangszóró minőségétől.

Ha egy digitális eszköznek egy kodek (kódoló/dekódoló) által tömörített zenét kell lejátszania, egy speciális szoftver (ún. firmware) kéri a kodektől a fájl dekódolását, aztán a tömörítetlen változatot küldi el a digitális-analóg átalakítónak.

Fájlformátumok

Az első igazán elterjedt formátum, ill. tömörítő eljárás az MP3 volt, azóta már számos riválisa akadt – rengeteg lejátszó van, ami egyéb formátumokat támogat (AAC, WMA, OGG, stb..). Az alábbi táblázat segít eligazodni a különböző hangfájl formátumok között, és eldönteni, milyen kodekre van szükséged.

Formátum Mit kell tudni róla
AA Az Audible.com által használt formátum, elsősorban beszéd hanganyag tárolására és lejátszására lett tervezve, pl. hangoskönyvek és beszélgetős rádióműsorok számára (pl. Nemzeti Közszolgálati Rádió adása). Sok hordozható zenelejátszó támogatja ezt a fájlformátumot.
AAC Advanced Audio Coding, vagyis továbbfejlesztett audió kódolás, a Dolby Laboratories fejlesztette ki és leginkább az iPodok használják. Az Apple és a Real saját digitális jogszabályozási technológiát használnak, hogy az iTunes és a RealRhapsody AAC fájlletöltéseit védjék. Az iPod ugyanis az egyedüli lejátszó, ami képes másolásvédelemmel ellátott AAC fájlokat lejátszani, ráadásul azokat is csak az iTunes zeneboltjából tudja letölteni.
ATRAC3 Az ATRAC3 és az ATRAC3plus a Sony által használt veszteséges tömörítő eljárások, a Network Walkman MP3 és a MiniDisc lejátszók támogatják. Azonos bitsebességnél jobb hangminőséget nyújt, mint az MP3. Hasonlít a WMA és AAC formátumokhoz, de velük ellentétben nem túl ismert, hiszen csak a Sony termékeiben használatos. A Sony Connect Music zeneboltjából letöltött vagy lejátszott dalok ATRAC3 formátumúak.
FLAC Free Lossless Audio Codec, vagyis szabad veszteségmentes audiokodek – ez egy nyílt forráskódú formátum, ami egy ügyes kódoló algoritmust használ, ami lehetővé teszi a veszteség nélküli tömörítést. Ennek ellenére nem terjedt el széles körben, csak egy szűk réteg használja, aki a veszteséges tömörítés (pl. az MP3 vagy WMA formátumok) ellen van.
MP3 A teljes neve: Motion Pictures Experts Group Layer 3, ez nagyjából annyit jelent, hogy egy ‘mozgókép szakértők csoportja’ által kifejlesztett szabvány, annak is a harmadik rétege/megvalósítása. Lévén ez egy kicsit hosszú definíció így, nem csoda, hogy inkább csak a rövidítés került közhasználatba. A legelterjedtebb formátum – szinte minden lejátszó támogatja, az eMusic online zeneboltban és a legtöbb fájlmegosztó hálózaton is ezt használják.
MP3Pro A Thomson/RCA (ami a gyártók és a fejlesztők számára licenceli az MP3 szabványt) nemrég jelentette meg az új MP3Pro formátumot - ez a hagyományos MP3-nál jobb minőségű hangzást biztosít azonos bitsebességnél. Az RCA-n kívül nem sokan használják.
OGG A fájlformátumok mostohagyereke. Nyílt forráskódú, így nem kell licencdíjat fizetni, ha ilyen formátumban kódoljuk vagy játsszuk le a zenét (ezt más kodekek gyártói nem igen nézik jó szemmel). Ezen kívül jó a hangminősége is (veszteséges és veszteség nélküli eljárásokat alkalmazó kodekek is használják). Habár a lejátszókban és a zeneboltokban jelenleg nem túl elterjedt a használata, az OGG-nak még van esélye, hiszen sok fejlesztő szeretné csökkenteni a licenszköltségeit és a vásárlók is egyre igényesebbek lesznek.
WAV/AIFF Ezek tömörítetlen formátumok, hasonlóan ahhoz, ahogy a zenei CD-ken található az információ. Általában a WAV fájlok Windows-os gépeken, az AIFF fájlok pedig Mac-eken használatosak.
WMA A WMA (Windows Media Audio) a Microsoft saját zenei formátuma. Azonos bitsebességnél jobb a hangminősége, mint az MP3 fájloknak. Egyes WMA fájlokat másolásvédelemmel láttak el, másokat nem (ha a Windows Media Player Beállítások (vagy Options) menüjében bejelölöd a ‘zeneszámok másolásvédelme’ opciót, védelemmel ellátott WMA-kat fog csinálni a CD-ről leszedett számokból). Ezt a formátumot a legtöbb lejátszó támogatja, a zeneboltok közül pedig a Napster és a Wal-Mart használ védelemmel ellátott WMA fájlokat.