Тестирование

Прежде чем начать процесс тестирования и последующего сравнения "подопытных" форматов сжатия, хотелось бы обратить особое внимание на то, что анализ АЧХ и сонограмм не очень хорошо работает для психоакустических алгоритмов, поэтому главным инструментом для нас станут уши.

Для полной картины были использованы, как исследования на музыке различных стилей, так и исследование синтетических фрагментов. Из всех возможных методов тестирования было выбрано кодирование оригинального WAVE-файла каждым из кодеков, затем обратное декодирование в WAVE и после очистки полученных фрагментов в волновом редакторе сравнение результирующих АЧХ оригинального и полученных WAVЕ-файлов.

Говоря о формате WMA от Microsoft, то он попал в этот тест неслучайно. Во-первых, MP3Pro его прямой конкурент и претендует примерно на то же место на рынке и в сердцах пользователей, во вторых, было бы интересно поближе рассмотреть новую версию WMA 8.0. Появившись не так давно она имела достаточно положительные отзывы от тех, кто использовал ее бета-версию.

При выборе битрейтов решено было позиционировать MP3 128 кбит/c относительно MP3Pro и WMA с битрейтом 64 кбит/c (ведь именно их разработчики считают заменой первого). MP3 с битрейтом 192 будет соревноваться с MP3Pro и WMA на 96 кбит/c.

Жанрами музыки, которые решено было выбрать (по совету опытного человека) для проведения исследований стали:

современная танцевальная музыка (Gala "Keep The Secret", ритмичный и богатый различными стереоэффектами фрагмент типа "бум-бум, тыц-тыц")
джаз с живыми исполнителями (Joe Cocker "Could You Be Loved", исключительно живая музыка с мощным мужским вокалом и женским бэк-вокалом, насыщенная на средних и высоких частотах)
поп-музыка с вокалом (Nek "Laura No Esta", итало-поп с ярко выраженным вокалом и, соответственно, богатыми средними)

Итак, начнем по порядку и взглянем на АЧХ, представляющую танцевальную музыку и битрейты, соответственно 128 кбит/c для MP3 и 64 кбит/c для MP3Pro и WMA.

Легко заметить, что на частотах до 10 кГц все кодеки выглядят практически одинаково, не считая провала на 30 Гц у MP3, который, правда, не будет заметен на слух. На нижнем графике, где представлен увеличенный фрагмент более высоких частот хорошо видны ограничения высшего частотного диапазона для каждого из кодеков. Так у самого "красивого" MP3Pro@64 (далее, после @ указан битрейт) предел - 16,3 кГц, у обычного MP3@128 - 15,5 кГц, а у WMA высокие "умерли" уже на 13,5 кГц. Как ни странно, но различия в звуке у всех были минимальны, лишь старый MP3 чуть выделился за счет более корректного обращения со всеми частотами и WMA был глуховат на высокой середине, но это будет незаметно на пластмассовых колонках и в дешевых наушниках. А новенький MP3Pro порадовал тем, что даже на таком низком битрейте продемонстрировал довольно приемлемое качество, создавая наиболее правдоподобную стереопанораму и частотный баланс, лишь немного уступающий MP3@128. Хотя, замечу, что подобная музыка обычно не может показать действительное качество работы кодека и поэтому будем считать это первым и самым легким испытанием в этом тестировании.

Перейдем к джазу, где реальные инструменты звучат в сочетании с различными вокалами.

Первым хочется отметить MP3@128, за наиболее точный результат. Несмотря на то, что фильтрация верхнего диапазона начинается уже на 15,5 кГц, передача высоких частот до этого момента гораздо более точная, чем у конкурентов, поэтому здесь MP3 - лидер. У MP3Pro@64 звук более богат деталями высоких, но некоторых из них просто нет в оригинале! Так что можно начать подозревать MP3Pro в небольшом жульничестве, "подделке" звука для большего соответствия оригиналу. Хотя, в целом звук довольно неплохой и насыщенный, низкие и средние частоты практически копия MP3@128, вокал передается хорошо.

А вот характер АЧХ у формата WMA довольно значительно отличается от АЧХ MP3 и MP3Pro. Это говорит о том, что Microsoft значительно изменила в новой версии своего кодека алгоритм кодирования, который ранее был более похож на алгоритм MP3. В хорошую ли сторону? Несмотря на довольно неплохой звук на Dance-фрагменте, в джазе WMA выглядит аутсайдером и причин этому несколько. Довольно невнятно передается среднечастотный диапазон, а высокие смазываются и плавают, как на плохой аудиокассете, звук получается каким-то звонким и неестественным. Реверберация отсутствует, словно ее не было, и если вокал Джо Кокера звучит довольно прилично, то женский бэк-вокал искажен.

Впрочем, абсолютно все кодеки, по большому счету, не справились с кодированием такой сложной композиции, разница слышна практически на любой аппаратуре, даже самой дешевой. Стереокартина просто изломана (особенно у WMA и MP3Pro), объем практически не передается, а о прозрачности высоких и речи быть не может.

А теперь посмотрим на отношение тестируемых к поп-музыке (в хорошем ее проявлении), да еще и с очень приятным вокалом итальянского исполнителя Nek'a.

Здесь явным лидером стал MP3Pro и хотя его АЧХ на высоких сильно отличалась от оригинала, субъективно звучал он очень неплохо. И достаточно высокий вокал итальянца, и живая гитара не заставили дрогнуть молодой формат и он сжимал плотно, но качественно :-). Даже как-то непонятно, как он умудрился запихнуть все это в такой маленький объем. Но секрет раскроется позже...

"Старичок" MP3 снова неплохо отыграл, показав еще оставшийся потенциал чистой психоакустической модели сжатия, без всяких разукрашиваний высокочастотного диапазона. Ну, а WMA и на этот раз подкачал. В данном жанре имели место артефакты на средних частотах, выражавшиеся в виде похрипываний, особенно, в тихих местах. Заметно, что Microsoft пытаясь улучшить качество сжатия в условиях такого низкого битрейта, пошла на достаточно крайнюю меру и просто решила урезать частотный диапазон сверху на уровне 15-16 кГц, рассчитывая, при этом, сжимать качественнее более низкие частоты.

А теперь совершим плавный переход на более приятные и качественные высокие, а для кого-то и вовсе высшие битрейты.

Здесь я не привожу разные графики АЧХ для стилей Pop и Dance, так как на высоких битрейтах тонкая грань в разнице между ними исчезает вовсе.

Заметно, что все кодеки ведут себя более предсказуемо, при этом ближе всех к форме оригинальной АЧХ графики у MP3Pro и MP3, а WMA не отрабатывает большую часть мелких деталей. На высоких - MP3Pro на высоте, по крайней мере, по графику и это факт. Обычный MP3 также неплох и заканчивает свою "высокочастотную деятельность" примерно на 18-19кГц. WMA же, ведет себя довольно странно, а его флуктуации на высоких не поддаются объяснению. Впрочем, на слух все фрагменты звучат вполне прилично и отличия между ними минимальны для средних ушей. Чуть более воздушным и объемным звучит MP3Pro, MP3 берет свое бОльшим разрешением и четкостью, а WMA лишь чересчур звонче, но это уже не так раздражает, как на более низких битрейтах. Стереопанорама WMA изломана, впрочем, как и у MP3Pro, но в последнем подобных огрехов меньше, а вот MP3@192 близок к оригиналу и это неудивительно - сказывается вдвое больший битрейт.

Если говорить о поп-музыке, то теперь WMA не искажает вокал Nek'a и звучит очень хорошо, примерно на уровне MP3@128-160, хотя этого и не скажешь, глядя на графики АЧХ. По частотному балансу MP3Pro@96 и MP3@192 идут практически на одном уровне.

Вполне естественно, что увеличение потока приведет к улучшению и такой более сложной для кодирования музыки, как джаз. Его спектральная насыщенность дает хорошую работу всем кодекам и тут они работают на пределе своих возможностей.

Сразу замечу, несмотря на все ниже описанное, ни один из кодеков не приблизился к оригиналу даже на 80%. Подобные композиции требуют сжатия не менее 320 кбит/c, хотя их сходство с оригиналом едва ли будет больше 90-95%.

Думаю, что нет смысла комментировать графики MP3 и WMA. Отмечу лишь субъективные замечания. Наиболее реалистичным было звучание MP3 и его высокий битрейт помог ему почти во всем, лишь потеря прозрачности и чуть-чуть объема не смогла ему полностью приблизиться к оригиналу. WMA звучал хуже всех - повышенная звонкость высоких и приглушенная середина придавала неестественности звуку. А вот MP3Pro для столь низкого для всех (и одновременно высокого, для себя) битрейта звучал звучал очень неплохо, обгоняя WMA по всем параметрам и проигрывая MP3@192. Но в его звуке снова появились доселе неизвестные высокочастотные детали и хотя они не портили общий звуковую картину, знал ли о них автор музыки?

Превосходно видно на общем графике, что MP3Pro наиболее близок к оригиналу, но лишь до отметки 9кГц, затем, если перевести глаза на увеличенный фрагмент до 20 кГц, заметны серьезные неточности. Так падение амплитуды у оригинала около 21,5 кГц, у MP3Pro проявляется лишь в виде кратковременного провала, а далее он продолжает идти, как ни в чем не бывало до 22кГц. Это наводит на очень интересные мысли и появляется желание провести более тщательную проверку работы алгоритма MP3Pro.

Содержание раздела