Meble, zasłony w oknach, obrazki na ścianach, na podłodze dywan. To nie mieszkanie, ale pomieszczenie odsłuchowe, dzięki któremu naukowcy z Uniwersytetu Technicznego w Ilmenau badają i ulepszają standard MP3 znany już na całym świecie.
Ilmenau w Turyngii jest najnowocześniejszym ośrodkiem dydaktycznym w Niemczech, kształcącym przede wszystkim techników medialnych.
Swoje badania prowadzi tu profesor Karlheinz Brandenburg, który przez ostatnie lata zajmuje się kompresją dźwięku. Z profesorem rozmawiamy w jego gabinecie. Ten prawie 50-letni mężczyzna wygląda raczej jak szef wielkiej firmy, a nie pracownik naukowy. Ubrany w elegancki garnitur siedzi przy nowoczesnym biurku, na którym stoi kilka wysokiej klasy komputerów. Z dużej skórzanej torby wyjmuje laptopa. Rozmawiamy o pomieszczeniu odsłuchowym, które przed chwilą mi pokazał. Od normalnego pokoju różni się tym, że jest nafaszerowane niezliczoną ilością głośników. Obok błękitnych, bardzo wygodnych foteli stoi manekin podłączony do kilku czujników. Imituje człowieka słuchającego muzyki.
Profesor Brandenburg jest zdzi-wiony zainteresowaniem jego badaniami. - Dla wielu moja dziedzina jest po prostu nudna - tłumaczy.
MPEG 4 - następny krok
Obecnie badacze z Ilmenau pracują nad nowym standardem w dziedzinie informatyki MPEG 4. Pierwotna wersja została zarejestrowana w ISO we wrześniu 1998 roku, ale badań wciąż nie zakończono. Dotychczas znane MP3 może kompresować tylko dźwięki, nowy format - również pliki wideo. Ma zmienić diametralnie przede wszystkim nowoczesne media. Dzięki niemu będzie można prowadzić programy telewizyjne w formie wirtualnego studia. Mówiąc w ogromnym uproszczeniu, podczas relacji reportera będzie można dodać wiele grafik, skomplikowanych obrazów wraz z dźwiękiem albo z programu uczynić np. grę komputerową. Zmniejszenie rozmiaru plików pozwoli na przesyłanie ich z kilku źródeł jednocześnie.
Studiował matematykę i elektrotechnikę, ale szczególne zamiłowanie do muzyki sprawiło, że zainteresował się metodami kompresji dźwięku. Już w swojej pracy doktorskiej opisał podstawy dla mającego wkrótce powstać standardu nazwanego później MP3. Kilka lat pracy zwieńczył sukces. Internauci twierdzą, że MP3 dokonało rewolucji na muzycznym rynku porównywalnej z wynalezieniem druku przez Gutenberga. - Cieszy mnie porównywanie do Gutenberga albo do Nobla, ale oni w przeciwieństwie do mnie pracowali samodzielnie. Mnie w badaniach wspierają naukowcy i badacze z Europy, informatycy i firmy ze Stanów Zjednoczonych - wyjaśnia. Poza tym cały czas powstają kolejne wersje tego systemu. Profesor nie jest w stanie policzyć, ile osób w sumie pra-cuje przy badaniach.
Prace nad MP3 rozpoczęto w latach 80. Najpierw prowadzono je na uniwersytecie w Erlangen, ale trzy lata temu przeniesiono do Ilmenau, gdzie są większe możliwości techniczne. W Erlangen powstał Instytut Fraunhofera, międzynarodowe laboratorium badań w dziedzinie elektrotechniki. Jedną z grup badawczych jest zespół prowadzony przez prof. Karlheinza Brandenburga.
Jak większość przełomowych wynalazków MP3 poraża swoją prostotą. Aby przekształcić dźwięk w formę, którą może odczytać komputer, należy zamienić go na zapis w formie zer i jedynek. Nazywa się to samplingiem. Taki format zajmuje jednak dużo miejsca. Na normalnej płycie zmieściłyby się tylko dwa utwory, niewiele ponad siedem minut muzyki. Dlatego profesor Brandenburg postanowił “zgnieść” dane.
Od początku badacze obawiali się, że skompresowanie danych może odbić się niekorzystnie na jakości dźwięku. Okazało się jednak, że pogorszenie jakości przy dziesięciokrotnym zmniejszeniu rozmiaru pliku jest praktycznie niesłyszalne. Naukowcy wykorzystali tutaj niedoskonałość ludzkiego słuchu. Ucho nie odbiera po prostu dźwięków o niskiej częstotliwości wraz z mocnymi dźwiękami o wysokiej częstotliwości.
Najpierw zmniejszono rozmiar pliku cztery razy (algorytm nazywał się Layer1), potem osiem razy (Layer2) i ostatecznie zaprzestano dalszej kompresji na dwunastokrotnym zmniejszeniu objętości pliku.
W 1992 roku dział Międzynarodowej Organizacji do spraw Standaryzacji (ISO) zatwierdził odkrycie jako MPEG Layer3. Udało się stworzyć narzędzie, dzięki któremu dane zajmowały znacznie mniej miejsca niż na standardowej płycie kompaktowej i które gwarantowało poprawne działanie nawet w przypadku braku fragmentu danych. Przy płycie CD taki zabieg jest niemożliwy. Profesor zapytany, czym jest dla niego MP3, odpowiada bez zastanowienia: Jest to dziś symbol cyfrowej muzyki. Ten system stał się pierwszą metodą, dzięki której każdy może za pomocą komputera posłuchać ulubionych utworów.
Następcy formatu MP3:
MP3 Pro (.mp3) - “podrasoway” format MP3, który oddaje znacznie lepiej basy i soprany
MPC (.mpc) - zwany też MPEGplus został stworzony równolegle z MP3 jako jego bezpośredni konkurent. Bardzo dobry kodek do wysokich częstotliwości próbkowania.
Real Audio (.ra) - najstarszy format zaprojektowany do transmisji danych przez linie telefoniczne. Niska jakość dźwięku, ale i bardzo mały rozmiar plików.
Windows Media Audio (.wma) - format, którego twórcy stawiają sobie za cel pobicie Real Audio. Potrzebuje niewiele mocy przerobowych procesora do odtwarzania plików i ma całkiem niezłą jakość.
Ogg Vorbis (.ogg) - zdecydowanie najlepszy format pod względem jakości dźwięku i wielkości pliku wynikowego. Nowoczesny, przystosowany do transmisji internetowych. Główna zaleta: koder i dekoder są za darmo.
Monkey Audio - jedyny z tu opisywanych kodek bezstratny. Zapewnia audiofilską jakość na poziomie płyty CD, ale rozmiar plików jest zdecydowanie większy niż w MP3.
Krzysztof Kajkowski
By upowszechnić format MP3, Instytut Fraunhofera, w którym profesor był głównym programistą, zaczął rozprowadzać bezpłatne licencje na stosowanie algorytmu do kompresji plików MP3. Z czasem jednak zaczęto żądać opłat. Badacze nie przypuszczali bowiem, że system stanie się tak popularny i odniesie tak ogromny sukces komercyjny. Jednak pieniądze uzyskane z licencji tylko w małym stopniu pozwoliły sfinansować kolejne badania. Brandenburgowi samo odkrycie nie przyniosło kokosów. Większy biznes zrobiły firmy produkujące sprzęt elektroniczny, a potem piraci komputerowi.
Jak twierdzą zainteresowani legalnymi programami, opłaty za licencje są dość wygórowane (około 25 dolarów za każdą wersję algorytmu przeznaczoną na sprzedaż). Dlatego mało kto przestrzega tych warunków. Instytut Fraunhofera musi więc cały czas sam zdobywać pieniądze, między innymi od państwa i prywatnych firm zainteresowanych wykorzystywaniem kolejnych wynalazków. Pieniądze są ważne, bo od przyszłego roku Instytut stanie się samodzielną placówką badawczą.
Upowszechnienie MP3 ułatwiło życie piratom internetowym. Nie ma chyba nikogo, kto choć raz nie spotkał się z nielegalną kopią ściąg-niętej z Internetu piosenki w formacie MP3. Dzieło Brandenburga przypomina historię dynamitu wynalezionego przez Alfreda Nobla. - Mój wynalazek miał pomóc ludziom, tymczasem niektórzy wykorzystują go, by łamać prawo. Nie wymyśliłem piractwa i go nie popieram - mówi profesor.
Profesor Brandenburg potwier-dza, że elektrotechnika nie jest łatwą dziedziną wiedzy: Sukces często przychodzi znienacka. Jeśli ktoś czegoś bardzo chce i ma możliwość spełniania się, może osiągnąć wszystko. Ja mogę nie tylko robić coś dla nauki, ale przede wszystkim spełniać swoje marzenia. Karlheinz Brandenburg zaznacza, że końcowy sukces zależy też od szczęścia. W jego przypadku było to spotkanie prof. Dietera Seitzera, jego promotora, który spotęgował w nim pasję wynajdywania nowych zastosowań elektrotechniki. O podobnym szczęściu mogą mówić ci młodzi naukowcy, którym przyszło pracować z Brandenburgiem.
Szymon Ostrowski
comments powered by Disqus