АЛГОРИТМЫ СЖАТИЯ МУЗЫКАЛЬНЫХ ФОРМАТОВ НА ПРИМЕРЕ MP3

MUSIC FORMAT COMPRESSION ALGORITHMS USING MP3 AS AN EXAMPLE

Tigran Sargsyan

student, Department of Automated Control Systems, Lipetsk State Technical University,

Russia, Lipetsk

Leonid Gaev

scientific supervisor, candidate of Technical Sciences, associate professor, Lipetsk State Technical University,

Russia, Lipetsk

АННОТАЦИЯ

В статье рассматриваются современные алгоритмы сжатия аудиофайлов, с акцентом на формат MP3. Приведены принципы работы алгоритма, этапы кодирования и декодирования аудиоданных, а также эффективность данного подхода в сравнении с другими форматами. Работа может быть полезна студентам и исследователям, интересующимся цифровой обработкой сигналов и разработкой мультимедийных приложений.

ABSTRACT

The article discusses modern audio file compression algorithms, with an emphasis on the MP3 format. The principles of the algorithm, the stages of encoding and decoding audio data, as well as the effectiveness of this approach in comparison with other formats are presented. The work may be useful to students and researchers interested in digital signal processing and multimedia application development.

Ключевые слова: сжатие аудио, MP3, алгоритм Хаффмана, психоакустическая модель, цифровой сигнал.

Keywords: audio compression, MP3, Huffman algorithm, psychoacoustic model, digital signal.

Формат MP3 (MPEG-1 Audio Layer III) является одним из самых популярных форматов сжатия аудиоданных. Его популярность обусловлена высокой степенью сжатия при приемлемом качестве звучания. Основу алгоритма составляют психоакустическая модель, преобразование Фурье и кодирование Хаффмана [1, с. 277].

Психоакустическая модель играет ключевую роль, позволяя отбрасывать информацию, не воспринимаемую человеческим слухом. Это значительно снижает объем данных без ощутимой потери качества. Далее, сигнал преобразуется с помощью модифицированного дискретного косинусного преобразования (MDCT), что позволяет более эффективно анализировать частотные компоненты сигнала.

После этого данные кодируются методом Хаффмана, обеспечивая дополнительное сжатие за счет уменьшения количества бит, необходимых для представления наиболее часто встречающихся символов. В результате достигается коэффициент сжатия до 12:1 по сравнению с исходным WAV-файлом.

На практике это означает значительное уменьшение размера файлов при сохранении качества, достаточного для повседневного прослушивания. Однако следует учитывать, что MP3 относится к форматам с потерями, и при многократной перекодировке качество может заметно ухудшаться.

В последние годы появились более эффективные форматы, такие как AAC и Opus, однако MP3 сохраняет актуальность благодаря широкой поддержке и простоте реализации. В то же время, для архивирования и профессионального использования рекомендуется использовать форматы без потерь, такие как FLAC.

Таким образом, алгоритмы сжатия, реализованные в MP3, демонстрируют сбалансированный подход между качеством и размером файла. Их понимание важно для разработки современных аудиосистем и приложений в области цифровых медиа.

Список литературы:

1. Панфилов Д.Ю. Цифровая обработка аудиосигналов. – М.: ДМК Пресс, 2020. – 320 с.
2. Мостовой Д.А. Аудиоформаты: теория и практика. – СПб.: БХВ-Петербург, 2019. – 272 с.
3. Поярков С.А. Основы кодирования и сжатия данных. – М.: Эксмо, 2021. – 304 с.
4. Бахтияров Р.М. Цифровой звук: от PCM до MP3. – Казань: Казанский университет, 2022. – 198 с.