Ю. Л. Комаров, О. Г. Морозов, А. Н. Пикулев

4.3.3. Формат сжатия MP-3. Более подробно рассмотрим формат сжатия MP3, который широко используется как на магнитных, так и немагнитных носителях. Кодирование звука и музыки осуществляется отдель­ным аудиокодером. По мере развития стандарта MPEG звуко­вые кодеры также совершенствовались, становясь все эффек­тивнее. В основе повышения «эффективности» — та же идея: сократить объем «второстепенной» для слушателя аудиоин­формации. В результате в составе стандарта MPEG1 было соз­дано семейство из трех звуковых кодеров, названных «слоя­ми»: Layer I, Layer II и Layer III. Все они, подобно видеокодерам, построены на несовершенстве «человеческого фактора»: пси­хоакустическая модель здесь эксплуатирует несовершенства слухового аппарата человека.
По мнению ученых, в несжатом звуке передается много «избыточной» информации. Избыточ­ной в том смысле, что человеческое ухо ее все равно не вос­принимает. Большой эффект для сжатия дает, например, явле­ние маскирования некоторых звуков. В частности, если снача­ла подать сильный звук на частоте 1000 Гц, то более слабый звук на частоте 1100 Гц уже не будет фиксироваться слухом. В модели используется и явление ослабления чувствительности человеческого уха на период в 5 мс  и до 100 мс  после возникновения сильного звука. Существуют похожие времен­ные эффекты маскирования; известны и более сложные вза­имодействия, когда временный эффект может выделить кон­кретную частоту или, наоборот, подавить. Психоакустическая модель  как свод правил  разбивает весь спектр на блоки, в которых уровень звука считается близким. Затем удаляет зву­ки, формально не воспринимаемые человеком в соответствии с описанными эффектами. Потом следует процедура «упаковки» методами, напоминающими по принципу компью­терные архиваторы (опять же  с устранением избыточно­сти), и, наконец, формируется цифровой информационный поток. Идеология сжатия всех «слоев» сходна, разница  в ме­тодах и в математике.
Первый «слой» (Layer I) был рассчитан на поток скоро­стью 192 кбит/с на канал. Алгоритм его в целом похож на си­стему сжатия звука ATRAC, которая реализована на мини-дис­ках Sony. Разновидность Layer I используется и в устройствах записи цифровых компакт-кассет DCC. Вариант Layer II, пред­назначенный для потоков до 128 кбит/с на канал, был разра­ботан как компромисс между качеством звука, величиной по­тока и сложностью кодера. В нем были, в первую очередь, усовершенствованы гребенчатые фильтры. Этот «слой» весь­ма сходен с известным аудиостандартом MUSICAM. Наиболь­шее применение Layer II нашел в сетях цифрового радиове­щания DAB (Digital Audio Broadcasting).
И, наконец, Layer III исходно был рассчитан на низкоско­ростные сети с потоком до 64 кбит/с на канал. Благодаря уси­лиям до того малоизвестного немецкого института информа­ционных технологий имени Фраунгофера (US Fraunhofer) в 1998 г. был осуществлен почти революционный прорыв. Усовер­шенствование математики в части алгоритма преобразова­ния Фурье и механизмов упаковки спектральных коэффици­ентов позволили сохранить «CD-качество» звука при низкой скорости потока. Естественно, такое достижение потребова­ло больших вычислительных ресурсов, но производительно­сти современных компьютеров к этому моменту уже хватало и на это. В результате появился формат сжатия аудиоинфор­мации МРЗ (полное его название  MPEG Audio Layer III, не путать с MPEG-3), ко­торый начал вполне самостоятельную жизнь. Тот же институт Фраунгофера выпустил первый аппаратный кодер, работаю­щий в реальном времени. За этим шагом последовали другие (МРЗ-Рго). Сегодня миниатюрные МРЗ-плейеры и диктофо­ны с флэш-картами разных мастей знакомы многим. Любой пользователь Интернета знает о распространении сжатого звука через сеть, знает о серверах, набитых музыкой в форма­те МРЗ.