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de audio
Formatos de compresión de audio
Power Users #19
Diego
Chiacchio (info.audiohiend@gmail.com)
 La
música ha acompañado nuestras vidas desde que la historia
tiene memoria. Sin bien hoy en día existen cientos de diferentes
géneros y estilos, el objetivo siempre ha sido el mismo: el
disfrute del oyente. La llamada "era de la información" en
la que vivimos no ha cambiado ese objetivo en absoluto; al
contrario, lo ha maximizado. Esto se debe, en gran parte,
al excelente trabajo que hace Internet permitiendo compartir
todo tipo de datos, en este caso música. Pero nuestro placer
no sería el mismo sin los formatos de compresión de audio
que lo hacen posible. Antes de explicar en detalle cada formato
repasaremos algunos conceptos básicos. Al igual que en cualquier
tipo de compresión de datos, existen dos grandes categorias
donde podemos agrupar a los diferentes formatos. La primera,
denominada lossless, abarca a todos aquellos formatos que
no pierden claridad ni calidad al comprimirse, pero que ocupan
una mayor cantidad de espacio en el disco duro. La otra categoría,
llamada lossy, engloba a aquellos formatos que (al comprimir
el audio) sacrifican calidad por espacio en disco. No hace
falta aclarar que los formatos del tipo lossy son los que
más éxito han tenido, especialmente uno que todos conocen:
el MP3. Sin embargo, algunos formatos lossless son muy utilizados
por técnicos de sonido y entusiastas de la calidad. En la
compresión de sonidos se deben tener en cuenta dos cosas.
Una de ellas es el tiempo de muestreo, que almacena la tensión
del audio en intervalos regulares como, por ejemplo, 44.100
veces por segundo para un CD. La resolución en que se almacena
ese tiempo de muestreo es el segundo punto por considerar,
que puede ser, por ejemplo, de 16 bits. La técnica más utilizada
para realizar algoritmos lossy de compresión de audio es la
llamada perceptual noise shaping, que se basa en las limitaciones
del oído humano para eliminar aquellas partes que sean innecesarias.
En cambio, los algoritmos lossless generalmente utilizan aquellos
presentes en ZIP y GZIP, pero optimizados para comprimir audio.
A continuación veremos en detalle los distintos formatos
de compresión de audio. Primero los lossless (FLAC, APE y
TTA) y luego los lossy (MPC, OGG y MP3).
FLAC (Free Lossless Audio Codec)
 Hoy
en día los formatos lossless gozan de muy poco éxito. Debido
a Internet, los usuarios están dispuestos a perder un poco
de calidad de sonido para obtener un archivo pequeño que pueda
ser fácilmente transferido por la Red. Es por eso que los
únicos formatos lossless que sobreviven a este arduo panorama
son aquellos cuya compresión es tan buena que vale la pena
usarlos. FLAC (Free Lossless Audio Codec) es uno de los mejores
exponentes de este tipo de formatos. FLAC se distingue, entre
otras cosas, por lograr una compresión mayor que la mayoría
de los algoritmos lossless. Esto se explica porque está específicamente
diseñado para comprimir audio, cosa que no sucede con otros
algoritmos como ZIP o similares. En pocas palabras, los algoritmos
presentes en FLAC primero convierten la información en una
serie de números sin relación utilizando una técnica llamada
predicción lineal, que luego son almacenados eficientemente
con una forma modificada de entropy coding, también presente
en MPC y OGG. Además, utiliza Run-Length Encoding para ordenar
aquellos bloques similares, como los silencios. Cabe destacar
que FLAC cuenta con tags, pero no del tipo ID3, lo que dificulta
en parte su lectura para algunos programas. Esa es una de
las pocas críticas hacia este formato, ya que sus escasos
bugs le han hecho ganar la reputación de infalible. Gracias
a estos algoritmos, FLAC tiene una popularidad pocas veces
alcanzada por formatos de su tipo, algo de lo que sus desarrolladores
deben estar muy orgullosos. FLAC puede ser utilizado, mediante
plug-ins, con diversos programas tales como Windows Media
Player, Winamp, VU Player y otros.
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oficial de FLAC
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de programas y plug-ins
APE (Monkey's Audio)
 Con
un nombre más bien cómico, APE es otro formato lossless que
merece una mención especial. La principal ventaja con respecto
a sus competidores es que es totalmente gratuito y sin restricción
alguna de uso. Los algoritmos de compresión que utiliza son
los de ZIP, seguramente un viejo conocido para todos los aficionados
a la informática. Esta característica hace que su compresión
no sea tan buena como la de FLAC, aunque el archivo obtenido
tiene, casi siempre, la mitad de tamaño que el original. Sin
embargo, este formato lossless presenta tres notables armas
que lo hacen sobrevivir en la ardua batalla de los formatos
de audio. La primera y más original es su capacidad para detectar
errores. Con otros formatos se hace imposible detectar por
qué un archivo está dañado y, por consiguiente, cómo arreglarlo.
La segunda parte de su armamento recae en los tags, los cuales
son poco comunes en los formatos lossless. Su tipo es ID3,
igual que MP3. Su última línea de ataque consiste también
en una técnica original: la normalización, un proceso por
el cual se normalizan los archivos para que todos estén al
mismo nivel. Esto nos permite, entre otras cosas menos drásticas,
escuchar música clásica y heavy metal sin sobresaltarnos.
La única falla considerable de APE es su falta de soporte
multichannel, algo que todos los formatos actuales deberían
tener considerando el auge de los equipos 5.1 en todo el mundo.
De esta manera, y gracias también a su soporte para los últimos
reproductores de audio, APE logra destacarse dentro del enorme
grupo de formatos lossless.
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oficial de APE
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TTA (True Audio)
 Para
terminar con los exponentes del grupo lossless nos encontramos
con TTA, uno de los formatos que más popularidad ha ganado
en los últimos años. Junto con APE y FLAC, True Audio es considerado
como uno de los más maduros en su tipo. ¿Porqué sucede esto?
Muy sencillo: rápida y eficiente compresión, alta calidad
de sonido y, sobre todo, licencia gratuita y Open Source.
TTA puede trabajar en multichannel y en 8, 16 y 24 bits, algo
de lo que no todos los formatos pueden jactarse. Al igual
que APE, TTA utiliza métodos presentes en los algoritmos de
ZIP y PKZIP, pero optimizados para comprimir audio eficientemente.
De esta intensiva optimización se desprenden las principales
características de TTA que le han valido fama mundial. La
rapidez y la efectividad en cuanto a compresión cumplen un
papel esencial en su éxito. Sus creadores aseguran que este
formato es, sin lugar a dudas, el que más rápido puede comprimir
archivos de audio. Además, logra reducir entre 30% y 70% el
tamaño original del archivo, similar a lo que sucede con FLAC.
Como su códec es capaz de compilar en cualquier sistema operativo
o plataforma, TTA tiene una flexibilidad impresionante. Y
por si todo esto fuera poco, tiene soporte para los reproductores
de audio más populares y tags del tipo ID3. Estas fuertes
características hacen que criticar a este formato sea una
tarea inútil. Salvando algunos bugs menores, no posee falla
alguna.
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oficial de TTA
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de software
OGG Vorbis
 Comenzamos
con los formatos lossy. Vorbis es un códec de compresión de
audio completamente Open Source y, por lo tanto, gratuito.
Al ser utilizado en conjunto con el formato OGG, se convierte
en lo que hoy conocemos como OGG Vorbis. Este formato nació
en 1998 en respuesta a una carta en la que los creadores de
MP3 decidían cobrar regalías por su patente. Cuatro años después,
luego de muchas pruebas, llegó la primera versión estable.
Como verán, este formato es relativamente nuevo; sin embargo,
su popularidad ha crecido de manera considerable en los últimos
años. Sus seguidores están por todo el mundo y la cantidad
crece día a día. Al igual que MP3 y muchos otros formatos
lossy, OGG Vorbis utiliza la técnica MDCT (Modified Discrete
Cosine Transformation), que cambia el dominio del sonido para
llevarlo al de las frecuencias, y luego aplicarle otras técnicas
como quantization y entropy coding. Este formato tiene una
característica particular: funciona siempre en VBR (Variable
Bit Rate). Al contrario de lo que sucede con un flujo de bits
constantes, lo que hace VBR es variarlo según la complejidad
del sonido, optimizando la compresión y, por lo tanto, el
tamaño del archivo. Las ventajas frente a MP3 se evidencian
a simple vista. La más notoria es que suele llegar a lo que
se denomina "transparencia" (es decir, cuando la calidad del
sonido es tan similar a la del original que no se nota variación
alguna) a aproximadamente 160 kbps, en contraste con MP3 que
suele lograrlo a 192 kbps. Aunque parece una diferencia insignificante,
logra reducir el tamaño del archivo y obtener la misma calidad,
que es en definitiva el objetivo primordial de todo formato
de compresión. Si bien todavía no cuenta con mucho soporte
en reproductores portátiles de audio y minicadenas, la situación
está cambiando. Esto puede verse en las nuevas versiones de
firmware para los principales reproductores de MP3, especialmente
en marcas como Apple.
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oficial de OGG Vorbis
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MPC (Musepack)
 Continuando
con los formatos lossy es el turno de MPC, cuyo desarrollo
comenzó en 1997. Actualmente, junto a OGG Vorbis, es uno de
los formatos que, al parecer, están destinados a terminar
con el reinado de MP3. Musepack utiliza como base los algoritmos
presentes en MPEG Layer II, pero optimizados de tal manera
que son capaces de competir con los demás formatos. Además
de los presentes en la denominada Layer II, MPC utiliza otros
algoritmos pertenecientes también a AAC, como el ya mencionado
entropy coding y técnicas para reducir el ruido, entre otras.
Al igual que OGG Vorbis, Musepack tiene siempre un bitrate
variable (VBR), que puede ir desde 3 a 1300 kbits. Por último,
y de manera similar que MP3, también utiliza el llamado "modelo
psicoacústico" cuyo objetivo es reducir aquellas frecuencias
que nuestro oído es incapaz de procesar correctamente, para
optimizar la compresión del sonido. Sin embargo, las técnicas
y algoritmos de este "modelo psicoacústico" difieren de las
de MP3. Otra de las similitudes entre MPC y MP3 es la metadata,
y aunque Musepack utiliza otro tipo de tags, el objetivo y
el resultado son, en definitiva, los mismos. En cuanto a rendimiento,
es muy similar al de OGG Vorbis, llegando a la llamada "transparencia"
unos cuántos kbps. antes que MP3. En definitiva, se trata
de una alternativa muy interesante para aquellos que desean
cambiar el formato de su colección de música.
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