ATRAC

Adaptive Transform Acoustic Coding (ATRAC) es una familia de algoritmos de compresión de audio patentados desarrollados por Sony. MiniDisc fue el primer producto comercial en incorporar ATRAC en 1992. ATRAC permitió que un disco relativamente pequeño como MiniDisc tuviera el mismo tiempo de funcionamiento que un CD mientras almacenaba información de audio con una pérdida mínima de calidad perceptible. Las mejoras al códec en forma de ATRAC3, ATRAC3plus y ATRAC Advanced Lossless siguieron en 1999, 2002 y 2006 respectivamente.

Los archivos en formato ATRAC3 originalmente tienen el .aa3 extensión, sin embargo, en la mayoría de los casos, los archivos se almacenarían en un contenedor de audio OpenMG usando la extensión .oma. Inicialmente, los archivos cifrados con OpenMG tenían el .omg extensión, antes de que fuera reemplazada por .oma comenzando en SonicStage v2.1. El cifrado ya no es obligatorio a partir de v3.2.

Otros fabricantes de MiniDisc como Sharp y Panasonic también implementaron sus propias versiones del códec ATRAC.

Historia

ATRAC se desarrolló para el formato MiniDisc de Sony. ATRAC se actualizó con la versión 2, luego la versión 3, la versión 4, la versión 4.5 y el Tipo R y el Tipo S.

La primera actualización importante fue ATRAC3 (que no debe confundirse con la versión 3 del ATRAC original) en 1999. ATRAC3 se usaría en MiniDisc, así como en Network Walkman y Vaio Music Clip. ATRAC3plus se lanzó en 2003 para Hi-MD, pero también era compatible con algunos dispositivos PlayStation, VAIO y Xplod.

El 31 de marzo de 2008, Sony casi eliminó los códecs relacionados con ATRAC en los Estados Unidos y Europa, y en su Connect Music Store con tecnología SonicStage (el equivalente de Sony de iTunes y iTunes Music Store). Esto se debió en parte a la baja aceptación del formato, ya que una fuente afirmó que el 90% de los usuarios europeos de Walkman no usaban ATRAC. Todos los reproductores Walkman digitales fuera de Japón dejaron de funcionar con ATRAC después de septiembre de 2007.

Hasta el 1 de octubre de 2012, ATRAC era el único códec disponible para descargar música de mora hasta que cambiaron a un modelo sin DRM y comenzaron a ofrecer archivos FLAC el año siguiente.

ATRAC9 fue diseñado para el audio de PlayStation y debutó con PlayStation Vita.

Calidad de tasa de bits general

La tasa de bits original de 292 kbit/s de ATRAC, tal como se usa en los MiniDisc originales, fue diseñada para estar cerca de la calidad acústica de un CD. Años más tarde, ATRAC se mejoró y generalmente se considera mejor que las versiones anteriores con tasas de bits similares. A modo de comparación, los CD se codifican a 1411,2 kbit/s, y los codificadores sin pérdidas pueden codificar la mayoría de los CD por debajo de 1000 kbit/s, con una reducción significativa de la tasa de bits para contenido más fácil de codificar, como la voz.

Rendimiento

Según los ingenieros de ATRAC, los algoritmos de ATRAC se desarrollaron en estrecha colaboración con los ingenieros de desarrollo de circuitos integrados de LSI dentro de Sony para ofrecer un producto tangible que pudiera codificar a altas velocidades y con un consumo mínimo de energía. Esto contrasta con otros códecs desarrollados en computadoras sin tener en cuenta las limitaciones del hardware portátil. Esto se refleja en el diseño de los códecs ATRAC, que tienden a enfatizar el procesamiento de cantidades más pequeñas de muestras a la vez para ahorrar memoria a costa de la eficiencia de compresión y multiplicaciones adicionales. Estas ventajas y desventajas son totalmente lógicas en los sistemas DSP, donde la memoria a menudo era un bien escaso en comparación con el rendimiento del multiplicador.

Los Walkman de Sony ofrecen una mejor duración de la batería cuando se reproducen archivos ATRAC que cuando se reproducen archivos MP3. Sin embargo, como Sony solo impulsó la compatibilidad con ATRAC en los teléfonos de la serie Sony Ericsson Walkman en el mercado japonés, no es compatible con los teléfonos del mercado GSM/UMTS. La serie Xplod de reproductores de CD de audio para automóvil de Sony admite CD ATRAC. En el pasado, los minidiscos con canciones en formato ATRAC eran compatibles con los estéreos para automóviles de la marca Eclipse.

Formatos

ATRAC (1) (versiones 1.0–4.5, Tipo R/S)

ATRAC1 se utilizó por primera vez en el propio sistema SDDS de formato de cine de Sony en la década de 1990 y, en este contexto, es un competidor directo de Dolby Digital (AC3) y DTS. SDDS utiliza ATRAC1 con codificación de 8 canales y con una tasa de codificación total sobre todos los canales de 1168 kbit/s.

Dos filtros de espejo en cuadratura apilados dividen la señal en 3 partes:

• 0 a 5,5125 kHz
• 5.5125 a 11.025 kHz
• 11.025 a 22.05 kHz

Codificación estéreo completa (es decir, canal independiente) con una velocidad de datos de 292 kbit/s.

El paso bajo de alta frecuencia depende de la complejidad del material; algunas codificaciones tienen contenido claro hasta 22,05 kHz.

ATRAC1 también se puede usar en modo mono (un canal), duplicando el tiempo de grabación.

FFmpeg tiene una implementación de un decodificador ATRAC1.

ATRAC3 (modos LP2 y LP4)

Al igual que ATRAC1 y MP3, ATRAC3 también es un codificador híbrido de subbanda-MDCT, pero con varias diferencias.

En ATRAC3, tres QMF apilados dividen la señal en 4 partes:

• 0 a 2.75625 kHz (DC a f/16)
• 2.75625 a 5.5125 kHzf/16 a f/8)
• 5.5125 a 11.025 kHzf/8 a f/4)
• 11.025 a 22.05 kHzf/4 a f/2)

Luego, las cuatro subbandas se codifican en MDCT mediante una transformación de longitud fija. A diferencia de casi todos los formatos modernos, la longitud de transformación no se puede variar para optimizar los transitorios de codificación. En su lugar, se utiliza una técnica de codificación de transitorios más simple llamada control de ganancia, en la que la ganancia de diferentes subbandas varía durante un transitorio antes de la MDCT y luego se restaura durante la decodificación después de la MDCT inversa para tratar de suavizar los transitorios. Además, antes de la cuantificación, los componentes tonales se restan de la señal y se cuantifican de forma independiente. Durante la decodificación, se reconstruyen por separado y se vuelven a agregar para reformar los coeficientes MDCT originales.

Sony afirma que la principal ventaja de ATRAC3 es su eficiencia de codificación, que se ajustó para DSP portátil que proporciona menos potencia informática y duración de la batería. Sin embargo, dado que ATRAC es un códec híbrido de subbanda-MDCT que es algorítmicamente muy similar a MP3, cualquier ventaja probablemente sea exagerada. Además, en comparación con los formatos más nuevos, como Windows Media Audio, que usan una MDCT simple en lugar de una híbrida, ATRAC3 debe realizar un QMF inverso adicional y computacionalmente costoso, aunque el sistema híbrido reduce significativamente el uso de memoria, lo que probablemente fue un factor dado el memoria limitada disponible cuando ATRAC se desarrolló originalmente.

LP2 Mode

Esto utiliza una velocidad de datos de 132 kbit/s, cuya calidad se anuncia como similar a la del MP3 codificado a una velocidad de bits similar. Sin embargo, en una prueba doble ciego independiente (2004/05) sin referencia de parámetros de codificación de formato contra Ogg Vorbis, AAC y LAME VBR MP3, ATRAC3 quedó en último lugar. Desafortunadamente, debido a la falta de transparencia en el control de versiones del codificador ATRAC, no se sabe si el codificador ATRAC3 probado era óptimo y la investigación posterior no fue concluyente. Es posible que los codificadores ATRAC3 más nuevos ofrezcan un mejor rendimiento.

Modo LP4

Esto reduce la velocidad de datos a 66 kbit/s (la mitad de LP2), en parte mediante el uso de codificación estéreo conjunta y un filtro de paso bajo de alrededor de 13,5 kHz. Permite grabar 324 minutos en un MiniDisc de 80 minutos, con el mismo relleno requerido que LP2.

Notas

FFmpeg tiene una implementación de un decodificador ATRAC3, que se convirtió a precisión fija y se implementó en la serie Rockbox de firmware para procesadores ARM, Coldfire y MIPS. RealAudio8 es una implementación de alta tasa de bits de ATRAC3 (hasta 352,8 kbit/s).

El videojuego de PlayStation 3 Race Driver: Grid utiliza 224 flujos simultáneos de audio comprimido ATRAC3, con entre uno y ocho canales por flujo a frecuencias de muestreo de entre 24 y 48 kHz, cada uno filtrado con frecuencia 512 bandas de ecualización adaptativa, enrutadas a través de seis unidades de reverberación que se ejecutan en el mismo coprocesador SPU (uno de los ocho en el chip Cell de PS3), junto con mezcla Ambisonic híbrida de tercer orden de 7.1 canales.

ATRAC3plus

Este códec se utiliza en dispositivos Sony Hi-MD Walkman (por ejemplo, "Hi-LP y Hi-SP"), reproductores Network Walkman, reproductores Memory Stick, VAIO Pocket, consolas PS3 y PSP, y Reproductores de CD ATRAC. Es un códec híbrido de subbanda/MDCT basado en un QMF de 16 canales seguido de un MDCT de 128 puntos. Antes de la codificación MDCT, se utilizaba el análisis armónico generalizado (GHA) para extraer los componentes tonales, una versión mejorada del proceso utilizado en ATRAC3. Al igual que en las versiones anteriores de ATRAC, el control de ganancia se usa para controlar el preeco en lugar de las transformaciones de tamaño variable, aunque aparentemente son posibles diferentes ventanas de MDCT.

Un CD ATRAC3plus jugando en un estéreo de coche Sony.

La versión 3.4 de SonicStage, lanzada en febrero de 2006, introdujo la extracción de CD en velocidades de bits de 320 y 352. Las velocidades de bits disponibles son: 48, 64, 96, 128, 160, 192, 256, 320 y 352 kbit/s. Las tasas de bits más nuevas no siempre son compatibles con todos los decodificadores de hardware más antiguos; sin embargo, se ha descubierto que parte del hardware más antiguo es compatible con ciertas tasas de bits ATRAC3plus más nuevas.

Los minidiscos grabados en este formato son incompatibles con los reproductores más antiguos.

En una prueba realizada por una empresa independiente, pero financiada por Sony, se concluyó que ATRAC3plus a 64 kbit/s tiene la misma calidad de sonido subjetiva que un codificador de MP3 obsoleto a 128 kbit/s. No se evaluó el rendimiento frente a codificadores de MP3 modernos de alta calidad.

ATRAC avanzado sin pérdidas

ATRAC Advanced Lossless es un "escalable" códec de audio sin pérdida que graba un flujo ATRAC3 o ATRAC3plus con pérdida y lo complementa con un flujo de información de corrección almacenada dentro del propio archivo que permite reproducir la señal original, si se desea. Un reproductor/descodificador puede extraer y usar solo los datos de ATRAC3 o ATRAC3plus, o puede combinarlos con el flujo de corrección para reproducir perfectamente la información de audio original. Esto permite que el archivo se decodifique como sin pérdida o con pérdida. Se implementa de tal manera que permite que el tamaño del archivo sea más pequeño que las versiones sin comprimir o comprimidas del mismo archivo. La compresión es aproximadamente del 30 al 80% del archivo original. Los beneficios de la compresión escalable incluyen proporcionar compatibilidad con versiones anteriores, de modo que los dispositivos más antiguos que no son compatibles con AAL aún pueden tener la transmisión ATRAC3 disponible para reproducción sin comprender el formato AAL y una velocidad de transferencia más rápida entre dispositivos de audio portátiles y PC.

ATRAC Advanced Lossless es ampliamente compatible con reproductores Walkman antiguos y SonicStage versión 4 o posterior. SonicStage 4 permite la descarga de ATRAC Advanced Lossless a reproductores de MiniDisc, PlayStation Portable y PlayStation 3. Los reproductores Walkman recientes no son compatibles con ATRAC Advanced Lossless/ATRAC.

Tecnología comparable

El uso de AAL de un "núcleo" (con pérdidas) y "residual" (corrección) es similar a la idea detrás de Opus, MPEG-4 SLS, DTS-HD Master Audio, Dolby TrueHD y Ogg Vorbis bitrate peeling. De hecho, AAL fue el primero en ser lanzado al mercado comercial con este esquema de retrocompatibilidad.

El modo híbrido WavPack y OptimFROG DualStream están en la misma categoría, pero almacenan el flujo de corrección en un archivo separado.

ATRAC9

Según Sony, ATRAC9 es un códec de audio de alta compresión optimizado para juegos, que ofrece un bajo retraso (granularidad) y un bajo uso de memoria y CPU. Utilizado en consolas PS5, PS4 y PS Vita. El middleware de audio como FMOD y Audiokinetic Wwise lo admite.