Уже на заре цифрового хранения информации стала очевидной необходимость сжатия данных. В начале эры компьютеров память была очень дорогой и емкость запоминающих устройств была ограничена. В то время промышленность еще не могла создать приемлемые по стоимости и размерам устройства памяти той емкости, которая известна в наши дни. В частности, после возникновения идеи преобразования аналоговых звуковых сигналов в цифровой формат впечатляющая емкость, необходимая для хранения данных, стала проблемой.
Взрывной рост электронных средств связи и Интернет был основной причиной резкого увеличения объема распространяемой информации, но в то же время главной причиной, по которой сжатие данных стало ключевой проблемой.
Чтобы записать музыку и голос на носитель ограниченного объема или передать его содержимое за приемлемое время, возникает необходимость в компрессии. Рассмотрим следующий пример.
Предположим, вы хотите записать 1 минуту музыки в стереозвучании с качеством компакт-диска на жесткий диск. Частота выборки для компакт-диска составляет 44,1 кГц, разрядность выборки — 16 бит. Одна минута музыки представляет объем данных 44100 (выборок в секунду) х 60 (выборок в минуту) х 16 (бит на выборку) х 2 (стерео) = 84672 Мбит, или примерно 10,6 Мбайт памяти на вашем жестком диске.
Передача такого объема данных через Интернет посредством модема, работающего со скоростью 28,8 Кбит/с, займет примерно 84672 Мбит/28800 (бит/с) х 60 (секунд) = 49 минут. При использовании стандартных телефонных линий такое время является даже слишком оптимистичным, так как скорость модема имеет тенденцию к изменению (главным образом к понижению) в зависимости от сетевой нагрузки, а при расчете еще и не принималось во внимание использование протоколов с коррекцией ошибок при передаче данных модемом, что также снижает среднюю скорость передачи.
Для достижения приемлемой задержки при передаче или хранения данных в памяти необходимость компрессии становится очевидной.
За прошедшие годы были разработаны различные методы сжатия звуковых сигналов. Большинство из них прямо или косвенно получено из стандартов MPEG (Moving Picture Expert Group — группа экспертов по движущимся изображениям). Эта всемирная организация, представляющая интересы производителей, разработчиков, продюсеров и т.д., может предлагать, обсуждать и согласовывать методы и стандарты для движущихся изображений, но также звуковые и видеотехнологии, связанные с этими изображениями.
Для бытового применения компрессия впервые стала использоваться в системах PASC для DCC и ATRAC для мини-диска. Оба метода сжатия были основаны на стандарте MPEG1 layer 1, позволяющем в 4-5 раз снизить объем данных. Благодаря развитию более точных и быстродействующих микрокомпьютеров, были достигнуты более высокое качество и степень сжатия.
Тот же самый стандарт MPEG1, но layer 3, явился основой для широко используемого формата, иногда называемого MP3. Дополнительные сведения на этот счет приведены в гл. 20.