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Windows Media Audio ( WMA ) は、 Microsoftが開発した一連のオーディオコーデックとそれに対応するオーディオ符号化フォーマットです。これは、Windows Mediaフレームワークの一部を構成する独自の技術です。WMA でエンコードされたオーディオは、Advanced Systems Format (ASF)と呼ばれるデジタルコンテナフォーマットに保存されます。
WMA は 4 つの異なるコーデックで構成されています。オリジナルの WMA コーデックは、単にWMAと呼ばれ、人気のMP3およびRealAudioコーデックの競合として考案されました。[ 2 ] [ 3 ]より新しく高度なコーデックであるWMA Pro は、マルチチャンネルおよび高解像度オーディオをサポートしています。[ 4 ]ロスレス コーデックであるWMA Lossless は、オーディオの忠実度を損なうことなくオーディオ データを圧縮します (通常の WMA フォーマットは非可逆圧縮です)。[ 4 ]音声コンテンツを対象としたWMA Voice は、さまざまな低ビットレートを使用して圧縮を適用します。[ 4 ]
最初の WMAコーデックは、 Henrique Malvar氏とそのチームが以前に行った作業に基づいており、Microsoft の Windows Media チームに引き継がれました。[ 5 ] Malvar 氏は、 Microsoft Researchの信号処理グループの上級研究員兼マネージャーであり、[ 6 ]彼のチームはMSAudioプロジェクトに取り組んでいました。[ 7 ]最初に完成したコーデックは、当初MSAudio 4.0と呼ばれていました。[ 8 ] [ 9 ]その後、Windows Media Technologies 4.0 の一部として、Windows Media Audioとして正式にリリースされました。 [ 1 ] Microsoft は、WMA は同等の品質の MP3 ファイルの半分のサイズのファイルを生成できると主張しました。[ 10 ] Microsoft はまた、WMA は 64 kbit/s で「CD に近い品質」のオーディオを提供すると主張しました 。[ 10 ]しかし、前者の主張は一部のオーディオ愛好家によって拒否され[ 11 ]、両方の主張は公開されているコーデックのリスニング テストによって反駁されています。RealNetworksは、WMAの音質がRealAudioよりも優れているというMicrosoftの主張にも異議を唱えた。[ 3 ]
WMA の新しいバージョンが利用可能になりました。1999年にWindows Media Audio 2 、 [ 12 ] 2000 年にWindows Media Audio 7 、 [ 13 ] 2001 年にWindows Media Audio 8、[ 14 ]および2003 年にWindows Media Audio 9です。 [ 4 ] Microsoft は、1999 年に WMA 技術をサードパーティにライセンス供与する計画を初めて発表しました。[ 15 ] Windows XPより前は、WMA ファイルは主に Windows Media Source Filter ( DirectShowコーデック) を使用してストリーミングされていましたが、後に Media Foundation の追加により Windows Vista で削除されました。[ 16 ] Windows Media Playerの以前のバージョンではWMA ファイルが再生されましたが、WMA ファイルの作成のサポートはバージョン 7 まで追加されませんでした。[ 17 ] 2003 年に、Microsoft は元の WMA コーデックと互換性のない新しいオーディオ コーデックをリリースしました。これらのコーデックは、 Windows Media Audio 9 Professional [ 4 ] 、Windows Media Audio 9 Lossless [ 4 ]、およびWindows Media Audio 9 Voice [ 4 ]でした。
バージョン9.0以降にリリースされたすべてのWMAバージョン（ 9.1、9.2、10 ）は、オリジナルのv9デコーダーとの下位互換性があり、そのため個別のコーデックとはみなされていません。唯一の例外はWMA 10 Professionalコーデックで、その低ビットレート（LBR）モードは、古いWMA Professionalデコーダーとの下位互換性が半分のサンプリングレートでのみ存在します（HE-AACがAAC-LCと下位互換性があるのと同様です）。WMA 10 Professional LBRビットストリームをフル忠実度でデコードするには、WMAバージョン10以降のデコーダーが必要です。
WMA ファイルはほとんどの場合、 Microsoft独自のデジタル オーディオまたはデジタル ビデオ用コンテナ フォーマットであるAdvanced Systems Format (ASF)に格納されます。[ 18 ] ASF コンテナ フォーマットは、 MP3 ファイルで使用されるID3タグと同様に、ファイルに関するメタデータをどのようにエンコードするかを指定します。メタデータには、曲名、トラック番号、アーティスト名、およびオーディオ正規化値が含まれる場合があります。このコンテナは、楕円曲線暗号鍵交換、DESブロック暗号、カスタム ブロック暗号、RC4ストリーム暗号、およびSHA-1ハッシュ関数の組み合わせを使用して、デジタル著作権管理(DRM) をオプションでサポートできます。詳細については、Windows Media DRM を参照してください。
2008年以来、マイクロソフトはISOベースメディアファイルフォーマットをベースとした保護相互運用ファイルフォーマット（PIFF）でWMA Professionalを使用しており、これはHTTP経由の適応型ビットレートストリーミングの一種であるスムーズストリーミングで最も一般的に使用されています。DECE UltraVioletやMPEG-DASHなどの関連業界標準では、WMAはサポートされるオーディオコーデックとして標準化されておらず、業界でより普及しているMPEGおよびDolbyオーディオコーデックが採用されています。
各WMAファイルには、WMA、WMA Pro、WMA Lossless、WMA Voiceの4つのサブフォーマットのいずれかで構成された単一のオーディオトラックが含まれています。これらのフォーマットはそれぞれ異なる方法で実装されているため、技術的に独立しており、互換性がありません。つまり、あるサブフォーマットに対応したデバイスやソフトウェアが、他のコーデックを自動的にサポートするわけではありません。各コーデックについては、以下で詳しく説明します。
Windows Media Audio (WMA) は、4 つの WMA コーデックの中で最も一般的なコーデックです。特にマーケティング資料やデバイス仕様におけるWMAという用語の口語的な使用は、通常このコーデックのみを指します。1999 年にリリースされた最初のバージョンのコーデックは WMA 1 とみなされています。同年、ビット ストリーム構文、つまり圧縮アルゴリズムがわずかに変更され、WMA 2 になりました。[ 12 ]それ以降、コーデックの新しいバージョンがリリースされていますが、デコード プロセスは同じままで、コーデック バージョン間の互換性が確保されています。[ 12 ] WMA は、心理音響学の研究に基づいた非可逆オーディオ コーデックです。人間の耳には知覚できないと考えられるオーディオ信号は、圧縮プロセス中に解像度を下げてエンコードされます。
WMAは、最大48kHzでサンプリングされたオーディオ信号を最大2つの独立したチャンネル（ステレオ）でエンコードできます。WMA 9では、可変ビットレート（VBR）と平均ビットレート（ABR）の符号化技術がMSエンコーダに導入されましたが、どちらも技術的には元のフォーマットでサポートされていました。[ 12 ]また、WMA 9.1では低遅延オーディオのサポートも追加され、[ 19 ]エンコードとデコードの遅延が削減されました。
基本的に、WMAは修正離散コサイン変換（MDCT）に基づく変換符号化方式であり、 AAC、Cook、Vorbisとやや類似しています。WMAのビットストリームはスーパーフレームで構成され、各スーパーフレームには2048サンプルのフレームが1つ以上含まれています。ビットリザーバを使用しない場合、1つのフレームは1つのスーパーフレームに等しくなります。各フレームには複数のブロックが含まれており、MDCTによって周波数領域に変換された後、128、256、512、1024、または2048サンプルの長さになります。周波数領域では、変換されたサンプルのマスキングが決定され、その後、サンプルの再量子化に使用されます。最後に、浮動小数点サンプルは係数部分と指数部分に分解され、それぞれ独立してハフマン符号化されます。ステレオ情報は通常、ミッド/サイド符号化されます。低ビットレートの場合、線スペクトルペア（通常17kbit/s未満 ）やノイズ符号化の一種（通常33kbit /s未満）を用いて品質を向上させることも可能です。
AAC や Ogg Vorbis と同様に、WMA は MP3 規格の欠点を解消することを目的としていました。共通の設計目標があったため、3 つのフォーマットは同様の設計上の選択をするに至りました。3 つとも純粋な変換コーデックです。さらに、WMA で使用される MDCT の実装は、Ogg および AAC で使用される実装のスーパーセットであるため、WMA iMDCT およびウィンドウ処理ルーチンを使用して、AAC および Ogg Vorbis をほぼ変更せずにデコードできます。ただし、量子化とステレオ符号化は、各コーデックで異なる方法で処理されます。WMA Standard フォーマットの主な特徴は、MP3、AAC、および Ogg Vorbis がそれぞれ 2 つのサイズにファイルを制限するのに対し、5 種類のブロック サイズを独自に使用していることです。WMA Pro は、88.2/96 kHz のサンプリング レートで使用される 6 番目のブロック サイズを追加することで、これを拡張しています。
PlaysForSure認定デバイスだけでなく、ポータブルハンドヘルド音楽プレーヤーからセットトップDVDプレーヤーまで、多数の未認定デバイスもWMAファイルの再生をサポートしています。PlaysForSure認定オンラインストアのほとんどは、このコーデックのみを使用してコンテンツを配信しています。2005年、ノキアは将来のノキア製携帯電話でWMA再生をサポートする計画を発表しました。[ 20 ]同年、PlayStation Portable（バージョン2.60）のアップデートが提供され、初めてデバイスでWMAファイルを再生できるようになりました。[ 21 ]
Windows Media Audio Professional (WMA Pro) は、WMA 規格に密接に関連する改良されたロッシー コーデックです。一般的なコーディング機能のほとんどは同じですが、エントロピー コーディングと量子化戦略の改善、およびより効率的なステレオ コーディングも備えています。特に、コア コーデックはほとんどのビットレートで効率的なコーディングを行うように設計されているため、WMA 規格の低ビットレート機能の多くが削除されています。主な競合コーデックには、AAC、HE-AAC、Vorbis、Dolby Digital、および DTS があります。16 ビットおよび 24 ビットのサンプル ビット深度、最大 96 kHz のサンプリング レート、および最大 8 つのディスクリート チャンネル ( 7.1 チャンネル サラウンド) をサポートしています。[ 22 ] WMA Pro は、オーディオ トラック内の最も大きな音と最も小さな音の間の音量の差を小さくするダイナミック レンジ圧縮もサポートしています。Microsoft の Amir Majidimehr 氏によると、WMA Pro は理論的には 7.1 サラウンド サウンドを超えて「無制限の数のチャンネル」をサポートできるとのことです。しかし、マイクロソフトは現在の機能を8チャンネル（7.1チャンネル）に制限することを選択した。[ 23 ]
コーデックのビット ストリーム構文は、最初のバージョンである WMA 9 Pro で固定されました。[ 24 ]後のバージョンの WMA Pro では、低ビット レート エンコーディング、低遅延オーディオ、[ 25 ]周波数補間モード、[ 26 ]およびサンプリング レートとビット深度のエンコーディング オプションの拡張範囲が導入されました。周波数補間モードで圧縮された WMA 10 Pro ファイルは、元のサンプリング レートの半分でエンコードされた WMA 9 Pro トラックで構成され、新しい圧縮アルゴリズムを使用して復元されます。[ 27 ]この場合、WMA 10 Pro コーデックに更新されていない WMA 9 Pro プレーヤーは、低品質の WMA 9 Pro ストリームのみをデコードできます。WMA 10 Pro 以降、8 チャンネル エンコーディングは 128 kbit/s から始まり、トラックは、以前は WMA Standard の領域であったネイティブ オーディオ CD 解像度 (44.1 kHz、16 ビット) でエンコードできます。
サポートされるデバイスの数が増え、WMA よりも優れているにもかかわらず、WMA Pro のハードウェアとソフトウェアのサポートはまだほとんどありません。注目すべき例外としては、Microsoft Zune (ステレオのみ)、[ 28 ] Xbox 360、[ 29 ] Windows Media Player 10 Mobile を搭載したWindows Mobile搭載デバイス、 [ 30 ]最新のToshiba GigabeatおよびMotorolaデバイス、[ 31 ] [ 32 ] Rockbox代替ファームウェアの最新バージョンを実行しているデバイスなどがあります。[ 33 ]さらに、WMA Pro はWMV HD認証プログラムの要件です。[ 34 ]ソフトウェア面では、Verizon はV CAST ミュージック サービスに WMA 10 Pro を使用しており、[ 35 ] Windows Media Player 11 はオーディオCD トラックのコピーに WMA の代替としてこのコーデックを推奨しています。[ 36 ] WMA Pro は、Silverlight バージョン 2 以降でサポートされています (ただしステレオ モードのみ)。適切なオーディオハードウェアがない場合、WMA Proは再生時にマルチチャンネルオーディオをステレオまたはモノラルに、また24ビット解像度を16ビットに自動的にダウンミックスすることができます。
WMA Standardの代わりにWMA Proが使用されている顕著な例としては、NBCオリンピックのウェブサイトが挙げられます。このウェブサイトでは、48kbit/sの低ビットレートモードでWMA 10 Proが使用されています。
Windows Media 9 シリーズの一部として、Microsoft は2003 年初頭にWindows Media Audio Lossless を導入しました。これは、ロッシー形式と同じ .wma ファイル拡張子を持つロスレス オーディオ フォーマットです。CD オーディオ トラックなどのデジタル オーディオ ストリームを元のサイズの何分の かで保存するように設計されています。チャンネル内の各サンプルは、最大 24 ビット、96 KHz のレートでエンコードでき、最大 6 つの独立したチャンネル ( 5.1 サラウンド サウンド用) があります。コンテナには、ダイナミック レンジ圧縮制御機能もあると言われています。WMA Pro と同様に、WMA Lossless デコーダーは、対応するオーディオ ハードウェアがない場合にダウン ミキシングを実行できます。フォーマットの詳細はこれまで公開されていませんが、オープンソースのFFmpegプロジェクトによって、Microsoft 以外のプラットフォームで使用するためにリバース エンジニアリングされています。[ 37 ]
アーカイブ目的で設計された[ 38 ]この形式は、 ATRAC Advanced Lossless、Dolby TrueHD、DTS-HD Master Audio、Shorten、Monkey's Audio、FLAC、Apple Lossless、WavPackと競合しました。2011年後半以降、[ 39 ] [ 40 ] [ 41 ]最後の3つは、オープンソースのエンコーダー、ライセンス費用なし、ほぼすべてのオペレーティングシステムで利用可能という利点があります。音楽の一般的な圧縮率は1.7:1から3:1の間で変化します。[ 38 ] [ 42 ] [ 43 ]オーディオCDを206～411MBの範囲に圧縮し 、ビットレートは470～940kbit /sです。
WMA Standard と同様に、WMA Lossless は 2000 年代半ばにいくつかのオンライン配信ストアで採用されました。[ 44 ] [ 45 ]コーデックのハードウェア サポートは、純正のZune 4、8、30、80、120 (ファームウェア バージョン2.2以降)、HDポータブル メディア プレーヤー、およびXbox 360で利用可能になりました。[ 29 ]サードパーティのサポートは、 Cowon A3、[ 46 ] Cowon S9、Bang & Olufsen Serenata、[ 47 ] Sony Walkman NWZ-A および NWZ-S シリーズ、Toshiba Gigabeat S および V モデル、Toshiba T-400、Meizu M3、およびBest Buy限定の Insignia NS-DV、Pilot、および Sport ミュージック プレーヤーで登場しました。Logitech Squeezebox Touch も、このフォーマットをネイティブでサポートするように更新されました。以前は、トランスコーディングによって追加されていました。Windows Mobile搭載デバイスでWindows Media Player 10 Mobile [ 30 ]およびWindows Phone（バージョン8以降）もこのフォーマットの再生をサポートしていました。
Windows Media Audio Voice (WMA Voice) は、Speex (Microsoft のXbox Liveオンライン サービスで使用[ 48 ] )、ACELP、その他のコーデックと競合する非可逆オーディオ コーデックです。低帯域幅の音声再生アプリケーション向けに設計されており[ 49 ] 、人間の音声周波数範囲外の音をローパスおよびハイパス フィルタリングして、WMA よりも高い圧縮効率を実現しています。音声と音楽の両方を含むオーディオ トラックのセクションを自動的に検出し、代わりに標準の WMA 圧縮アルゴリズムを使用できます。[ 24 ] WMA Voice は、単一チャンネル (モノラル) の場合のみ最大 22.05 kHz をサポートします。 [ 49 ]エンコードは、固定ビット レート(CBR)に制限され、最大 20 kbit/s です。このコーデックの最初の唯一のバージョンは WMA 9 Voice です。
Windows Mobile搭載デバイスでWindows Media Player 10 Mobileを使用すると、WMA 9 Voiceの再生がネイティブでサポートされます。[ 30 ]さらに、BBCワールドサービスはインターネットラジオストリーミングサービスにWMA Voiceを採用しています。[ 50 ]
Microsoft は、WMA でエンコードされたオーディオは、同じビットレートの MP3 よりも音質が良いと主張しています。また、Microsoft は、WMA でエンコードされたオーディオは、低ビットレートでは高ビットレートの MP3 よりも音質が良いと主張しています。[ 51 ]他のロッシーオーディオコーデックとの二重盲検リスニングテストでは、Microsoft の優れた品質に関する主張を裏付けることができなかったものから、他のコーデックよりも優れているものまで、さまざまな結果が出ています。2004 年 5 月に 128 kbit/s で実施されたある独立したテストでは、WMA はLAME MP3 とほぼ同等であり、AAC と Vorbis より劣り、ATRAC3 (ソフトウェア版) より優れていることが示されました。[ 52 ]
いくつかの研究では、次のような結論が出ている。
Microsoft の WMA の音質に関する主張は、しばしば苦情を招いてきた。EDN に掲載された記事によると、「一部のオーディオ愛好家は、Microsoft の WMA の音質に関する主張に異議を唱えている」という。[ 11 ] MP3 Developments の別の記事では、Microsoft が WMA で 64 kbit/s の CD 品質のオーディオを主張していることは 「真実とはかけ離れている」と書かれている。[ 53 ] WMA の開発初期段階では、RealNetworks の担当者が、WMA は「Microsoft がRealAudio 8に追いつこうとする明白で無駄な試み」だと主張した。[ 54 ]
Microsoft は、64 kbit/s の WMA の音質は128 kbit/s の MP3 の音質と同等かそれ以上であると主張することがあります (WMA と MP3 はどちらも192 kbit/s ではほとんどのリスナーにとってほぼ透明であると考えられています)。1999 年に Microsoft が出資した調査で、National Software Testing Laboratories (NSTL) は、リスナーが128 kbit/s の MP3 ( MusicMatch Jukeboxでエンコードされたもの) よりも 64 kbit/s の WMA を好むことを発見しました。[ 55 ]
MP3エンコーダーとWMAエンコーダーはどちらも長年にわたり活発な開発と改良が続けられてきたため、その相対的な品質は時間の経過とともに変化する可能性がある。
Windows Media Player 以外にも、ほとんどの WMA 圧縮形式は、ALLPlayer、VLC メディアプレーヤー、[ 56 ] Media Player Classic、[ 57 ] MPlayer、RealPlayer、Winamp、Zune ソフトウェア(いくつかの制限あり-デフォルトの WMA プラグインを使用すると DSP プラグインのサポートと DirectSound 出力が無効になります)、その他多くのソフトウェア メディアプレーヤーで再生できます。Microsoft Zune メディア管理ソフトウェアはほとんどの WMA コーデックをサポートしていますが、PlaysForSure で使用されているWindows Media DRMのバリエーションを使用しています。
FFmpegプロジェクトは、WMAコーデックをリバースエンジニアリングして再実装し、LinuxなどのPOSIX準拠のオペレーティングシステムで使用できるようにしました。Rockboxプロジェクトはさらにこのコーデックを拡張し、組み込みコアに適するようにして、オープンソースソフトウェアを実行するポータブルMP3プレーヤーや携帯電話での再生を可能にしました。RealNetworksは、Linux版RealPlayerでDRMフリーのWMAファイルの再生をサポートする計画を発表しました。[ 58 ] Macintoshプラットフォームでは、Microsoftは2003年にMac OS X用のWindows Media PlayerのPowerPC版をリリースしましたが、 [ 59 ]ソフトウェアのさらなる開発は終了しました。Microsoftは現在、サードパーティ製のFlip4Mac WMAを推奨しています。これは、MacintoshユーザーがQuickTimeフレームワークを使用する任意のプレーヤーでWMAファイルを再生できるようにするQuickTimeコンポーネントです。 [ 60 ]ただし、Flip4Macは現在、Windows Media Audio Voiceコーデックをサポートしていません。[ 61 ]
Androidプラットフォーム自体はWMAをサポートしていませんが、Androidデバイス用のサードパーティ製WMAソフトウェアがあります。[ 62 ]
WMA形式は、ほぼすべてのWindows Mobileおよびそれ以降のWindows Phoneデバイスで再生できます。
オーディオを WMA 形式でエクスポートできるプロプライエタリおよびオープンソースのソフトウェア パッケージは多数あり、その中には Windows Media Player、 Windows Movie Maker、Microsoft Expression Encoder、Sony Sound Forge、GOM Player、RealPlayer、[ 63 ] Adobe Premiere Pro、[ 64 ] Adobe Audition、[ 65 ] Adobe Soundbooth、VLC メディア プレーヤーなどが含まれます。[ 66 ] Microsoft Office OneNote はすべての WMA コーデックでのエンコードをサポートしており、[ 67 ] Windows Media Encoderも利用可能なすべてのビット レートと解像度オプションをサポートしています。
WMAコーデックは、オプションでDRM機能を備えたASFコンテナフォーマットと組み合わせて使用されることが最も多いです。WMAと併用できるWindows Media DRMは、MTVのURGE、Napster、Rhapsody、Yahoo! Music Unlimited、Virgin Digitalなどの無制限ダウンロードサービスが提供するような、時間制限付きの音楽サブスクリプションサービスをサポートしています。PlaysForSureおよびWindows Media ConnectのコンポーネントであるWindows Media DRMは、Roku、SoundBridge、Xbox 360、Wiiなどの多くの最新のポータブルオーディオデバイスやストリーミングメディアクライアントでサポートされています。WMAフォーマットをサポートしているもののWindows Media DRMをサポートしていないプレーヤーでは、DRMで保護されたファイルを再生できません。
一部のオーディオ愛好家は、WMAの品質に関するマイクロソフトの主張に異議を唱えている。