Windows Media オーディオ

Windows Media Audio ( WMA ) は、 Microsoftが開発した一連のオーディオ コーデックおよび対応するオーディオ コーディング形式です。これは、Windows Mediaフレームワークの一部を形成する独自のテクノロジです。 WMA は 4 つの異なるコーデックで構成されています。 単にWMAとして知られるオリジナルの WMA コーデックは、一般的な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 コーデックのWMA Losslessは、オーディオの忠実度を損なわずにオーディオ データを圧縮します (通常の WMA 形式は非可逆です)。^{[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] Microsoft は、 WMA でエンコードされたオーディオを保存するために、} Advanced Systems Formatと呼ばれるデジタル コンテナー形式も開発しました。

最初の WMAコーデックは、 Henrique Malvarと彼のチームによる以前の研究に基づいており、Microsoft の Windows Media チームに移管されました。^{[5] Malvar は}Microsoft Researchのシグナル処理グループの上級研究者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]最初の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]これは後に}Windows Media Audioとして正式にリリースされ、^[1] Windows Media Technologies 4.0 の一部として使用されました。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も主張しました。^[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否定され^[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も、WMA が RealAudio よりも優れたオーディオ品質であるという Microsoft の主張に異議を唱えました。^[3]

WMA の新しいバージョンが利用可能になりました。1999年にはWindows Media Audio 2 、 ^[12] 、2000 年にはWindows Media Audio 7 、 ^{[13] 、 2001 年には} Windows Media Audio 8、^[14]、2003 年にはWindows Media Audio 9 です。 ^[4] Microsoft は 1999 年に初めて WMA テクノロジをサード パーティにライセンス供与する計画を発表しました。^[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 が追加された Windows Vista で削除されました。^[16] Windows Media Playerの以前のバージョンでもWMA ファイルは再生できましたが、WMA ファイルの作成はバージョン 7 までサポートされませんでした。^[17] 2003 年、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] Windows Media Audio 9 Voiceでした。^[4]

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、元の v9 デコーダーと下位互換性があるため、別のコーデックとは見なされません。唯一の例外は WMA 10 Professional コーデックで、このコーデックの低ビット レート (LBR) モードは、半分のサンプリング レートでのみ、古い WMA Professional デコーダーと下位互換性があります (HE-AAC が AAC-LC と下位互換性があるのと同様)。WMA 10 Professional LBR ビットストリームを完全に忠実にデコードするには、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、デジタル オーディオまたはデジタル ビデオ用のMicrosoft独自のコンテナー形式であるAdvanced Systems Format (ASF)に格納されます。^[18] ASF コンテナー形式は、 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エンコードする方法を指定します。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ます。このコンテナーは、楕円曲線暗号キー交換、 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、オプションでデジタル著作権管理 (DRM)をサポートできます。詳細については、 Windows Media DRM を参照してください。

2008 年以降、Microsoft はISO ベース メディア ファイル形式に基づく保護された相互運用可能なファイル形式 (PIFF) で WMA Professional も使用しており、これは HTTP 経由の適応ビットレート ストリーミングの形式である Smooth Streaming で最もよく使用されています。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のオーディオ トラックが 1 つ含まれています。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おり、技術的に区別され、相互に互換性がありません。つまり、1 つのサブフォーマットと互換性のあるデバイスまたはソフトウェアは、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の仕様では、 WMAという用語の口語的な使用法は通常、このコーデックのみを指します。 1999 年にリリースされたコーデックの最初のバージョンは、WMA 1 とされています。同じ年に、ビット ストリーム構文、つまり圧縮アルゴリズムが若干変更され、WMA 2 になりました。^[12]それ以来、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あり、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見なさ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2つの個別チャンネル（ステレオ）で最大48kHzでサンプリングされたオーディオ信号を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）のコーディング技術が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形式でサポートされていました。^[12] 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}遅延が短縮されました。

基本的に、WMA は、修正離散コサイン変換(MDCT)に基づく変換コーダであり、 AAC、Cook、Vorbisに多少似ています。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 リザーバが使用されない場合、フレームはスーパーフレームに相当します。各フレームには、MDCT によって周波数領域に変換された後の 128、256、512、1024、または 2048 サンプルの複数のブロックが含まれます。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、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、個別に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 レートでは、線スペクトル ペア(通常 17 kbit/s 未満) とノイズ コーディングの形式 (通常 33 kbit/s 未満) も使用して品質を向上させることができます。

AAC や Ogg Vorbis と同様に、WMA は MP3 標準の欠陥に対処することを目的としていました。共通の設計目標があるため、3 つの形式では最終的に同様の設計選択が行われました。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 実装は、基本的に Ogg および AAC で使用されるもの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 をほとんど変更せずにデコードできます。ただし、量子化とステレオ コーディングはコーデックごとに処理が異なります。WMA 標準形式の主な特徴は、5 つの異なるブロック サイズを独自に使用することです。これに対し、MP3、AAC、および Ogg Vorbis では、それぞれファイルのサイズが 2 つに制限されています。WMA Pro では、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 プレーヤーに至るまで、多数の非認定デバイスが 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 年に、Nokia は将来の Nokia 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 WMA ファイルをデバイスで再生できるようになりました。^[21]

Windows Media Audio Professional (WMA Pro) は、WMA 標準に密接に関連する、改良された非可逆コーデックです。一般的なコーディング機能のほとんどを保持していますが、エントロピー コーディングと量子化戦略が改良され、ステレオ コーディングの効率も向上しています。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 標準の低ビットレート機能の多くが削除されています。主な競合製品には、AAC、HE-AAC、Vorbis、ドルビー デジタル、DTS などがあります。16 ビットと 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、最大 8 つの個別チャネル ( 7.1 チャネル サラウンド) をサポートしています。^{[22] WMA Pro は、オーディオ トラックの最も大きな音と最も小さな音の音量差を減らす}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 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つ（7.1の個別チャンネル）に制限することを選択しました。^[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] WMA Proの後のバージョンでは、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]および拡張された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ストリームしかデコードできません。WMA 10 Pro以降、8チャンネルエンコーディングは128 kbit/sから開始され、トラックは以前はWMA標準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。

対応デバイスが増え、WMAよりも優れているにもかかわらず、WMA Proはハードウェアおよびソフトウェアのサポートがまだほとんどありません。注目すべき例外としては、Microsoft Zune（ステレオに限定）^{[28] 、[29]} Xbox 360、^{[29] Windows Media Player 10 Mobileを搭載した} Windows Mobile搭載デバイス、^[30]より新しいToshiba GigabeatおよびMotorolaデバイス、^{[31] [32]}最新バージョンのRockbox代替ファームウェア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]ソフトウェアの面では、VerizonがV CAST Music ServiceにWMA 10 Proを利用しており、^[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進しています。^[36] WMA Proはバージョン2の時点でSilverlight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 は再生中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、24 ビット解像度を 16 ビットに 自動的にダウンミックスできます。

WMA 標準の代わりに WMA Pro が使用されている注目すべき例としては、48 kbit/s の低ビットレート モードで WMA 10 Pro を使用している NBC オリンピック Web サイトがあります。^{[引用が必要]}

Windows Media Audio 9 Losslessは、2003 年初めにMicrosoftがリリースしたオーディオ コーデックであるWindows Media Audio のロスレス版です。オーディオ CD を 206 MB から 411 MB の範囲に、ビット レート 470 kbit/s から 940 kbit/s に圧縮します。その結果、元のオーディオ ファイルがビット単位で複製されます。つまり、CD のオーディオ品質は、再生時のファイルと同じになります。WMA Lossless は、他の Windows Media Audio 形式と同じ .WMA ファイル拡張子を使用します。6 つの個別チャネルと最大 24 ビット/96 kHz のロスレス オーディオをサポートします。この形式はこれまで公に文書化されたことはありませんが、libavおよびffmpegプロジェクトによって、Microsoft 以外のプラットフォーム用にオープン ソース デコーダーがリバース エンジニアリングされています。

Windows Media Audio Lossless (WMA Lossless) はロスレス オーディオ コーデックであり、ATRAC Advanced Lossless、Dolby TrueHD、DTS-HD Master Audio、Shorten、Monkey's Audio、FLAC、Apple Lossless、WavPackと競合しています(2011 年後半以降、^{[37] [38] [39]最後の 3 つは}オープン ソース ソフトウェアであり、ほぼすべてのオペレーティング システムで使用できるという利点があります)。アーカイブ用に設計されており、^[40] VBR を使用して元の品質を損なうことなくオーディオ信号を圧縮します。解凍すると、オーディオ信号は元の信号の正確な複製になります。コーデックの最初のバージョンである WMA 9 Lossless とそのリビジョンは、ダイナミック レンジ圧縮制御により、最大 6 つのディスクリート チャネル ( 5.1 チャネル サラウンド) で最大 96 kHz、24 ビットのオーディオをサポートしています。音楽の一般的な圧縮比は 1.7:1 から 3:1 の間で変化します。^{[40] [41] [42]}

このコーデックのハードウェアサポートは、Cowon A3、^[43] Cowon S9、Bang & Olufsen Serenata ^[44] Sony Walkman NWZ-AおよびNWZ-Sシリーズ、Zune 4、8、8030 、Zune 120（ファームウェアバージョン2.2以降）、Zune HD、Xbox 360、^[29] Windows Media Player 10 Mobileを搭載したWindows Mobile搭載デバイス、[ 30 ] ^Windows Phone（バージョン8以上）、Toshiba Gigabeat SおよびVモデル、Toshiba T-400、Meizu M3、Best BuyのInsignia NS-DV、Pilot、Sport音楽プレーヤーで利用できる。Logitech Squeezebox Touchは、以前はトランスコード経由でのみサポートしていたが、現在はこの形式をネイティブでサポートしている。WMA Standardと同様に、WMA Losslessは、音楽をオンラインで配信するためにいくつかのオンラインストアで使用されている。^{[45] [46]} WMA Proと同様に、WMAロスレスデコーダーは、対応したオーディオハードウェアが存在しない場合にダウンミックスを実行できます。^[要出典] 2012年現在、ffmpegおよびlibavプロジェクトには、公式デコーダーのリバースエンジニアリングに基づくオープンソースのWMAロスレスデコーダーがあります。2012年6月20日現在、ffmpegで正常にデコードできるのは16ビットWMAファイルのみです。

Windows Media Audio Voice (WMA Voice) は、 Speex (Microsoft のXbox Liveオンライン サービス^[47]で使用)、ACELP、および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^[48] 、人間の発話周波数範囲外の音にローパス フィルタリングとハイパス フィルタリングを適用して、WMA よりも高い圧縮効率を実現します。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します。^[24] WMA Voice は、単一チャネル (モノラル) のみで最大 22.05 kHz をサポートします。^{[48]エンコードは}固定ビット レート(CBR) と最大 20 kbit/sに制限されます。コーデックの最初のバージョンは WMA 9 Voice です。

Windows Media Player 10 Mobileを搭載したWindows Mobile搭載デバイスは、WMA 9 Voiceの再生をネイティブでサポートしています。^[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。^[49]

二重盲検リスニングテストの結果表については、コーデックリスニングテストを参照してください。

マイクロソフトは、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る。また、低ビットレートのWMAでエンコードされたオーディオは、高ビットレートのMP3よりも音質が良いとも主張している。 ^{[50]他の非可逆オーディオコーデックを使用した} 二重盲検リスニングテストでは、その優れた品質に関するマイクロソフトの主張を裏付けることができないものから、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る。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、AACとVorbisより劣り、ATRAC3（ソフトウェアバージョン）より優れていることが示された。^[51]

いくつかの研究では次のように結論づけられています。

• 2004 年 7 月に実施された共同の独立したテストでは、32 kbit/s では^{[ permanent dead link ‍ ]} WMA 標準は LAME MP3 よりも明らかに優れていましたが、他の最新のコーデックより優れているわけではありませんでした。
• 2006 年 12 月に Sebastian Mares と Hydrogenaudio Forums が主催および支援した独立したリスニング テストでは、 48 kbit/s (2014-07-08 にWayback Machineでアーカイブ) でWMA 10 Pro はNero HE-AAC に次ぐ 2 位、WMA 9.2 より優れていると評価されました。ただし、このテストでは WMA 10 Pro に CBR を使用し、他のコーデックに VBR を使用しました。
• 1999 年に Microsoft の委託を受けNational Software Testing Labsが独自に実施したリスニング テストでは、64 kbit/s で WMA Pro が Nero HE-AAC を上回りました。300人の参加者のうち、「リスナーの 71% が WMA Pro が HE AAC と同等かそれ以上であると回答しました。」^{[引用が必要]しかし、2003 年 9 月に Roberto Amorim が実施した公開リスニング テストでは、リスナーは 99% 以上の}信頼度で 64 kbit/s WMA オーディオよりも 128 kbit/s MP3 を好むことがわかりました。
• 2005年に行われた個別のテストでは、 80 kbit/s （Wayback Machineで2014-07-08にアーカイブ）および96 kbit/sでは、WMAはHE-AAC、AAC-LC、およびVorbisよりも品質が低く、MP3とほぼ同等の品質で、MPCよりも品質が高かった。
• 2006 年 1 月に行われた大規模テストでは、128 kbit/s で、aoTuV Vorbis、LAME MP3、WMA 9 Pro、AAC の 4 つが同率となり、各コーデックはほとんどのリスナーにとって非圧縮の音楽ファイルに近い音質でした。
• 2003 年 10 月にEDNが実施した比較テストでは、WMA 9 Pro は 768 kbit/s で、 DTSに必要なビット レートの半分でフル スペクトル応答を実現しました。テスト サンプルは 48 kHz、5.1 チャンネル サラウンド オーディオ トラックでした。

マイクロソフトのWMA音質に関する主張は、しばしば苦情を招いている。EDNの公開記事によると、「一部のオーディオマニアは、WMA音質に関するマイクロソフトの主張に異議を唱えている」という。 ^[11] MP3 Developmentsの別の記事では、マイクロソフトのWMAによる64kbit/sのCD音質に関する主張は「真実からかけ離れている」と書かれている。^[52] WMA開発の初期段階で、RealNetworksの代表者は、WMAは「MicrosoftがRealAudio 8に追いつこうとする、明らかに無駄な努力」であると主張した。^[53]

マイクロソフトは、64 kbit/sのWMAの音質は128 kbit/sのMP3と同等かそれ以上であると主張することがある（WMAとMP3はどちらも192 kbit/sではほとんどのリスナーからほぼ透明であると考えられている）。1999年にマイクロソフトが資金提供したNational Software Testing Laboratories （NSTL）の調査では、リスナーは64 kbit/sのWMAを128 kbit/sのMP3（ MusicMatch Jukeboxでエンコード）よりも好むことがわかった。^[54]

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って積極的に開発と改良が行われてきたため、時間の経過とともに相対的な品質が変化する可能性があります。

Windows Media Player以外にも、ALLPlayer、VLC media player、^[55] Media Player Classic、^[56] MPlayer、RealPlayer、Winamp、Zune Software（一定の制限あり。DSPプラグインのサポートとDirectSound出力はデフォルトのWMAプラグインでは無効になる）、^[要出典] 、その他多くのソフトウェアメディアプレーヤーを使用して、WMA圧縮形式の大部分を再生できる。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るが、 PlaysForSureが使用する Windows Media DRMのバリエーションを使用している。

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、このコーデックをさらに拡張して組み込みコアに適したものにし、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、DRM フリーの WMA ファイルの再生を RealPlayer for Linux でサポートする計画を発表しました。^[57] Macintoshプラットフォームでは、Microsoft が2003 年にMac OS X用の Windows Media Player のPowerPCバージョンをリリースしましたが、^[58]このソフトウェアのさらなる開発は中止されました。 Microsoft は現在、サードパーティの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。 ^[59]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。^[60]

Androidコア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のWMAソフトウェアが存在します。^[61]

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。

WMA形式でオーディオを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、^[62] Adob​​e Premiere Pro、^[63] Adob​​e Audition、^[64] Adob​​e Soundbooth、VLC media playerなどがあります。^[65] 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、^[66] Windows Media Encoderも利用可能なすべてのビットレートと解像度のオプションをサポートしています。

WMA コーデックは、オプションの DRM 機能を持つ ASF コンテナー形式で使用されることが最も多いです。WMA と組み合わせて使用​​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 サービスで提供されるような、時間制限のある音楽サブスクリプション サービスをサポートします。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 形式をサポートしていても 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。

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