光盘见证数码多媒体的30年 最完美的有损音频方案
夏昆冈 于 2009.09.18 15:42:39 | 源自:www.soomal.com | 版权:原创 | 平均/总评分:08.71/122

要计算一个WAV文件所占用的磁盘空间,方法很简单,通过简单的公式就可以得出结果。先求得这个文件的数据带宽。一个采样率为44.1KHz,采样大小为16bit,双声道的PCM编码的WAV文件,它的数据带宽则为 44.1K×16×2 =1411.2 Kbps,数据带宽又称为码率,码率除以8,可以得到该文件每秒中长度占用磁盘的大小,即176.4KB/s。一分钟长度需要10584KB的空间,存储一张CD的信息,差不多需要700多M的空间。这需要昂贵的存储成本。因此如何降低存储成本,成为了技术的一个方向,就是压缩。

压缩又分有损和无损。像APE与FLAC等都是无损方案,而MP3这是有损方案。什么是有损和无损,这个概念需要清晰一下,因为它们都是相对概念。

不管如何采样,采样精度有多高,相对自然界的真实的声音,音频编码最多只能做到无限接近,至少目前的技术只能这样了,相对自然界的信号,任何数字音频编码方案都是有损的,因为无法完全还原。在计算机应用中,最先达到最高保真水平的就是PCM编码,被广泛用于素材保存及音乐欣赏,CD、DVD以及我们常见的WAV文件中均有应用。因此,PCM约定俗成了无损编码,因为 PCM代表了数字音频中最佳的保真水准,并不意味着PCM就能够确保信号绝对保真,PCM也只能做到最大程度的无限接近。而有损编码,是相对PCM编码的。强调编码的相对性的有损和无损,是为了告诉大家,要做到真正的无损是困难的,就像用数字去表达圆周率,不管精度多高,也只是无限接近,而不是真正等于圆周率的值。如何界定有损无损呢?可以通过这样的测试来判断,先压缩,后还原,还原出来的WAV文件如果与原始信号一致,可以被认为是无损的,反之则算有损的。

MP3就是一种有损方案,128Kbps的MP3可以节省90%多的空间。但有人却认为,存储空间虽然大大节省了,但音质也损失太大,MP3并不是一种理想的有损方案。于是各类有损音频方案相继出现,其中最引人注目的是MPC与OGG。

  • MPC 即Musepack,以前称作MPEGplus、MPEG+(以前的拓展名为MPP或者MP+),可以看出MPC的定位是什么。它与MP3相似,它也是从MPEG Audio Layer 2(MP2)基础上发展而来。Musepack对编码算法做了大量的改进,发展出了一套完整的,全免费的编码解码方案,它的编码质量非常高,在中高码率(192kbps以上),其音质超越任意有损编码,包括LAME 最高质量的编码。MPC不以损失高音细节为代价,因此它编码的音乐具有良好的平衡感与解析力,即便和原始信号对比,大部分人也无法听出有何不同来。

    Musepack 虽然有着明显的技术领先,而且也是一套免费方案,但他们的开发者只是个个人组织,宣传做得很不够,因此并没有获得普通大众的接受,在它出现时,MP3已经大面积的普及了,人们对MP3正处于“很有爱”的状态,对其他方案有所排斥。对于大部分人来说,MP3和MPC有何区别,并不关心。但MPC的音质,还是获得了大量发烧友的支持,因此还是有不少用户需求,因此有些播放器,例如Foobar2000,就对MPC进行了支持,其他主流播放器也可以通过插件方式对MPC进行支持。在硬件领域,对MPC支持的情况就很令人不乐观了,仅仅只有少数机型能播放MPC,而且大部分消费者对MPC根本也不了解。

    MPC在中高码率下,是有损音频方案中的王者,OGG则是中低码率下的有损音质方案中的王者。

  • OGG并不是准确的方案命名,它其实是文件格式,就如同WAV、AVI一样,它定义了文件内部结构,在这个结构中,可以纳入各类编码的数据流,可以是音频流或者视频流,甚至是音频视频两条流。通常所指的OGG,是指的装入了Vorbis音频流的OGG格式文件。Vorbis这个词汇是特里·普拉特柴特的幻想小说《Small Gods》中的一个"花花公子"人物名。

    Vorbis 与MP3一样,是有损的音频方案,但在中低码率下,有着绝对性的音质优势,号称MP3杀手。它的参数设定也极为简单,操作上没有任何复杂之处。它是Xiph基金会支持下开发的产物,它比Musepack有着更明确更有步骤的改良计划,这点让第三方厂商能看到Vorbis始终在不停的进步。Vorbis是完全开放与免费的方案,音质上优于MP3。这些年,MP3的专利人始终想谋求收取授权费,这让厂商开始偏向支持Vorbis。经过几年普及,Vorbis得到了几乎所有播放软件的直接支持,甚至某些浏览器软件都给予了原生支持,大量的硬件厂商也发布了支持Vorbis的随身听设备和手机。

    从普及程度来说,Vorbis是仅次于MP3的编码方案,这很大程度上是第三方厂商想摆脱MP3的专利阴影。从音质角度而言,Vorbis更有优势,而且开发时间较晚,解决了很多MP3并不完善的地方。

    有损音频发展至今日,与之息息相关的存储技术也得到了巨大发展,当年昂贵的存储空间变得不值钱,现在主流的硬盘容量为1T左右,价格也不过几百元人民币,而随身听设备的内置存储器空间也轻轻松松上了几个G,这使得有损音频方案的实用空间变得越来越小,技术发展到今日,回头看活着的或者已经消亡的各类有损音频方案,最有技术特点的就是Musepack(MPC)与Vorbis(OGG),称它们为最完美的有损编码方案丝毫不过分。

    存储成本越来越低,无损方案趁势崛起,下篇我们要讲的就是无损音频方案。

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    059.037.167.***
    059.037.167.***
    发表于2014.04.11 16:18:45
    36
    119.119.***.***
    119.119.***.***
    支持支持支持支持
    发表于2013.07.01 12:02:10
    34
    027.184.***.***
    027.184.***.***
    硬盤和閃存的降價使有損音頻的必要性大幅下降,2TB硬盤可以存幾千張CD的FLAC,而就算把FLAC放進4G的隨身聽中,也可以放十幾張CD的內容,如此一來,Musepack的優勢就沒有意義了
    发表于2012.06.04 02:22:15
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    03
    虽然有些过时了,还是应该读一读。
    发表于2011.12.29 14:37:29
    32
    120.034.***.***
    120.034.***.***
    31
    112.113.***.***
    112.113.***.***
    发表于2011.08.25 23:00:15
    30
    221.219.***.***
    221.219.***.***
    发表于2010.05.15 20:46:26
    29
    03
    发表于2010.05.04 11:10:06
    28
    10
    发表于2010.04.01 12:50:50
    26
    114.227.***.***
    114.227.***.***
    CD->wav有损吗?你们认为eac抓完轨后那个百分之九十几就是有损么?你是不是要去读读cd的iso规范再来说?
    当然这个过程无损的前提是:cd是无差错的,或者有差错也可以用纠错码纠正,读碟的光驱是完好的
    发表于2010.04.01 11:39:08
    25
    058.241.***.***
    058.241.***.***
    刚发现mkv封装支持flac,遂放弃用AAC q=1.0的压片习惯,转投Flac。
    发表于2010.01.08 15:17:30
    24
    202.114.***.***
    202.114.***.***
    首先,音频编解码标准(格式)有很多种,同时也是面向不同的应用,不能简单的一概而论,更不能直说其一二而不见其它。
    其次,其实对音频编解码质量的评价,无论是ITU还是MPEG都有自己一套完整的主客观评测标准,如果真要比就应该拿数据来说话。
    还有,很多格式(标准)中并非只有一种质量,有很多可选模块,就像视频的264,其Baseline的质量并非很优秀,但是如果加上各种提升质量的可选模块,可以形成不同的profile,其编码质量也大不相同。
    所以切勿轻易说什么“最完美的有损音频方案”,这种说法本身就很不专业、很不负责,像是街边小贩肆意的吆喝。音视频编码质量测试是一门专门的学问,真要想有个像样的结论,应该作详细全面的分类比较,或引经据典,最后得出一个可信的结论。

    附:语音频编码格式小览
    MPEG-1 Layer III (MP3) · MPEG-1 Layer II · MPEG-1 Layer I · AAC · HE-AAC · MPEG-4 ALS · MPEG-4 SLS · MPEG-4 DST · MPEG USAC · AC3 · AMR · AMR-WB · AMR-WB+ · Apple Lossless · ATRAC · DRA · FLAC · GSM-FR · GSM-EFR · iLBC · Monkey's Audio · μ-law · Musepack · Nellymoser · OptimFROG · RealAudio · RTAudio · SHN · SILK · Siren · Speex · TwinVQ · Vorbis · WavPack · WMA · True Audio · G.711 · G.718 · G.719 · G.722 · G.722.1 · G.722.2 · G.723 · G.723.1 · G.726 · G.728 · G.729 · G.729.1 · G.719……
    发表于2010.01.07 15:36:24
    23
    117.025.***.***
    117.025.***.***
    128/1411确实还不到10%。
    发表于2010.01.02 16:21:03
    22
    221.220.***.***
    221.220.***.***
    转一段别人的话:
    照这么说,拿一盘CD复制复制再复制,得到的将是磁带的音质
    发表于2009.09.26 01:19:38
    21
    114.249.***.***
    114.249.***.***
    20
    113.013.***.***
    113.013.***.***
    怎样才能是高品质音频节目?

    只有抛弃CD,直接从母带文件编码出FLAC或APE,才是正道。

    可问题是,直接母带到数字下载业务,实在太少了。。。


    我靠,这里谈的是有损编码,貌似说跑题了。。
    ——详细阅读
    发表于2009.09.22 19:51:14
    19
    113.013.***.***
    113.013.***.***
    16楼说CD转数字音频有损,这个我同意。这是因为CD标准的先天缺陷造成的,当我们用EAC进行抓轨,即使100%质量级别,我们依然得不到CD盘片的原始内容。不行可以用专业音频软件统计振幅以及反相抵消看看就知道了。


    但是,WAV转FLAC和APE,则必然无损,原理请看他们的技术文档。至于播放时,感觉音质有所不同,有可能是解码器实时解码带来一点点误差。(实际上这个误差是不存在的)

    CD转APE(或FLAC)有损吗?肯定有损,但这个损失是出在抓轨环节(EAC抓轨),而压缩环节是无损的。
    发表于2009.09.22 19:48:55
    18
    113.013.***.***
    113.013.***.***
    16楼的兄弟,很显然你没有理解APE或者FLAC的码率的含义。这些无损编码,为何可以选择压缩级别(码率)却还是无损?其实原因很简单,高的压缩比(低码率),必须消耗更多的CPU资源去压缩,同时解码也需要更多的资源去播放。因此,同一首歌,低码率的文件和高码率的APE和FLAC文件,音质是一样的,只是编码和播放时,消耗的CPU资源不同而已。

    WinRAR也是一个道理,你可以选择多种压缩级别,压缩级别越高,文件越小,但是压缩和解压缩时间也越长(消耗内存和CPU也越大)。但是,你敢说RAR解压后文件就损失了吗?


    建议不要相当然的按字面去理解,不懂原理就不要发表自己的言论。
    发表于2009.09.22 19:42:41
    17
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