光碟見證數碼多媒體的30年 最完美的有損音頻方案
夏昆岡 于 2009.09.18 15:42:39 | 源自:www.soomal.com | 版權:原創 | 平均/總評分:08.71/122

要計算一個WAV檔案所占用的磁片空間,方法很簡單,通過簡單的公式就可以得出結果。先求得這個檔案的數據頻寬。一個采樣率為44.1KHz,采樣大小為16bit,雙聲道的PCM編碼的WAV檔案,它的數據頻寬則為 44.1K×16×2 =1411.2 Kbps,數據頻寬又稱為碼率,碼率除以8,可以得到該檔案每秒中長度占用磁片的大小,即176.4KB/s。一分鐘長度需要10584KB的空間,存儲一張CD的資訊,差不多需要700多M的空間。這需要昂貴的存儲成本。因此如何降低存儲成本,成為了技術的一個方向,就是壓縮。

壓縮又分有損和無損。像APE與FLAC等都是無損方案,而MP3這是有損方案。什么是有損和無損,這個概念需要清晰一下,因為它們都是相對概念。

不管如何采樣,采樣精度有多高,相對自然界的真實的聲音,音頻編碼最多只能做到無限接近,至少目前的技術只能這樣了,相對自然界的訊號,任何數字音頻編碼方案都是有損的,因為無法完全還原。在計算機應用中,最先達到最高保真水準的就是PCM編碼,被廣泛用于素材保存及音樂欣賞,CD、DVD以及我們常見的WAV檔案中均有應用。因此,PCM約定俗成了無損編碼,因為 PCM代表了數字音頻中最佳的保真水準,并不意味著PCM就能夠確保訊號絕對保真,PCM也只能做到最大程度的無限接近。而有損編碼,是相對PCM編碼的。強調編碼的相對性的有損和無損,是為了告訴大家,要做到真正的無損是困難的,就像用數字去表達圓周率,不管精度多高,也只是無限接近,而不是真正等于圓周率的值。如何界定有損無損呢?可以通過這樣的測試來判斷,先壓縮,后還原,還原出來的WAV檔案如果與原始訊號一致,可以被認為是無損的,反之則算有損的。

MP3就是一種有損方案,128Kbps的MP3可以節省90%多的空間。但有人卻認為,存儲空間雖然大大節省了,但音質也損失太大,MP3并不是一種理想的有損方案。于是各類有損音頻方案相繼出現,其中最引人注目的是MPC與OGG。

  • MPC 即Musepack,以前稱作MPEGplus、MPEG+(以前的拓展名為MPP或者MP+),可以看出MPC的定位是什么。它與MP3相似,它也是從MPEG Audio Layer 2(MP2)基礎上發展而來。Musepack對編碼算法做了大量的改進,發展出了一套完整的,全免費的編碼解碼方案,它的編碼質量非常高,在中高碼率(192kbps以上),其音質超越任意有損編碼,包括LAME 最高質量的編碼。MPC不以損失高音細節為代價,因此它編碼的音樂具有良好的平衡感與解析力,即便和原始訊號對比,大部分人也無法聽出有何不同來。

    Musepack 雖然有著明顯的技術領先,而且也是一套免費方案,但他們的開發者只是個個人組織,宣傳做得很不夠,因此并沒有獲得普通大眾的接受,在它出現時,MP3已經大面積的普及了,人們對MP3正處于“很有愛”的狀態,對其他方案有所排斥。對于大部分人來說,MP3和MPC有何區別,并不關心。但MPC的音質,還是獲得了大量發燒友的支援,因此還是有不少用戶需求,因此有些播放器,例如Foobar2000,就對MPC進行了支援,其他主流播放器也可以通過插件方式對MPC進行支援。在硬體領域,對MPC支援的情況就很令人不樂觀了,僅僅只有少數機型能播放MPC,而且大部分消費者對MPC根本也不了解。

    MPC在中高碼率下,是有損音頻方案中的王者,OGG則是中低碼率下的有損音質方案中的王者。

  • OGG并不是準確的方案命名,它其實是檔案格式,就如同WAV、AVI一樣,它定義了檔案內部結構,在這個結構中,可以納入各類編碼的數據流,可以是音頻流或者視訊流,甚至是音頻視訊兩條流。通常所指的OGG,是指的裝入了Vorbis音頻流的OGG格式檔案。Vorbis這個詞匯是特里·普拉特柴特的幻想小說《Small Gods》中的一個"花花公子"人物名。

    Vorbis 與MP3一樣,是有損的音頻方案,但在中低碼率下,有著絕對性的音質優勢,號稱MP3殺手。它的參數設定也極為簡單,操作上沒有任何復雜之處。它是Xiph基金會支援下開發的產物,它比Musepack有著更明確更有步驟的改良計劃,這點讓第三方廠商能看到Vorbis始終在不停的進步。Vorbis是完全開放與免費的方案,音質上優于MP3。這些年,MP3的專利人始終想謀求收取授權費,這讓廠商開始偏向支援Vorbis。經過幾年普及,Vorbis得到了幾乎所有播放軟體的直接支援,甚至某些瀏覽器軟體都給予了原生支援,大量的硬體廠商也發布了支援Vorbis的隨身聽裝置和手機。

    從普及程度來說,Vorbis是僅次于MP3的編碼方案,這很大程度上是第三方廠商想擺脫MP3的專利陰影。從音質角度而言,Vorbis更有優勢,而且開發時間較晚,解決了很多MP3并不完善的地方。

    有損音頻發展至今日,與之息息相關的存儲技術也得到了巨大發展,當年昂貴的存儲空間變得不值錢,現在主流的硬碟容量為1T左右,價格也不過幾百元人民幣,而隨身聽裝置的內置存儲器空間也輕輕松松上了幾個G,這使得有損音頻方案的實用空間變得越來越小,技術發展到今日,回頭看活著的或者已經消亡的各類有損音頻方案,最有技術特點的就是Musepack(MPC)與Vorbis(OGG),稱它們為最完美的有損編碼方案絲毫不過分。

    存儲成本越來越低,無損方案趁勢崛起,下篇我們要講的就是無損音頻方案。

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    059.037.167.***
    059.037.167.***
    發表于2014.04.11 16:18:45
    36
    119.119.***.***
    119.119.***.***
    支援支援支援支援
    發表于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
    發表于2012.06.04 02:22:15
    33
    03
    雖然有些過時了,還是應該讀一讀。
    發表于2011.12.29 14:37:29
    32
    120.034.***.***
    120.034.***.***
    31
    112.113.***.***
    112.113.***.***
    發表于2011.08.25 23:00:15
    30
    221.219.***.***
    221.219.***.***
    發表于2010.05.15 20:46:26
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    發表于2010.05.04 11:10:06
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    發表于2010.04.01 12:50:50
    26
    114.227.***.***
    114.227.***.***
    CD->wav有損嗎?你們認為eac抓完軌后那個百分之九十幾就是有損么?你是不是要去讀讀cd的iso規范再來說?
    當然這個過程無損的前提是:cd是無差錯的,或者有差錯也可以用糾錯碼糾正,讀碟的光碟機是完好的
    發表于2010.04.01 11:39:08
    25
    058.241.***.***
    058.241.***.***
    剛發現mkv封裝支援flac,遂放棄用AAC q=1.0的壓片習慣,轉投Flac。
    發表于2010.01.08 15:17:30
    24
    202.114.***.***
    202.114.***.***
    首先,音頻編解碼標準(格式)有很多種,同時也是面向不同的應用,不能簡單的一概而論,更不能直說其一二而不見其它。
    其次,其實對音頻編解碼質量的評價,無論是ITU還是MPEG都有自己一套完整的主客觀評測標準,如果真要比就應該拿數據來說話。
    還有,很多格式(標準)中并非只有一種質量,有很多可選模塊,就像視訊的264,其Baseline的質量并非很優秀,但是如果加上各種提升質量的可選模塊,可以形成不同的profile,其編碼質量也大不相同。
    所以切勿輕易說什么“最完美的有損音頻方案”,這種說法本身就很不專業、很不負責,像是街邊小販肆意的吆喝。音視訊編碼質量測試是一門專門的學問,真要想有個像樣的結論,應該作詳細全面的分類比較,或引經據典,最后得出一個可信的結論。

    附:語音頻編碼格式小覽
    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……
    發表于2010.01.07 15:36:24
    23
    117.025.***.***
    117.025.***.***
    128/1411確實還不到10%。
    發表于2010.01.02 16:21:03
    22
    221.220.***.***
    221.220.***.***
    轉一段別人的話:
    照這么說,拿一盤CD復制復制再復制,得到的將是磁帶的音質
    發表于2009.09.26 01:19:38
    21
    114.249.***.***
    114.249.***.***
    20
    113.013.***.***
    113.013.***.***
    怎樣才能是高品質音頻節目?

    只有拋棄CD,直接從母帶檔案編碼出FLAC或APE,才是正道。

    可問題是,直接母帶到數字下載業務,實在太少了。。。


    我靠,這里談的是有損編碼,貌似說離題了。。
    ——詳細閱讀
    發表于2009.09.22 19:51:14
    19
    113.013.***.***
    113.013.***.***
    16樓說CD轉數字音頻有損,這個我同意。這是因為CD標準的先天缺陷造成的,當我們用EAC進行抓軌,即使100%質量級別,我們依然得不到CD盤片的原始內容。不行可以用專業音頻軟體統計振幅以及反相抵消看看就知道了。


    但是,WAV轉FLAC和APE,則必然無損,原理請看他們的技術文檔。至于播放時,感覺音質有所不同,有可能是解碼器實時解碼帶來一點點誤差。(實際上這個誤差是不存在的)

    CD轉APE(或FLAC)有損嗎?肯定有損,但這個損失是出在抓軌環節(EAC抓軌),而壓縮環節是無損的。
    發表于2009.09.22 19:48:55
    18
    113.013.***.***
    113.013.***.***
    16樓的兄弟,很顯然你沒有理解APE或者FLAC的碼率的含義。這些無損編碼,為何可以選擇壓縮級別(碼率)卻還是無損?其實原因很簡單,高的壓縮比(低碼率),必須消耗更多的CPU資源去壓縮,同時解碼也需要更多的資源去播放。因此,同一首歌,低碼率的檔案和高碼率的APE和FLAC檔案,音質是一樣的,只是編碼和播放時,消耗的CPU資源不同而已。

    WinRAR也是一個道理,你可以選擇多種壓縮級別,壓縮級別越高,檔案越小,但是壓縮和解壓縮時間也越長(消耗記憶體和CPU也越大)。但是,你敢說RAR解壓后檔案就損失了嗎?


    建議不要相當然的按字面去理解,不懂原理就不要發表自己的言論。
    發表于2009.09.22 19:42:41
    17
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