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无损压缩

所谓无损压缩格式,是利用数据的统计冗余进行压缩,可完全恢复原始数据而不引起任何失真,但压缩率是受到数据统计冗余度的理论限制,一般为2:1到5:1.这类方法广泛用于文本数据,程序和特殊应用场合的图像数据(如指纹图像,医学图像等)的压缩。

由于压缩比的限制,仅使用无损压缩方法是不可能解决图像和数字视频的存储和传输的所有问题.经常使用的无损压缩方法有 Shannon-Fano 编码,Huffman 编码,游程(Run-length)编码,LZW(Lempel-Ziv-Welch)编码和算术编码等。

所谓无损压缩格式,顾名思义,就是毫无损失地将声音信号进行压缩的音频格式。常见的像MP3、WMA等格式都是有损压缩格式,相比于作为源的WAV文件,它们都有相当大程度的信号丢失,这也是它们能达到10%的压缩率的根本原因。而无损压缩格式,就好比用Zip或RAR这样的压缩软件去压缩音频信号,得到的压缩格式还原成WAV文件,和作为源的WAV文件是一模一样的!但是如果用Zip或RAR来压缩WAV文件的话,必须将压缩包解压后才能播放。而无损压缩格式则能直接通过播放软件实现实时播放,使用起来和MP3等有损格式一模一样。总而言之,无损压缩格式就是能在不牺牲任何音频信号的前提下,减少WAV文件体积的格式。

1、100%的保存、没有任何信号丢失

正如之前所说,无损压缩格式就如同用Zip压缩文件一样,能100%的保存WAV文件的全部数据,这一点我们可以通过EAC的“WAV比较”功能来证明。将U2乐队的一首《BeautifulDay》抓轨保存成WAV格式,作为我们的原始文件。将这个WAV文件压缩成APE格式,再将APE文件解压缩成WAV格式。用EAC的“WAV比较”功能对这两个WAV文件进行数据对比,结果如图1,EAC没有报告有任何不一致!而如果是压缩成MP3再解压得到的WAV文件,对比原始WAV文件,则是从头到尾都不一致!有不少朋友希望能最大限度地能将CD“原版”拷贝到硬盘上,同时又想减少空间占用量,这在以前似乎只有320KbpsCBRMP3这一种解决途径了,不过那样也远不能做到100%!而无损压缩格式的出现提供了一个几乎完美的解决方案。

2、音质高,不受信号源的影响

既然是100%的保存了原始音频信号,无损压缩格式的音质毫无疑问和原始CD是一样的!对比《BeautifulDay》的WAV格式和FLAC压缩格式的频谱图,你能看到有任何不同吗?同样,实际聆听也不可能有任何的不同!而有损压缩格式由于其先天的设计(需要丢失一部分信号),所以音质再好,也只能是无限接近于原声CD,要想真正达到CD的水准是不可能!而且由于有损压缩格式算法的局限性,在压缩交响乐等类型动态范围大的音乐时,其音质表现不尽人意。而无损压缩格式则不存在这样的问题,任何音乐类型都通吃不误!

3、转换方便

无损压缩格式可以很方便地还原成WAV,还能直接转压缩成MP3、Ogg等有损压缩格式,甚至可以在不同无损压缩格式之间互相转换,而不会丢失任何数据。这一点比起有损格式可要强的多!因为有损压缩格式的二次编码(从一种有损格式转换成另一种有损格式,或者格式不变而调整比特率)意味着丢失更多的信号,带来更大的失真!

1、占用空间大,压缩比不高

比起有损压缩格式来,无损压缩格式的压缩能力要差得多,一般都在60%左右。而192Kbps的有损格式只有原文件的14%左右,两者在压缩率上的差异相当悬殊。如图5所示,用不同的格式压缩了一首U2的《BeautifulDay》,包括Normal模式的APE,High模式的La。但是可以看到,同样是100%保存数据,无损格式的压缩能力比专门对多媒体格式进行了优化的RAR都要强,而Zip则几乎不能压缩WAV格式。再加上无损格式具备RAR和Zip都没有的实时播放能力,对于无损格式的技术我们还是相当佩服的!

2、缺乏硬件支持

FLAC格式仅得到为数不多的硬件支持 [1] ,但Sony的atrac advanced lossless在Sony随身听中有广泛的支持。能播放无损压缩格式的随身听除了Karma这一台还有Sony nw-x1000系列,nw-a840系列,nw-s740系列。主流闪存MP3随身听的容量已经有4GB至16GB。但对无损格式了解的人不多,也鲜有人愿意在下载音乐上花时间,市场需求小,供应自然小,所以随身听的发展缓慢,支持无损的较少。

比较出名的无损压缩格式有APE、FLAC [2] 、TAK、WavPack、TTA等。

ATRAC Advanced Lossless是由Sony CorporATIon 开发的一种 ATRAC 格式。通过结合 ATRAC3 或 ATRAC3plus 背后的音频压缩技术以及最新的无损压缩算法,在保持与传统设备的播放兼容性的同时,以很低的数据大小完美实现了数据的无损压缩。 简称AAL文件,已经有部分HI-MD产品通过升级可支持AAL文件。

AAL文件分为两部分,一部分是256k的A3plus也可以是其他的A3或A3+,另一部分是音乐的细节信息.这样对于普通索尼Walkman,就只有256K的那部分回放。只有真正支持AAL的机器,才可以播放其他的细节。

APE(Monkey's Audio)无疑是一个很著名的无损压缩格式,在国内应用得已经比较广泛了。它的压缩率相当优秀,而且效率高、速度快,综合能力绝对属于当今的佼佼者。通过BT或者电驴你能够下载到大量的APE格式音乐。而且广泛使用的Monkey'sAudio制作软件也大大推动了该格式的普及。不过APE也存在不少的缺点,它的解码速度不够理想,对CPU运算能力要求较高,只能在Windows平台上使用,任何数据损坏将导致整个文件报废等。此外,虽然APE免费提供源代码,但并不属于开源协议,这一点导致改进受到限制,所以APE格式正在走下坡路,一些欧美音乐论坛已经抛弃该格式。

FlAC(FreeLosslessAudioCodec)是一个非常成熟的无损压缩格式,该格式的源码完全开放,而且兼容几乎所有的操作系统平台。它的编码算法相当成熟,已经通过了严格的测试,而且据说在文件点损坏的情况下依然能够正常播放(损坏部分以静音代替)。该格式不仅有成熟的Windows制作程序,还得到了众多第三方软件的支持。此外该格式是唯一的已经得到硬件支持的无损格式,Rio公司的硬盘随身听Karma,建伍的车载音响MusicKeg以及PhatBox公司的数码播放机都能支持FLAC格式。

相当有特点的格式,非常值得一试。WavPack不仅仅是一个无损压缩格式,它还能同时作为有损压缩格式。在其独特的“hybrid”模式下,WavPack可以压缩成wv文件(有损压缩格式,大小一般相当于WAV文件的23%左右)+wvc文件(修正文件,大小一般相当于WAV文件的41%左右)的组合。有了对应的wvc文件,有损压缩格式的wv文件就变成了无损格式,播放时和普通的无损压缩格式完全一样。如果为了减少文件体积,你可以去掉这个wvc文件,这时wv文件就变成有损格式了,播放起来和高比特率的MP3完全一样!WavPack同时包容了无损格式和有损格式,神奇吧?通过WavPackFrontend前台程序,我们可以方便地使用WavPack格式。

中轨中矩的无损格式,各项指标都比较平均。作者TilmanLiebchen为它准备了不错的制作程序,不过已经停止独立更新,而是作为MPEG4的一项标准。

微软在WindowsMediaPlayer9.0以后也开始提供无损压缩功能了。只需点击菜单“工具”=》“选项”,在“复制音乐”选项卡里选择“WindowsMedia音频无损”格式。以后通过WMP的“从CD复制”功能里,就能直接将CD保存成WMALossless格式了,使用起来确实非常方便。不过除了WindowsMediaPlayer外,几乎没有其它软件能支持该格式。

最新版的苹果iTunes音乐软件里也提供了AppleLossless无损压缩格式。和WindowsMediaPlayer一样,iTunes可以非常快捷地从CD中抓轨压缩成AppleLossless格式。当然,该格式也同样只得到了自家软件的支持。

La,是LosslessAudio的简称,该格式名气虽然不大,但却是压缩比冠军,压缩率方面无人能敌,包括一向以压缩率高而著称的APE!正因为压缩得太厉害了,它编解码速度实在够慢的,而且支持它的软件也比较少。仅限于自己开发的Winamp解码插件和Windows界面的编码器LosslessAudioCompressor。

该格式的压缩率可以媲美La,但是速度比La还要慢。

编码速度非常快的无损格式,但是压缩率就让人很失望了!该格式也是开放源码,同时支持Windows和Mac,不过好久没有更新编码版本了,估计已经夭折。

无损压缩格式还远不止上面这些,还有像RKAU、SZIP、Bonk、Kexis等等,由于非常少见而且很不完善,所以就不予介绍了。

Kenwood原创的无损压缩方式(Kenwood Lossless)来记录高品质音乐CD的内容,这便能更有效地使用硬盘存储器的容量存储更多数据(平均压缩率为60%),同时也能有效地将压缩文件还原成原始状态,这样才能有高品质的音质保证。

TAK(Tom's Audio Kompressor)是一种新型的无损音频压缩格式,全称是Tom's Audio Kompressor,产于德国,流行程度正在上升。非开源,但作者表示会在适当的时候开源。最新版本是2.0,采用高版本压缩的TAK已经不能被低版本的所识别。它类似于FLAC和APE,总体来说,压缩率类似APE而且解压缩速度类似FLAC,算是综合了两者的优点。另外,用此格式的编码器压缩的音频是VBR,即可变比特率的。

几大特点:

-较为优秀的压缩率。使用Extra参数的压缩率类似APE的High参数,而使用TAK最快的压缩参数Turbo得到的结果和FLAC压缩率最大的参数效果有得一比。

-较快的压缩速度。作者说在相同压缩率的情况下,据他了解尚未有别的格式能够比TAK的Turbo和Fast的参数压缩得更快。

-非常快的解压速度。类似于FLAC的解压速度。

-支持很多常用音频格式转换为TAK。

-流支持。每隔两秒,包含解码所需全部信息的一桢会被插入到音频中。

-容错度。1比特的信息出错,最多影响到250毫秒的音频。由于有上文提到的技术支持,利用本格式压缩的损坏严重的音频也可照样播放,代价是损坏的部分由静音代替。

-错误校验。24比特的CRC校验用于每一桢上。

-简单快速的查找能力。即在你需要从中间某一点播放的时候,能够很快地找到你想要的地方开始播放,定位也十分准确。

-支持音频信息。同时支持利用外挂CUE分割音轨和添加音频信息。类似APE等。

TTA(True Audio) 是一种自由又简单的实时无损音频编解码器,不过流行程度正在下降。TTA是一种基于自适应预测过滤的无损音频压缩,主要的其他格式相比,能有相同或更好的压缩级别,同时保持较高的速度运行。

TTA无损音频编码的特征有:

第一,压缩比可达10:3;第二,实时编码;第三,自由开放的源代码和文件;第四,可对不同平台进行编译;第五,简单和方便的数据格式;第六,可以作为各种音乐播放器的输入插件;第七,为Windows用户提供图形用户界面( GUI );第八,DirectShow技术支持。

TTA无损音频编解码器可对多通道的8 , 16位和24位数据格式的音频文件进行压缩。这种压缩的结果没有任何资料或质量损失;而当解压缩后,与源音频文件的数据位相同。TTA解码器所取得的不同压缩比取决于音乐类型,但范围从30 % - 70 %。TTA无损压缩音频格式支持ID3v1和ID3v2标签信息。

TTA无损音频编解码器,可存储多达20个音频CD的音乐,这相当于一个单一的DVD - R ,并保留原来的CD音质以及流行的ID3标签格式的详细信息。

所有TTA源代码和二进制代码都是免费提供并分发开放源码许可证。

尽管还有一定的不足,但是无损压缩格式的前景无疑是光明的,从存在的无损压缩格式种类之多就可以看出这一点!随着时间的推移,限制无损格式的种种因素将逐渐被消除!比如硬盘容量的不断增加,机械硬盘1TB已成主流,固态硬盘200GB也将普及,无损格式占用空间大的问题将不再是问题。而速度更快的解码芯片也将被开发出来,相信会有越来越多的硬盘随身听支持无损格式。而在不久的将来,连闪存随身听的容量都要以TB来计算时,为了追求更高的音质,无损压缩格式会越来越被人重视!

作为国内领先的音乐服务平台,为广大用户独家研发并推出了无损格式TAC音乐,与MP3等有损压缩方式不同,tac是腾讯在FLAC基础上进行加密制作的一种无损音频压缩技术,本质是经过修改的FLAC格式,与其他无损格式一样,能保证音质没有任何损失。由于采用封闭的加密方式,该格式能保证音乐版权人的成果不被盗版、侵占,确保该音乐仅能使用QQ播放器上播放,而不被拷贝到任何未经授权的播放器上播放。绿钻用户只要在乐库中选择要下载的高品质,在下载页面”选音质”部分选择“无损音质”,点击“开始下载”,用户就可以轻轻松松将无限好音乐尽收囊中。


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