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常见音频文件格式的特点。

2011-11-25  neroliu


  要在计算机内播放或是处理音频文件,也就是要对声音文件进行数、模转换,这个过程同样由采样和量化构成,人耳所能听到的声音,最低的频率是从20Hz起一直到最高频率20KHZ,20KHz以上人耳是听不到的,因此音频的最大带宽是20KHZ,故而采样速率需要介于40~50KHZ之间,而且对每个样本需要更多的量化比特数。音频数字化的标准是每个样本16位-96dB的信噪比,采用线性脉冲编码调制PCM,每一量化步长都具有相等的长度。在音频文件的制作中,正是采用这一标准。

CD格式:正统血脉

  当今世界上音质最好的音频格式是什么?当然是CD了。因此要讲音频格式,CD自然是打头阵的先锋。在大多数播放软件的“打开文件类型”中,都可以看到*.cda格式,这就是CD音轨了。标准CD格式也就是44.1K的采样频率,速率88K/秒,16位量化位数,因为CD音轨可以说是近似无损的,因此它的声音基本上是忠于原声的,因此如果你是一个音响发烧友的话,CD是你的首选。它会让你感受到天籁之音。CD光盘可以在CD唱机中播放,也能用电脑里的各种播放软件来重放。一个CD音频文件是一个*.cda文件,这只是一个索引信息,并不是真正的包含声音信息,所以不论CD音乐的长短,在电脑上看到的“*.cda文件”都是44字节长。注意:不能直接的复制CD格式的*.cda文件到硬盘上播放,需要使用象EAC这样的抓音轨软件把CD格式的文件转换成WAV,这个转换过程如果光盘驱动器质量过关而且EAC的参数设置得当的话,可以说是基本上无损抓音频。推荐大家使用这种方法。

WAV:无损

  是微软公司开发的一种声音文件格式,它符合 PIFFResource Interchange File Format 文件规范,用于保存WINDOWS平台的音频信息资源,被WINDOWS平台及其应用程序所支持。“*.WAV”格式支持MSADPCM、CCITT A LAW等多种压缩算法,支持多种音频位数、采样频率和声道,标准格式的WAV文件和CD格式一样,也是44.1K的采样频率,速率88K/秒,16位量化位数,看到了吧,WAV格式的声音文件质量和CD相差无几,也是目前PC机上广为流行的声音文件格式,几乎所有的音频编辑软件都“认识”WAV格式。 但缺点是体型过于“巨大”。

AIFF与AU

  这里顺便提一下由苹果公司开发的AIFF(Audio Interchange File Format)格式和为UNIX系统开发的AU格式,它们都和WAV非常相像,在大多数的音频编辑软件中也都支持它们这几种常见的音乐格式。

MP3:流行

  MP3格式诞生于八十年代的德国,所谓的MP3也就是指的是MPEG标准中的音频部分,也就是MPEG音频层。根据压缩质量和编码处理的不同分为3层,分别对应“*.mp1"/“*.mp2”/“*.mp3”这3种声音文件。需要提醒大家注意的地方是:MPEG音频文件的压缩是一种有损压缩,MPEG3音频编码具有10:1~12:1的高压缩率,同时基本保持低音频部分不失真,但是牺牲了声音文件中12KHz到16KHz高音频这部分的质量来换取文件的尺寸,相同长度的音乐文件,用*.mp3格式来储存,一般只有*.wav文件的1/10,而音质要次于CD格式或WAV格式的声音文件。由于其文件尺寸小,音质好;所以在它问世之初还没有什么别的音频格式可以与之匹敌,因而为*.mp3格式的发展提供了良好的条件。直到现在,这种格式还是风靡一时,作为主流音频格式的地位难以被撼动。但是树大招风,MP3音乐的版权问题也一直是找不到办法解决,因为MP3没有版权保护技术,说白了也就是谁都可以用。
  MP3格式压缩音乐的采样频率有很多种,可以用64Kbps或更低的采样频率节省空间,也可以用320Kbps的标准达到极高的音质。我们用装有Fraunhofer IIS Mpeg Lyaer3的 MP3编码器(现在效果最好的编码器)MusicMatch Jukebox 6.0在128Kbps的频率下编码一首3分钟的歌曲,得到2.82MB的MP3文件。采用缺省的CBR(固定采样频率)技术可以以固定的频率采样一首歌曲,而VBR(可变采样频率)则可以在音乐“忙”的时候加大采样的频率获取更高的音质,不过产生的MP3文件可能在某些播放器上无法播放。我们把VBR的级别设定成为与前面的CBR文件的音质基本一样,生成的VBR MP3文件为2.9MB。

MIDI:作曲家最爱

  经常玩音乐的人应该常听到MIDI(Musical Instrument Digital Interface)这个词,MIDI允许数字合成器和其他设备交换数据。MID文件格式由MIDI继承而来。MID文件并不是一段录制好的声音,而是记录声音的信息,然后在告诉声卡如何再现音乐的一组指令。这样一个MIDI文件每存1分钟的音乐只用大约5~10KB。今天,MID文件主要用于原始乐器作品,流行歌曲的业余表演,游戏音轨以及电子贺卡等。*.mid文件重放的效果完全依赖声卡的档次。*.mid格式的最大用处是在电脑作曲领域。*.mid文件可以用作曲软件写出,也可以通过声卡的MIDI口把外接音序器演奏的乐曲输入电脑里,制成*.mid文件。

WMA:最具实力

  WMA (Windows Media Audio) 格式是来自于微软的重量级选手,后台强硬,音质要强于MP3格式,更远胜于RA格式,它和日本YAMAHA公司开发的VQF格式一样,是以减少数据流量但保持音质的方法来达到比MP3压缩率更高的目的,WMA的压缩率一般都可以达到1:18左右,WMA的另一个优点是内容提供商可以通过DRM(Digital Rights Management)方案如Windows Media Rights Manager 7加入防拷贝保护。这种内置了版权保护技术可以限制播放时间和播放次数甚至于播放的机器等等,这对被盗版搅得焦头乱额的音乐公司来说可是一个福音,另外WMA还支持音频流(Stream)技术,适合在网络上在线播放,作为微软抢占网络音乐的开路先锋可以说是技术领先、风头强劲,更方便的是不用象MP3那样需要安装额外的播放器,而Windows操作系统和Windows Media Player的无缝捆绑让你只要安装了windows操作系统就可以直接播放WMA音乐,新版本的Windows Media Player7.0更是增加了直接把CD光盘转换为WMA声音格式的功能,在新出品的操作系统Windows XP中,WMA是默认的编码格式,大家知道Netscape的遭遇,现在“狼”又来了。WMA这种格式在录制时可以对音质进行调节。同一格式,音质好的可与CD媲美,压缩率较高的可用于网络广播。虽然现在网络上还不是很流行,但是在微软的大规模推广下已经是得到了越来越多站点的承认和大力支持,在网络音乐领域中直逼*.mp3,在网络广播方面,也正在瓜分Real打下的天下。因此,几乎所有的音频格式都感受到了WMA格式的压力。
  时下的MP3支持格式最常见的是MP3和WMA。MP3由于是有损压缩,因此讲求采样率,一般是44.1KHZ。另外,还有比特率,即数据流,一般为8---320KBPS。在MP3编码时,还看看它是否支持可变比特率(VBR),现在出的MP3机大部分都支持,这样可以减小有效文件的体积。WMA则是微软力推的一种音频格式,相对来说要比MP3体积更小

RealAudio:流动旋律

  RealAudio主要适用于在网络上的在线音乐欣赏,现在大多数的用户仍然在使用56Kbps或更低速率的Modem,所以典型的回放并非最好的音质。有的下载站点会提示你根据你的Modem速率选择最佳的Real文件。现在real的的文件格式主要有这么几种:有RA(RealAudio)、RM(RealMedia,RealAudio G2)、RMX(RealAudio Secured),还有更多。这些格式的特点是可以随网络带宽的不同而改变声音的质量,在保证大多数人听到流畅声音的前提下,令带宽较富裕的听众获得较好的音质。
  近来随着网络带宽的普遍改善,Real公司正推出用于网络广播的、达到CD音质的格式。如果你的RealPlayer软件不能处理这种格式,它就会提醒你下载一个免费的升级包。

VQF:无人问津

  VQF雅马哈司开发的一种格式是,它的核心是减少数据流量但保持音质的方法来达到更高的压缩比,可以说技术上也是很先进的,但是由于宣传不力,这种格式难有用武之地。*.vqf可以用雅马哈的播放器播放。同时雅马哈也提供从*.wav文件转换到*.vqf文件的软件。 此文件缺少特点外加缺乏宣传,现在几乎已经宣布死刑了。

OGG:新生代音频格

  Ogg全称应该是OGG Vobis(ogg Vorbis) 是一种新的音频压缩格式,类似于MP3等现有的音乐格式。但有一点不同的是,它是完全免费、开放和没有专利限制的。OGG Vobis有一个很出众的特点,就是支持多声道,随着它的流行,以后用随身听来听DTS编码的多声道作品将不会是梦想。
  Vorbis 是这种音频压缩机制的名字,而Ogg则是一个计划的名字,该计划意图设计一个完全开放性的多媒体系统。目前该计划只实现了OggVorbis这一部分
  Ogg Vorbis文件的扩展名是.OGG。这种文件的设计格式是非常先进的。现在创建的OGG文件可以在未来的任何播放器上播放,因此,这种文件格式可以不断地进行大小和音质的改良,而不影响旧有的编码器或播放器。
  ogg格式全开源,完全免费, 和mp3不相上下的新格式。

AAC: 前途无量

  AAC(高级音频编码技术 Advanced Audio Coding),是杜比实验室为音乐提供的技术,最大能容纳48通道的音轨,采样率达96 KHz。出现于1997年,是基于MPEG-2的音频编码技术。由Fraunhofer IIS、杜比苹果AT&T索尼等公司共同开发,以取代mp3格式。2000年,MPEG-4标准出台,AAC从新整合了其特性,故现又称MPEG-4 AAC,即m4a。
  AAC作为一种高压缩比的音频压缩算法,AAC通常压缩比为18:1,也有资料说为20:1,远远超过了AC-3、MP3等较老的音频压缩算法。一般认为,AAC格式在96Kbps码率的表现超过了128Kbps的MP3音频。AAC另一个引人注目的地方就是它的多声道特性,它支持1~48个全音域音轨和15个低频音轨。除此之外,AAC最高支持96KHz的采样率,其解析能力足可以和DVD-Audio的PCM编码相提并论,因此,它得到了DVD论坛的支持,成为了下一代DVD的标准音频编码。

无损压缩格式

  APE格式
  新一代的无损音频格式。 APE的本质,其实它是一种无损压缩音频格式。庞大的WAV音频文件可以通过Monkey''s Audio这个软件进行“瘦身”压缩为APE。很时候它被用做网络音频文件传输,因为被压缩后的APE文件容量要比WAV源文件小一半多,可以节约传输所用的时间。更重要的是,通过Monkey's Audio解压缩还原以后得到的WAV文件可以做到与压缩前的源文件完全一致。所以APE被誉为“无损音频压缩格式”,Monkey''s Audio被誉为“无损音频压缩软件”。
  FLAC格式

  非常成熟的无损压缩格式,名气不在APE之下!FLAC是FreeLosslessAudioCodec的简称,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(这一点我不曾试过)。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。

  TAK格式(Tom's Audio Kompressor
  TAK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。目前最新版本还停留在1.01(2007年06月02日)。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格式(True Audio)
  True Audio(缩写TTA)是一种免费又简单的实时无损音频编解码器。TTA是一种基於自适应预测过滤的无损音频压缩,与目前主要的其他各式相比,能有相同或更好的压缩效果
  可将数据压缩至30%的无损音频数据压
  实时编码/解码演算法
  操作快捷、对系统要求低
  支持多平台
  免费和开放源码
  硬体支持
  TTA是用於对多声道8、16、24 bits整型和32bitsIEEE浮点型的音频WAV格式的无损压缩,压缩的大小范围是原文件大小的30%—70%。TTA格式主要目标不是追求最大的压缩率,而是对於硬体执行的编码演算法最优化,同时支持ID3v1和ID3v2两种标签信息。
  使用True Audio编码,您可以将20张收藏的音频CD存储到一张DVD-R盘上并播放。还能用流行的ID3标签存储所有曲目的信息。
  WV格式(WavPack)
  一种相当有特点的音频压缩格式,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。
  WavPack是目前主流的无损压缩格式之一,编码速度和算法都相较APE要好。
  WV 优点
  * Open source (开放源码)
  * Very fast decoding (快速解码)
  * Good efficiency (高压缩率)
  * Error robustness (容错)
  * Streaming support (支持流媒体)
  * Hardware support (RockBox) (硬件支持)
  * Supports multichannel audio and high resolutions (多声道)
  * Hybrid/lossy mode (有损/无损模式)
  * Tagging support (ID3v1, APE tags) (D3v1、APE标签支援)
  * Supports RIFF chunks (支持RFF)
  * Ability to create self extracting files for Win32 platform(win32系统支持产生自解压档案)
  * Pipe support
  * Good software support (相当不错的软件支持
  * ReplayGain compatible
  WV Other features (其它功能)
  * Supports 32bit float streams (支持32bit浮动串流)
  * Supports embedded CUE sheets (支持cue清单)
  * Includes MD5 hashes for quick integrity checking (支持MD5校验)
  * Can encode in both symmetrical and assymmetrical modes(对称与不对称模式均可编码)
  * Fits the Matroska container (可放入Matroska外壳,也就是MKV)

评论

  作为数字音乐文件格式的标准, WAV 格式容量过大,因而使用起来很不方便。因此,一般情况下我们把它压缩为MP3或 WMA 格式。压缩方法有无损压缩,有损压缩,以及混成压缩。MPEG, JPEG就属于混成压缩,如果把压缩的数据还原回去,数据其实是不一样的。当然,人耳是无法分辨的。因此,如果把 MP3, OGG格式从压缩的状态还原回去的话,就会产生损失。然而, APE 格式即使还原,也能毫无损失地保留原有音质。所以, APE可以无损失高音质地压缩和还原。在完全保持音质的前提下,APE的压缩容量有了适当的减小。拿一个最为常见的38MB WAV文件为例,压缩为 APE 格式后为25MB 左右,比开始足足少了13MB。而且MP3容量越来越大的今天,25M的歌曲已经算不上什么庞然大物了。以1GB的mp3来说可以放入4张CD,那就是40多首歌曲,已经足够了!

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