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。