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MP3与无损(flac.APE)的本质区别和音质差异[整理].doc

MP3与无损(flac.APE)的本质…

望望的晴朗天空
2018-04-13 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《MP3与无损(flac.APE)的本质区别和音质差异[整理]doc》,可适用于市场营销领域

MP与无损(flacAPE)的本质区别和音质差异整理MP与无损(flacAPE)的本质区别和音质差异MP与无损(flacAPE)的本质区别和音质差异„大家现在最常听的格式应该就是MP了吧(据调查百分之九十的机油在听MP这其中包括使用专业播放器手机电脑等听歌的机油。而百分之七的机油会听ogg,aac等小格式音乐而只有百分之三的机油会听flac,APE等无损音乐)很少有人会听无损音乐很大一部分原因是因为是目前的便携式播放器对无损格式支持的太少即使有这样的产品也常常价格不菲让人望而生畏。有很多机油到现在都还对无损音乐不了解甚至有点都还没听过(我有好多朋友都这样)今天我就简单的对现在的主流音乐格式介绍一下吧。当人们把歌手的歌声录制成数字音乐的原文件时那么此时的音乐文件是非常大的这样不便于储存于是人们便把它进行压缩现在流行的几乎所有数字音乐格式都是经过压缩的就像MPaacogg包括flacAPE等只是他们各自的压缩编码方式不一样而已我们常说的无损(flacAPE)那是无损压缩而前面的那些MP等小格式是有损压缩。无损压缩就好像是把一块面包把它压扁体积变小了可是质量不变。我们所录下来的声音中其实大部分因为频率太高或太低是我们人耳听不见的(某些动物如蝙蝠狗等能听见一部分)既然听不见那我们还留着干什么,于是我们就把这一部分听不见的声音数据删调而留下的那一部分人耳能听见的音乐数据就会变得很小便于储存这种压缩方式我们叫做有损压缩(如MP)。那么无损和有损得音质差异在哪呢,机油们是否有过这样的经历同样的歌曲我们下一首MP和一首flac,然后戴上耳机一听却无论如何也找不到音质上的区别~可是如果你听一整天的MP和听一整天的无损那将是不同的感受~听一整天的MP耳朵容易疲劳而听无损则没多大问题(只要你不睡着了呵呵)~这是什么原因造成的呢,这就是我今天所说的无损跟有损的音质差异了~我们知道音乐是有节奏的节奏与节奏是有差异的如高音和低音之间无论这首歌有多么急骤或缓慢它总会有个过度的无损音乐的特点就是无论在节奏之间有没有声音(无论我们能不能听见)它的数据总是平稳流动让你耳机里的磁快震动平稳发出的声音自然而真实而MP等有损格式由于舍去了人耳听不见部分的数据所以你耳机里的磁块震动不自然导致有声音的时候震动无声音的时候不震动这样磁块震动过度不平稳会产生毛刺的杂音也许你听不见但这样长时间听歌耳朵就会不爽啦(当然有的好耳机也能避免这种毛刺音可大部分机油买不起)~常常有人去嘲笑那些音乐发烧友须知听歌无罪发烧有理~听无损的不一定发烧但发烧的一定会听无损~wav音频格式的三大参数及各参数对于音频文件的含义wav文件有个参数分别是采样频率声道数量化位数以及码率共个而这个参数里最好理解的就是声道数所以不对此参数进行介绍那么我将要介绍的参数就是采样频率F量化位数B和码率R采样频率在三个参数里面最重要的是采样频率后面两个参数都是基于在传输存储过程中根据要求而得到的唯独采样频率它是把模拟世界的信号带到数字世界的桥梁。在讲采样频率前我们可以先回忆一下我们初中时学抛物线时的情景。在初中时老师教我们画抛物线时是用什么方法画的,,如果大家回想起来的话就应该记得是点法。是的用个点就可以近似的把抛物线给画出来。音频信号是啥米其实是余弦波只是这个余弦波的频率和幅值都是随时间的变量而已。我们要对这个音频信号进行记录不可能把每一时刻的值都记录但是我们可以参考画抛物线的方法用尽量少的点去精确的描绘这个音频信号。而采样频率它干的就是这个活也就是一秒内我们要记录这个音频信号多少个点就能近似精确的表达这个音频信号。在信号处理有这么一个定理叫奈奎斯特定理。这个定理怎么得来你们不用知道这个是信号处理专业的人才需要知道例如我。undefined我们只需了解的是这个定理它告诉我们如果我们要精确的记录一个信号我们的采样频率必须大于等于音频信号的最大频率的两倍记住是最大频率。也就是F>=*fmax。而在wav格式里F=kHz。我们知道人耳的听音频率范围是kHz也就是说如果我们要精确记录这个音频信号采样频率最低起码是kHz。至于为啥是kHz而不是其他的频率对不起我也不知道。undefined不过起码我们能确定的是kHz这个采样频率可以精确记录小于kHz的音频信号这个是足够了。量化位数虽然有了采样频率我们可以精确记录音频信号然而这些记录过的音频信号是模拟量对于计算机而言是无法处理的。讲到这里我们会出现一个新的概念模拟量和数字量。模拟量和数字量是有区别的我简单的介绍一下。例如这个范围。一个线段内我们可以任意的取一个点这个点的值可以确定这个点的取值范围可以确定唯独这个点的可取值的个数无法确定这就是模拟量。一个可能取值个数无法确定的量计算机是无法处理的。而数字量则是其余一样第三点不一样可取值的个数是可以确定的这样计算机可以处理了。这个范围根据精度要求我们可以确定需要取值的个数。而量化位数这是干这活确定音频信号的一个记录点它的取值的可能个数。我们知道wav的量化位数B是这个是一个进制的位数。他告诉我们一个记录点可以取值的个数是的次方也就是。平分次我想这个精度也是够了。undefined码率现在采样频率和量化精度都讲了轮到码率先喝口水先。undefined码率是怎么得来的,非常简单就是采样频率X量化位数X声道数也就是R=F*B*。R=kHz*b*=kbps~=kbps。码率就是这么得来的虽然码率是通过计算得到但是他却有一个确切的含义就是一秒内它能存储的信息量记住是信息量。讲到这里大家可能会联想到MP的kbpsaac的kbps无损压缩格式的kbps。然后有人疑惑是不是码率越大就越好,,对于有损格式而言那么码率越大是越好然而这里有一个前提被转换的歌必须是从正版cd刻录下来的无损格式并且转换是同一种有损格式例如都是MP。不然你用一个kbs的MP的歌转成kbps码率的MP音质是不会有改善的。对于无损压缩格式而言码率的大小比较将没有意义。码率的大小只是告诉你他的压缩算法是否足够好而已。不过我得提醒一句这个码率的意义也就这样他不能告诉你这些保存的信息是好是坏他只能告诉你他存了这么多信息而已。是的他其实是一个仓库他不管仓库里放的啥他只管放满没。undefined好了到此wav格式的三大参数都讲完了也许会有很多人疑惑为啥我先讲wav这个这么古董的格式而不是MP啊aac啦这些有损格式或者flac、ape这些无损压缩格式。理由很简单因为wav是最接近模拟量的数字量是最原始的数据后面的格式都是基于wav根据自己的特色进行处理而已。而且上面讲到的三个参数后面的格式依然用到。自然先把wav这个老大先介绍咯undefined有损格式的压缩原理在这部分里以及后面的无损格式压缩原理我不专门对某个格式讲行介绍而是介绍这些格式是基于什么理念得到。当我们了解wav格式三大参数的含义后可能有人会疑惑既然wav是最接近模拟量的数字格式为啥还整来后面的有损格式和无损格式呢直接wav多好啊。是的直接wav很好然而他的码率太大了。kbps啥米概念就是说一个秒的音频居然要用到MB去存储~~~、在过去存储技术不发达的年代这个量太大了让人无法接收。因此必须压缩必须把没用或者不重要的信息给去掉减少存储量。因此有损格式诞生了。undefined那么有损格式又是基于什么原理得到的接下来就是我将要讲的内容。对于一个音频信号而言他是一个时间相关的信号也就是说前后两个记录点他们有时间上的顺序。然而对于计算机而言处理与时间相关的信息这个不是强项。因此必须对这个两个记录点的信息进行变换变换成对时间顺序无关彼此是独立的一个信息。在这里感谢早期那些数字信号处理的科学家他们提供了这么个方法就是快速傅里叶变换简称FFT。我们不需知道FFT是怎么来的我们只需知道一个信号经过FFT变换后这个信号变成与频率相关的信息而频率相关的信息是可以被计算机处理。我们可以回想一下音频信号是一个个余弦波处理一个余弦波无非是处理频率、幅值初相角。初相角我们不管幅值和频率这个在经过FFT变换之后就可以处理了。经过FFT变换之后如果用图来表示就是频谱图。我就来一张频谱图吧这个频谱图的横坐标就是频率纵坐标是对应频率的增益或者理解成强度也行。对于人耳而言我们接受的音频信号大部分都集中在中低频部分高频部分我们相对不是那么敏感。既然这样我们就可以把不敏感的高频部分直接去掉这样就减少了信息量这是方法之一。还有另一个对于音频信号而言相邻的几个记录点他们的取值范围是非常接近的。既然非常接近我们可以用一个平均值以及取这个平均值的点的个数来记录。举个例子有个记录点我们可以用()来记录。这样记录的信息量同样少了其实还有其他压缩方法但是大概的意思是和上面两种方法差不多就不介绍了。undefined通过各种手法我们把不需要的信息去掉把不重要的信息用近似值代替从而达到有损压缩。、同样用码率这个参数做对比。同样一个秒音频经过有损压缩后其码率值为kbp则大小才KB~~~为wav格式的五分之一~~~用尽量少的数据存储尽量多有用的信息有损格式做到了~~~这也是为啥有损格式流行起来的原因。undefined无损压缩格式的压缩原理随着存储技术的发展我们可以存储的信息量变得越来越大存储wav格式变得毫无鸭梨了。既然毫无鸭梨为啥要推出无损压缩格式,理由很简单既然我MB可以存储首无损压缩格式为啥我还存储首wav格式这不是跟自己过不去嘛。所以无损压缩格式发展起来了。无损压缩格式和有损格式有个共同点就是压缩。不同点是无损。那么要怎么才能做到无损压缩呢我们可以参考有损压缩的第二个方法。举个例子同样是个记录点如果要无损压缩我们只需这样记录()()()。这样我们只需用三个记录点就能记录原来需要个记录点同样压缩了。而且做到无损压缩。这是其中一种思路但是他告诉我们无损压缩对于信息处理而言是可以做到的。要完整记录一个音频不需用到wav格式无损压缩就行了。同样用码率这个参数做比较一个秒音频经过无损压缩后码率值为kbps大小为MB。大概为wav的一半。大容量播放器支持无损压缩格式小容量播放器则玩转有损格式各有各的位置技术发展确实是一件好事啊undefined经常见到有人问wav、flac和ape是不是有区别那么我就在这里做个总结。经过上面的算法原理介绍我们可以了解到如果单纯从文件本身wav和其他所有无损压缩格式在保存的信息上是无区别的。在论坛上经常会看到有人问无损格式相关的两个问题:无损压缩格式之间有没有区别和无损压缩格式与wav有没有区别。第一个问题我现在就可以回答有。但区别不是在信息记录的完整程而是其压缩算法以及算法所采用的格式的区别。这也是为啥同一首歌ape格式比flac小因为算法不同。至于音质表现将会和第二个问题一起在第五部分讲到音频文件频谱分析这一部分是对不同的音频格式以及同一音频格式不同的码率进行分析。专门为那些选择哪种音频格式而烦恼的人提供参考的。待分析的音频格式有MPaac三种格式无损格式作为参考格式。由于本人用fb转换MP格式只有vbr模式和最高的cbr。所以可能与大家熟悉的码率有所不同。不过我用括号标明了其对应的码率值是个大概值不一定准不过可以参考。MP的码率有VBR的V(~kbps)V(~kbps)V(~kbps)和CBR的kbps。为了对应MP的VBR模式aac同样采用VBR模式aac的码率有q(kbps)q(kbps)q(kbps)q(kbps)q(bps)之所以这么选择是因为大家习惯的码率值有kbpskbpskbps和kbps。在选择MP的转换模式时其参考码率尽量靠近习惯码率值。因为aac在编码上比MP优秀得多所以aac的转换模式是转换后的文件体积大小尽量接近MP大小。至于来个q模式则是与无损压缩格式做对比的。先来张各音频格式与对应码率的文件体积对比图attachattach事先说明该音频文件截取的是eason的十年(ss)这段范围用的是网上下载的无损截取软件用goldwave。先来个体积分析。显然这里体积最小的是VMP(kbps)对应是的qaac(kbps)。第二档次是VMP(~kbps)对应qaac(kbps)。第三档次是VMP(kbps)对应qaac(kbps)。第四档次是cbrMP(kbps)与对应的qaac(kbps)。最后是qaac(kbps)与对应的flac。假设原盘是正版的则其对应的音质档次是低级、初级、中级、高级、以及最高。先上最高级别的声谱图无损声谱图qaac声谱图先说明一下横坐标是时间纵坐标是频率点的白色度程度是对应时间与频率的声音强度。所以叫声谱图。通过对比我们发现qaac在声音的频率再现范围与无损无差别干到kHz无压力。但是声音的频率再现强度则有缺陷在一些时间段的频率声音强度缺失上图qaac缺陷红色圈住部分则是缺失的部分。可以看出qaac在细节部分依然无法完美记录(毕竟是有损)但是从整体而言其保留的信息已经非常接近无损。个人认为作为高保真的格式高码率aac是合格的。然后是高级档次的声谱对比图qaacMP通过对比我们可以发现MP的声谱就是一刀切把高于kHz的频率都去掉而qaac则是干到khz无鸭梨在细节上两者都差不多我就不上图了所以这回合aac赢了。中级档次声谱对比图qaacvmp到了中级档次MP格式在频谱再现范围达到kHz而aac则是kHz。在声音细节方面两者基本差不多这回合是MP格式胜了。初级档次声谱图qaacvmp在初级档次MP格式的频率平均在kHz不少能上到kHz而aac格式同样如此。但是在细节呈现方面aac超过kHz的声音比MP多得多。而低于kHz部分两者差不多。所以说这回合aac赢了。低级档次qaacvmp在低级档次MP是一刀切的到kHz而aac则是平均kHz下不少能干到kHz。低于kHz部分aac记录的反而没有MP完整。个人认为这回合打和。通过这次对比我们可以发现MP与aac在有损压缩的理念区别MP是在他能记录的频率范围内尽量保留。而aac则是牺牲低频部分细节去换取高频部分的保留在低码率下谁好谁不好看个人选择。到了高码率下aac则明显优于MP无论在低频部分还是高频部分aac都能尽量保留而MP则对高频部分依然无能为力。音频格式选择的个人推荐在第三部分我曾经提了两个问题无损压缩格式之间的音质区别以及wav与无损压缩格式的区别在这里我将解答在第四部分我们通过声谱图对比了解到有损音频格式的优缺点为下面的有损格式选择做下铺垫不过在对第三部分的解答和做格式推荐前我想先介绍一下音频在播放时的流程图wav格式:wav数据流》DAC》滤波电路》放大电路》输出有损格式:有损数据流》解码》DAC》滤波电路》放大电路》输出无损压缩格式:无损压缩数据流》解压缩》DAC》滤波电路》放大电路》输出说明:DAC的作用是把数字信号变成模拟信号滤波电路是把无用的频率成分去掉放大电路这是对模拟信号进行放大以便于输出通过播放流程图我们可以看到wav格式的播放是最简单的而有损格式和无损压缩格式都多了一个步骤。在信号处理里面有这么一句话“误差无处不在”。这一句话的含义是每多一步的处理误差产生的可能性会越大以及误差的积累可能会越多。对于有损格式而言在格式上本来对于无损格式唯一的优点就是压缩率足够大而这个压缩率是以牺牲音质为前提音质不如无损正常。那些提问“ape和flac是否有区别wav是不是比无损压缩格式更好”的人我现在一一做出解答在回答前我们先对比无损压缩格式和wav的播放流程可以看到无损压缩格式比wav多了一个“解压缩”这个步骤。对于不同的无损压缩格式而言解压缩的算法也是不同的。那些说wav比无损压缩格式好的人他们的看法有合理之处。为啥我会这么说不是说无损压缩嘛既然无损就应该无区别。是的在文件的信息完整度上而言没错wav和其他无损压缩格式都没有任何区别~~~有区别不是在文件本身而是播放过程~~~因为无损压缩格式在播放的过程中走的步骤比wav格式多了一个~~~那就是解压缩~~~~假设我们可以保证后面的DAC、滤波电路、放大电路两者是一样的然而多了解压缩的这个步骤则可能对音质产生影响。为啥我要这么说解压缩可能会对音质产生影响。产生影响的原理我不清楚不过可以参照之前说的误差无处不在。意味着解压缩这个步骤其产生的误差有可能对整体的音质造成影响。至于这个影响是否能忽略就看生产商的功力了。同样那些无损压缩格式在最终的音质区别看的也不是格式本身而是这个“解压缩”做的是否足够好好到忽视误差的影响。有了上面播放的流程的介绍还有第四部分的声谱分析我们就可以根据使用的环境进行格式推荐。不在乎音频文件体积大小的追求音质的首选当然是无损格式。如果你的前端能支持无损压缩格式而你的播放系统能听出wav和无损压缩格式的差距(就是说解压缩的误差你能听出来)上wav。不然上无损压缩格式。在乎音频文件体积大小的又追求音质的上高码率aac。不过这里有个前提你的播放系统得能听出高码率aac与MP的区别不然还是乖乖的上MP别折腾。不在意音质的上MP就行了。这里都有一个大前提这些音频文件都是由真无损转的而不是假无损转的。不然换个大仓库里面存的东西依然垃圾

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