Уценка

Lossy vs Lossless: принципы сжатия аудиофайлов

В недавней статье о беспроводном звуке мы коснулись темы кодирования цифрового аудиопотока с потерями и без потерь. Сегодня мы остановимся на этой теме поподробнее. 

Итак, у нас есть аналоговый звук, который при цифровой звукозаписи и/или для последующего хранения на компьютере и других электронных носителях информации оцифровывается в аудиофайл — электронный документ, состоящий из информации об амплитуде и частоте звука, с помощью которой впоследствии возможно обратное цифро-аналоговое преобразование и воспроизведение содержащегося в файле звука.

Формат звука зависит от способа квантования аналогово-цифровым преобразователем (АЦП), распространение получили два вида квантования:

  • импульсно-кодовая модуляция (PCM, большинство форматов от MP3 до FLAC)

  • сигма-дельта-модуляция (Delta-sigma, формат DSD)

Основными параметрами цифрового звука являются разрядность квантования (бит) и частота дискретизации (кГц/МГц), которые указывают для различных устройств записи и воспроизведения как формат представления цифрового звука, например, 24 бита / 192 кГц.

Существуют аудиоформаты без сжатия (например, WAV, AIFF), но для более удобного хранения/распространения, часто используются кодеки, которые сжимают аудиоданные. Сжатие данных (data compression) производится с целью уменьшения занимаемого файлами объема и основано на устранении избыточности, содержащейся в исходных данных. Есть два типа форматов со сжатием данных:

  • Lossless — сжатие без потерь (FLAC, ALAC, APE)

  • Lossy — сжатие с потерями (MP3, Ogg, AAC)

Сжатие без потерь позволяет сделать полное восстановление исходных данных, сжатие с потерями позволяет восстановить данные с определенными искажениями. 

Сжатие с потерями обладает значительно большей, чем сжатие без потерь, эффективностью и применяется, когда полное соответствие исходных и восстановленных данных не требуется, а сокращение объема является приоритетным.

Кодированный с потерями файл очень сильно отличаться от оригинала на уровне побайтного сравнения, но для неподготовленного человеческого слуха разница может быть не такой сильной, а иногда даже незаметной. Это достигается за счет того, что методы сжатия с потерями фокусируются на физических особенностях органов чувств человека, например, психоакустическая модель, которая определяет то, как сильно звук может быть сжат без ухудшения воспринимаемого человеком качества. Недостатки, причиненные сжатием с потерями, которые заметны для человеческого слуха, считаются артефактами сжатия. 

Спектрограмма MP3 (слева) и оригинального файла (справа)

Примеры распространенных Lossy-форматов:

  • MP3 — определен спецификацией MPEG-1, пожалуй, все еще самый распространенный формат

  • Ogg Vorbis — отличается отсутствием патентных ограничений и более высоким качеством при одинаковом с MP3 битрейтом

  • AAC, AAC+ — существует в нескольких вариантах, определённых спецификациями MPEG-2 и MPEG-4, получил широкое распространение вместе с техникой от Apple

  • eAAC+ — формат, предлагаемый Sony, как альтернатива AAC и AAC+

  • WMA — формат, разработанный Microsoft

  • Dolby AC-3

  • DTS

Ранее аудиоформаты сжатия без потерь чаще использовались для архивного хранения данных и в случаях, когда искажения недопустимы или нежелательны, а большинство обычных слушателей использовали музыку в сжатых с потерями форматах. Но объемы памяти электронных устройств неуклонно растут, а цены на нее снижаются, поэтому все больше людей переходят на прослушивание Lossless форматов, позволяющих воспринимать музыку в первозданном виде. Кроме того, поддержка Lossless форматов сегодня появилась практически на всех потребительских устройствах, даже отдельные стриминговые сервисы начинают передавать звук в качестве без потерь, например, представленный в России Deezer или отсутствующий у нас официально Tidal. 

Примеры распространенных Lossless-форматов:

  • Free Lossless Audio Codec — FLAC — самый распространенный свободный формат

  • ALAC — Apple Lossless Audio Codec — вариант от Apple

  • Audio Lossless Coding — также известен как MPEG-4 ALS

  • Direct Stream Transfer — DST

  • Dolby TrueHD

  • DTS-HD Master Audio

  • Meridian Lossless Packing — MLP

  • Monkey's Audio — Monkey’s Audio APE

  • WavPack — WavPack lossless

  • WMA Lossless — Windows Media Lossless

Нужен ли вам Lossless или можно продолжать пользоваться классическими MP3 или AAC? Здесь все не так однозначно. Конечное качество сжатого с потерями файла будет зависеть и от битрейта, и от используемого алгоритма/кодека, тогда как Lossless, вне зависимости от формата, будет соответствовать оригиналу. Ну и, конечно, чем лучше техника, на которой воспроизводится музыка, тем очевиднее будет преимущество Lossless над Lossy. А учитывая, что объемы памяти продолжают расти, имеет ли смысл экономить на качестве?




Комментарии (2):
Егор
Расскажите, пожалуйста, о DSD и о его особенностях. Послушал, сравнил с FLAC, не понял чем лучше, а весит больше.  
Ответить Цитировать
Сергей (Dr.Head)
О DSD Написано очень много. Для понимания разницы нужно и хорошее оборудование и записи, которые изначально записаны в этом формате. Иначе различия будут в нюансах.
Ответить Цитировать
Текст сообщения*
Загрузить файл или картинкуПеретащить с помощью Drag'n'drop
Перетащите файлы
Ничего не найдено
 
1MORE Ableton Abyss Acoustic Energy ADAM AUDIO Adam Hall Adidas ADL AfterShokz AKAI AKG Alctron Alesis Alive Audio Allen & Heath Allocacoc Alpine Alto Amphenol Amphion Analog Renaissance Anker Antelope APOGEE Apple Arozzi ART Artnovion Arturia Astell&Kern Aston Asus Atacama Audio ATC Atex Atlas Audeze Audient Audio Pro Audio-Technica
Audiolab AudioQuest AudioValve Audix Aukey AURATONE Aurender Aurian Aurisonics Austrian Audio AVM Audio Axelvox AXES BAE Bang&Olufsen Bassocontinuo Beats Behringer Belkin Belsis Beyerdynamic Biopor Blue Bluesound Bose Bowers&Wilkins Boya Brauner Bryston Burson Audio Cambridge Audio Campfire Audio Cary Audio Case-Mate Cayin Chord Clavia Nord Clearaudio Cloud Microphones Colorful
Comply Cordial Corsair Cowin Cowon Creative Crosley CTM Dali Dan Clark Audio DBX ddHiFi Definitive Technology Dekoni Denon Deppa DiGiCo DiGiGrid DPA Dr.Head Dreve dSONIQ DUNU Dutch&Dutch Dynamic Ear Company Dynaudio Earin EDIC-mini Elecom Elite Core Emotiva Energizer EPOS ERATO ESI Esoteric Etymotic Research EVA EVE Audio EVENTIDE
Exposure Fender FiiO Final Audio Fir Audio Fischer Audio Fluid Audio Focal Focusrite Force Fostex Fujimi Furman Furutech Gamdias Gator Genelec Gigawatt Gissar Goldring Golla Gravity Groneberg Harman/Kardon HECO HEDD Hegel Hercules Hidizs HIFIMAN Hiper Honor HUAWEI Hybrid Audio HyperX iFi IK Multimedia IMEGO In-ear Inakustik
inCharge Ion Audio IsoAcoustics IsoTek j5create Jabra Jam JBL JH Audio JVC K&M KEF Kinera Kingston KLANG KLARK TEKNIK Klipsch Klotz Kontinum Korg Koss KRK L‑Acoustics Labkable Laconic Lake People LAudio LD Systems Lenco Lewitt Lexicon Logitech Luxman Lyambda M-Audio Mackie Mag-Lev Magnat Mail.Ru Manley
Maono Marantz Marley Marshall Martin Logan Master&Dynamic Maxell Mcintosh MEE Audio MELCO Merkle Meters Meze Michi MoFi Monitor Audio MONKEY BANANA Monster MOTU Mpow MrSpeakers Musatoff Musical Fidelity Myburgh Mytek NAD Naim Native Instruments Native Union Neumann Neutrik Ningbo Noble Nobunaga Labs Noise Killer Nordost NorStone Novation OEAudio Oehlbach
Onkyo Oppo Ortofon Otovita Oyaide Parasound PATTERN BREAKER Pelican Perfect sound Phiaton Philips Phonon Pioneer PMC Polk Audio Popsockets Powergrip PreSonus PRIMARE Prism Sound Pro-Ject PS Audio PSB QCY QED Quad Questyle Quik Lok Rane Razer RCF Real Cable ReCables RECORD PRO Rega REL Revox RHA Ritmix RME
Rock Rockdale Rockport Technologies ROCKWOOD RODE Roland Rombica ROOMs Rotel Royer Ruark Rupert Neve Designs Rycote SAMSON Samsung SanDisk Saramonic Satechi SE Electronics Sennheiser Shanling Sharkoon Shure Sim Audio SIMGOT Simpleway Simply Analog Skullcandy SMARTIX SMSL SOL Republic Solid State Logic Solidsteel Solove Sonarworks Sonoro Sonus Faber Sony SOUL Electronics Sound Devices
Soundcraft Soundking SoundLink SPEAR Labs Spectral SpinFit SPL Stax Stealth Sonics Steinberg Studiologic Sumiko Superlux Synco Synergistic Research T+A Tannoy Target Tascam TC Electronic TC HELICON Tchernov Cable TEAC Technics Telefunken The Bit Thorens Thronmax TiTech Tonar Townsend Labs Transcend Transparent Audio Tribit Tutti Frutti Twelve South UAG Ultimate Ultimate Ears Ultrasone
Unipads Unison Universal Audio Urbanears V-Moda Van Den Hul Vanguard Venture Craft ViaBlue VinylLab Violectric Viper Vivanco Vogels Warm Audio Westone Wharfedale Whiplash Wireworld Xiaomi Xtrfy Yamaha YAXI Zoom Октава СОЮЗ Яндекс