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 ADAM AUDIO Adam Hall Adidas ADL AfterShokz AIAIAI AKAI AKG Alctron Alesis Alive Audio Allen & Heath Allocacoc Alpine Amphenol Amphion Analog Renaissance Anker APOGEE Apple Arcam Arozzi Arturia Astell&Kern Aston Asus ATC Atex Atlas Audeze Audient Audio Pro Audio-Technica Audiolab AudioQuest AudioValve Audix
Aukey AURATONE Aurender Aurisonics Austrian Audio Avantone AVM Audio Axelvox AXES BAE Bang&Olufsen Baseus Bassocontinuo Beats Behringer Belkin Belsis Beyerdynamic Biamp Biopor Black Fox Blacknote Bluesound BMW Bose Bowers&Wilkins Boya Braun Brauner Bryston BSS Burson Audio Cambridge Audio Campfire Audio Canton Cary Audio Case-Mate Cayin Chord Clearaudio
Colorful Cooler Master Cordial Corsair Cowon Creative Crosley CTM Dali DBX Dekoni Denon Deppa DiGiCo DiGiGrid Digitech DJ Bag DPA Dr.Head Dreamwave Dreve DUNU Dutch&Dutch Dynaudio EDIC-mini Elari Elecom Elgato Elite Core Energizer EPOS ERATO ESI Esoteric Etymotic Research EVE Audio EVENTIDE Exposure Fender FiiO
Final Audio Fir Audio Fluid Audio Focal Focusrite Force Fostex Fujimi Furutech Gamdias Gator Genelec Gigawatt Gissar Gold Note Golla Gravity Groneberg Harman/Kardon HECO HEDD Hercules Hewlett Packard HIFIMAN Hiper Honor HUAWEI Hybrid Audio HyperX ICE-Q iFi IK Multimedia In-ear Inakustik inCharge Ion Audio IsoAcoustics IsoTek iSound j5create
Jabra Jade Audio Jam JBL JH Audio JVC K&M Kingston KLANG KLARK TEKNIK Klipsch Klotz Korg Koss KRK L‑Acoustics Labkable Laconic Lake People Lanchiya LAudio LD Systems Le Cord Lehmann Audio Lenco Lewitt Line 6 Logitech Luxman Lyambda M-Audio Mac Audio Mackie Mag-Lev Magnat Manley Maono Marantz Marley Marshall
Master&Dynamic Maxell Mcintosh MEE Audio MELCO Meters Meze Michi MoFi Monitor Audio MONKEY BANANA Monster Mpow Musatoff Musical Fidelity Myburgh Mytek NAD Naim Native Instruments Native Union Neumann Neutrik Ningbo Noble Nobunaga Labs Noise Killer Nordost Novation Nyne oBravo Oehlbach Onkyo Oppo Ortofon Otovita Oyaide Padmate PATTERN BREAKER Pelican
Perfect sound Phiaton Philips Pioneer Plantronics Polk Audio Popsockets PreSonus PrimeLine Prism Sound Pro-Ject Promate PS Audio PSB QCY QED Quad Questyle Quik Lok Razer RCF Real Cable ReCables RECORD PRO Rega RHA Ritmix RME Rock Rockdale Rockport Technologies ROCKWOOD RODE Roland ROLI Rombica ROOMs Rotel Royer Ruark
Rupert Neve Designs Rycote SAMSON Samsung SanDisk Saramonic Satechi Schiit SE Electronics Sennheiser Shanling Sharkoon Shure Sieveking Sound Silicon Power Sim Audio SIMGOT Simpleway Simply Analog Skullcandy SleepPhones SMARTIX SMSL Softube SOL Republic Solid State Logic Solove Sonarworks Sonus Faber Sony Soundcraft Soundking SoundLink Spectral Spigen SpinFit SPL Stax Stealth Sonics SteelSeries
Steinberg Sumiko Superlux Switchcrft 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 Tralucent Transparent Audio Triangle TS cable Tula Tutti Frutti Twelve South UAG Ultimate Ultimate Ears Ultralink Ultrasone Unipads Unison Universal Audio Urbanears V-Moda Van Den Hul
Venture Craft Violectric Vivanco Vogels Warm Audio Westone Wharfedale Whiplash Wireworld Xiaomi Xtrfy Yamaha YAXI Zoom СОЮЗ Яндекс