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多媒體音頻編碼格式之匯編-洋洋得意報NO.44

 日期:4/21/2019 12:09:53 PM

多媒體音頻編碼格式之匯編-洋洋得意報NO.44

洋洋實業團隊 撰 2009/9/20

       八十年代末,多媒體領域的專家們則利用電腦技術開發出相當龐大的儲存格式以便於音樂家們存放他們的作品「數位化」。此時占統治地位的多媒體壓縮技術體系是由「JPEG」(Joint Photographics Expert Group)開發的,但JPEG僅僅用於靜止圖像的範疇,而不能處理高質量的動態影像和聲音的壓縮編碼的領域。為了多媒體生產者提供更好的儲存格式和制定及使業界有依循共同標準為目的,知名的「MPEG組織」(Moving Picture Expert Group)因此而誕生,MPEG組織成立於1988年,共有25位專家參加了當年五月舉行的首次會議。此後MPEG組織逐漸發展壯大,迄今己吸納了兩百家公司和組織的近350名專家,他們來自二十個不同的國家。

       獨立的公司想使其編碼技術成為MPEG的一種標準,必須首先向MPEG組織提供一種用於技術驗證的模型,並進行註冊。模型用於說明此種多媒體編碼解碼器是怎樣通過程式碼工作的,代碼隨後會被用於測試此種技術如何作為標準在實際條件下運行。當MPEG組織確定此項技術通過了驗證模型階段,它才能夠進入下一步測試階段。這時的測試版本基本上已經接近此項技術標準的最終階段, MPEG組織還是要對其展開進一步的內部評估。一系列的相關評測隨之而來,我們熟知的MPEG-1和MPEG-2標準都是經過這樣嚴格的評測流程之後才成為當今音頻視頻的業界標準。

       數位 WAV格式檔案是最常且方便使用之數位音樂檔案,它最大的特色是未經任何壓縮處理,因此能表現最佳的聲音品質,同時無論是PC或MAC電腦作業系統都能使用。相較於傳統的音頻素材CD(Audio CD),數位 WAV格式能讓您直接使用於作品中,透過音樂編輯軟體,可以使用滑鼠輕易拖拉成循環樂段(Loops),節省大量的後製編輯時間。不必擔心檔案相容性的問題,因為數位 WAV檔案為通用的音樂格式,所有的音樂編輯軟體都相容此音樂格式。但是資料量太大,一分鐘約10Mbs檔案,於是許多研究單位開始針對「音頻編碼」(Audio Coding)格式進行改造,以利於多媒體與網路的應用,因此有後續許多一代接一代的音頻編碼格式的發展,以下為目前廣泛使用中的各類體音頻編碼格式之整理。

MP3格式:
       德國Erlangen大學相結合的Frannhofer IIS實驗室發展了MP3編解碼技術,MP3也稱之為「MPEG-1 Audio Layer 3」,Frannhofer IIS將這種新技術命名為「MPEG-2.5」。音頻如不經壓縮的WAV檔案,一秒鐘立體聲音質的音樂資料量為1.4MB。MP3檔案大小僅WAV 純聲音檔之 1/12。Frannhofer IIS由於MPEG的目的在於減小資料量並保留音質,實驗室秉承這一宗旨,開發一種叫做「靈敏編碼」的編碼方式。事實上,靈敏編碼是所有MPEG數位格式的基礎。人們通常只能聽到特定頻率範圍的聲音。正如一個人站在播放高分貝音樂的揚聲器旁邊,他是不大可能聽見身旁有人對他講話的,因為講話聲被音樂掩蓋而被忽略。同樣的情形現在數位音頻裏:在一首特定的歌曲中,人們並不能聽見中所有的聲音,不能被聽見的聲音將被略過,從而有助於提高編碼的效率。MP3播動了音頻編解碼技術的第一波浪潮,後期的發展的格式都以MP3做為比較與較勁的對象。

Real Audio格式:
       RealAudio 是由 Real Networks 公司所發展出來的。它是一種壓縮的音頻編碼格式,它可以一邊傳輸檔案一邊播放聲音。Real Audio簡寫為RA,強大的壓縮量和極小的失真使其在眾¤š音頻編碼格式中脫穎而出。和MP3相同,它也是為了降低資料量而發展的,同時也解決網路有限傳輸資源而設計的,因此主要目標是壓縮比和容錯性,其次才是音質。所以我們一般在網上遇到的新音樂試聽都是使用這中格式的。

WMA格式:
       WMA 是微軟公司所推出的音樂格式。相較於 MP3, 它有更好的壓縮率及聲音品質, 同時也具有線上播放的能力, 是目前相當看好的音樂格式。WMA就是 Windows Media Audio 編碼後的檔案格式,其競爭對手就是網路中著名的 Real Networks。WMA在 64 kbps 的編碼率情況下,WMA 可以達到接近 CD 的音質。和以往的編碼不同,WMA 支援防複製功能,她可透過 Windows Media Rights Manager 加入保護,可以限制播放時間和播放次數甚至於播放的機器等。WMA 支援一邊讀一邊播放串流技術,因 WMA 可以很輕鬆的實現在線廣播,WMA 有著優秀的技術特徵,在微軟的大力推廣下,這種格式被越來越多的人所接受。

mp3PRO格式:
       mp3PRO明顯與 MP3 有關係,但似乎又帶有增強或更專業的意味。mp3PRO 標榜的是在64Kbps低流量時,仍然能夠提供近似 CD 音樂品質的水準。MP3 Pro採用的SBR技術,並非直接將音樂中的高頻分離出來並編碼那麼簡單,而是根據對原來編碼器所傳輸的低頻訊號進行分析,從而重新構建出高頻訊號。mp3PRO 這個格式相容於 MP3,舊有的 MP3 播放軟體應該都能播放,只是播放出來的品質,將無法享受 mp3PRO 帶來的優勢,因為藏在 mp3PRO 編碼中的特殊資料在一般 MP3 播放軟體中無法解讀,必須以 mp3PRO 專用的播放程式,才能將 mp3PRO 的威力完全發揮出來。MP3 有了「PRO」(Professional)的加持,明確的告訴我們,mp3PRO 一定有強過 MP3 之處。

ACC格式: 
       AAC(Advanced Audio Coding),中文稱為「高級音頻編碼」,出現於1997年,AAC最初是基於MPEG-2的音頻編碼技術。AAC是杜比實驗室為音樂社區提供的技術。AAC聲稱:『最大能容納48通道的音軌,採樣率達96 KHz,並且在320Kbps的數據速率下能為5.1聲道音樂節目提供相當於ITU-R廣播的品質』。和MP3比起來,它的音質比較好,也能夠節省大約30%的儲存空間與頻寬。它依循MPEG-2的規格所開發的技術。也兼容mp3格式,AAC是非常好用的音頻格式,128kbps的AAC足以和224kbps的mp3抗衡,空間卻小了差不多一半,但是在空間上和結構上AAC和MP3編碼出來後的風格不太一樣。前幾年發展的MP4多媒體規格就是使用MPEG-2 AAC技術。

APE格式: 
     APE格式是近來網路上相當流行的一種「無失真」音樂儲存技術,APE技術的音頻採樣頻率高達800kbps~1,400kbps,相當接近CD唱片的1411kbps的品質,比起先前流行的MP3格式的128kbps採樣頻率,APE可以保留音樂檔中更多的細節與內容。簡單的說APE是一種音頻的無損壓縮格式,大小只有WAV檔案的一半,但是音質沒有絲毫降低。能夠在最大程度上還原CD的音質,當然這也取決於抓軌的品質。如果抓軌的品質好,APE的音質就會和CD差不多,MP3有損壓縮無法達到的。而一張80分鐘的音樂CD大小大約700M,能把WAV檔案壓縮成一半大小(甚至更小)的APE,在理想狀態下,把APE解壓成WAV,音質沒有絲毫損失,即可記錄160分中以上的音樂資料。

參考資料:
http://www.mpeg.org/
http://en.wikipedia.org/
http://www.itri.org.tw/chi/index.jsp


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