2020-09-09 03:43:10
概念
在采集自然声音时，采样方案已经决定了声音能达到的最高质量了：采样率，声音位数，声道。在存储、传播、转码时，如果再有数据损失，通常这声音内容已经与原始内容差距比较大了，有高品质追求的听众不会喜欢这样的内容。在20年前，计算机内存停留在<1M，硬盘<500M时，谈音乐数字化和高品质音乐没有实际意义。没有人想听比录音机绞了磁带还难听的声音的，硬件技术和软件技术确实达不到要求。内存比过去的硬盘容量还大时，我们可以有这个追求了。软件算法也早已实现了。所以，我们可以追求更高质量的声音了。
无损音频就是在现有的计算能力、存储能力限制下，从音频内容的采样，到存储、编辑、回放等过程，使用的是高水准数字化，无损编辑、存储，高还原回放，这就是所谓的“无损音乐了”。这是目前能达到的一种最高音频质量需求。这由三个部分构成，音源要高采样率、不低于回放设备的声道数、16以上的位数，传播/存储/编辑必须无损，回放要使用高还原能力的回放设备。但由于音频数字化过程中会有数据损失，事实上永远不可能做到真正的无损的。
无损音频
常见到的MP3、WMA、OGG被称为有损压缩，有损压缩顾名思义就是降低音频采样频率与比特率，输出的音频文件会比原文件小。另一种音频压缩被称为无损压缩，能够在100%保存原文件的所有数据的前提下，将音频文件的体积压缩的更小，而将压缩后的音频文件还原后，能够实现与源文件相同的大小、相同的码率。无损压缩格式有APE、FLAC、WAV、WavPack、LPAC、WMALossless、AppleLossless、TTA、Tak、TAC、La、OptimFROG、Shorten，而常见的、主流的无损压缩格式目前有APE、FLAC、TTA、TAK、WAV。
APE是流行的数字音乐文件格式之一。APE是一种无损压缩音频技术，也就是说当你将从音频CD上读取的音频数据文件压缩成APE格式后，你还可以再将APE格式的文件还原，而还原后的音频文件与压缩前的一模一样，没有任何损失。APE的文件大小大概为CD的一半，但是随着宽带的普及，APE格式受到了许多音乐爱好者的喜爱，特别是对于希望通过网络传输音频CD的朋友来说，APE可以帮助他们节约大量的资源。
APE格式解析
APE是Monkey's Audio提供的一种无损压缩格式。Monkey'sAudio提供了Winamp的插件支持，因此这就意味着压缩后的文件不再是单纯的压缩格式，而是和MP3一样可以播放的音频文件格式。这种格式的压缩比远低于其他格式，但能够做到真正无损，因此获得了不少发烧用户的青睐。在现有不少无损压缩方案中，APE是一种有着突出性能的格式，令人满意的压缩比以及飞快的压缩速度。
APE音乐
WAV作为数字音乐文件格式的标准，WAV格式容量过大，一般情况下我们把它压缩为MP3或WMA 格式。WAV压缩成MP3和WMA格式都是有损数据压缩，如果把压缩的数据还原回去，数据其实是不一样的。而APE和FLAC格式等无损压缩格式还原后，得到的WAV文件可以做到与压缩前的源文件完全一致。所以，APE可以无损失高音质地压缩和还原。当然，只能把音乐CD中的曲目和未压缩的WAV文件转换成APE格式，MP3文件还无法转换为APE格式。事实上APE的压缩率并不高，压缩后的容量也没小多少。一个34MB的WAV文件，压缩为APE格式后，仍有17MB左右。但对于一整张CD来说，压缩省下来的容量还是可观的。
APE的本质，其实它是一种无损压缩音频格式。庞大的WAV音频文件可以通过Monkey'sAudio这个软件压缩为APE。很多时候它被用做网络音频文件传输，因为被压缩后的APE文件容量要比WAV源文件小一半多，可以节约传输所用的时间。更重要的是，通过Monkey'sAudio解压缩还原以后得到的WAV文件可以做到与压缩前的源文件完全一致。所以APE被誉为“无损音频压缩格式”，Monkey'sAudio被誉为“无损音频压缩软件”。与采用WinZip或者WinRAR这类专业数据压缩软件来压缩音频文件不同，压缩之后的APE音频文件是可以直接被播放的。Monkey'sAudio会向Winamp中安装一个“in_APE.dll”插件，从而使Winamp也具备播放APE文件的能力。同样foobar2000，以及千千静听也能支持APE的播放。
FLAC即是Free Lossless Audio Codec的缩写 ，中文可解为无损音频压缩编码。FLAC是一套著名的自由音频压缩编码，其特点是无损压缩。不同于其他有损压缩编码如MP3 及AAC，它不会破坏任何原有的音频资讯，所以可以还原音乐光盘音质。2012年以来它已被很多软件及硬件音频产品所支持。
FLAC与MP3相仿，但是是无损压缩的，也就是说音频以FLAC方式压缩不会丢失任何信息。这种压缩与Zip的方式类似，但是FLAC将给你更大的压缩比率，因为FLAC是专门针对音频的特点设计的压缩方式，并且你可以使用播放器播放FLAC压缩的文件，就象通常播放你的MP3文件一样（已经有许多汽车播放器和家用音响设备支持FLAC，在FLAC的网站上你可以找到这些设备厂家的连接）。
FLAC是免费的并且支持大多数的操作系统，包括Windows，“unix” (Linux，BSD，Solaris，OSX，IRIX)，BeOS，OS/2，和Amiga。并且FLAC提供了在开发工具autotools，MSVC，Watcom C，和ProjectBuilder上的build系统。
FLAC 数据流的格式
以库的形式提供的参考编码器和解码器 ；
flac，一个以命令行方式工作的可以编解码FLAC文件的程序 ；
metaflac，以命令行方式工作的FLAC文件的metadata编辑器。
FLAC输入插件
我们所说的“FLAC是免费的”不仅仅意味着你可以不花钱而得到它。更重要的是FLAC的文件格式是对公众完全开放的，你可以以任何目的使用它（FLAC项目只保留维护FLAC格式规格和确认兼容特性的权利），FLAC的文件格式和编码/解码的实现方式都不受任何已知专利的限制。还有，所有的源代码都在开放源代码的授权方式下可以得到。
FLAC特性
无损失压缩：被编码的音频(PCM)数据没有任何信息损失，解码输出的音频与编码器的输入的每一个字节都是一样的。每个数据帧都有一个当前帧的16-bit CRC校验码，用于监测数据传输错误。对整段音频数据，在文件头中还保存有一个针对原始未压缩音频数据的MD5标记，用于在解码和测试时对数据进行校验。
快速：FLAC更看重解码的速度。解码只需要整数运算，并且相对于大多数编码方式而言，对计算速度要求很低。在很普通的硬件上就可以轻松实现实时解码。
硬件支持：由于FLAC提供了免费的解码范例，而且解码的复杂程度低，所以FLAC是唯一获得硬件支持的无损压缩编。
可以流化：FLAC的每个数据帧都包含了解码所需的全部信息。解码当前帧无需参照它前面或后面的数据帧。FLAC使用了同步代码和CRC(类似于MPEG等编码格式)，这样解码器在数据流中跳跃定位时可以有最小的时间延迟。
可以定位：FLAC支持快速采样精确定位。这不仅对于播放有益，更使得FLAC文件便于编辑。
富于弹性的metadata：可以定义和实现新类型的metadata数据块，而不会影响旧的数据流和解码器的使用。已有的metadata类型包括tag，cue表，和定位表。 已经注册的应用程序可以定义自己专用的metadata类型（译注：这一点与MIDI标准相似）。
非常适合于存档应用：FLAC是一个开放的编码格式，并且没有任何数据的损失，你可以将它转换为你需要的任何其他格式。除了每个数据帧的CRC和MD5标记对数据完整性的保障，flac（译注：FLAC项目提供的命令行方式编码工具）还提供了一个verify（校验）选项，当使用该选项进行编码的时候，编码的同时就会立即对已编码数据进行解码并与原始输入数据进行比较，一旦发现不同就会退出并且报警提示。
便于对CD进行备份：FLAC有一个“cue表”metadata数据块用于保存CD的内容列表和所有音轨的索引点。你可以将一张CD保存到一个单一文件，并导入CD的cue表格，这样一个FLAC文件就可以完整地记录整张CD的全部信息。当你的原来的CD损坏的时候，你就可以用这个文件恢复出与原来一模一样的CD副本。
抗损伤：由于FLAC的帧结构，使得一旦发生数据流的损坏，损失会被限制在受损伤的数据帧之内。一般只是会丢失很短的一个片段。而很多其他无损音频压缩格式在遇到损伤的时候，一个损伤就会造成后面所有数据的丢失。
FLAC缺点
数据缩水。FLAC是专门并且仅仅为无损压缩而设计的，您可以选用许多其他优秀的有损压缩方式如Vorbis,MPC,和MP3(LAME提供了一个优秀的开放源代码的实现)。
SDMI（例如cetera）兼容。FLAC不准备支持任何复制保护方法，实际上这些手段最终都是在浪费数据。（从另一个角度看，由于所有这些手段最终都被证明是无效的，所以也可以说FLAC把这些无用数据压缩到了零！）当然我们不能阻止某些人利用专用的metablock进行复制保护，但是他们的保护只会在他们自己解码产品上有效，其他解码器会跳过这些专门的metablock的。
WAV格式是微软公司开发的一种声音文件格式，也叫波形声音文件，是最早的数字音频格式，被Windows平台及其应用程序广泛支持。WAV格式支持许多压缩算法，支持多种音频位数、采样频率和声道，采用44.1kHz的采样频率，16位量化位数，因此WAV的音质与CD相差无几，但WAV格式对存储空间需求太大不便于交流和传播。
WAV全称Wave Audio Files，WAV来源于对声音模拟波形的采样。用不同的采样频率对声音的模拟波形进行采样可以得到一系列离散的采样点，以不同的量化位数（8位或16位）把这些采样点的值转换成二进制数，然后存入磁盘，这就产生了声音的WAV文件，即波形文件。Microsoft Sound System软件Sound Finder可以转换AIF、SND和VOD文件到WAV格式。
该格式记录声音的波形，故只要采样率高、采样字节长、机器速度快，利用该格式记录的声音文件能够和原声基本一致，质量非常高，但这样做的代价就是文件太大。
WAV特点
简单的编/解码(几乎直接存储来自模/数转换器(ADC)的信号)、普遍的认同/支持以及无损存储。WAV格式的主要缺点是需要音频存储空间。对于小的存储限制或小带宽应用而言，这可能是一个重要的问题。WAV格式的另外一个潜在缺陷是在32位WAV文件中的2G限制，这种限制已在为SoundForge开发的W64格式中得到了改善。
WAV支持
WAV格式支持MSADPCM、CCITTALaw、CCITT μ Law和其它压缩算法，支持多种音频位数、采样频率和声道，但其缺点是文件体积较大（一分钟44kHZ、16bit Stereo的WAV文件约要占用10MB左右的硬盘空间），所以不适合长时间记录。
在Windows中，把声音文件存储到硬盘上的扩展名为WAV。WAV记录的是声音的本身，所以它占的硬盘空间大的很。例如：16位的44.1KHZ的立体声声音一分钟要占用大约10MB的容量，和MIDI相比就差的很远。
WAV转换
AVI和WAV在文件结构上是非常相似的，不过AVI多了一个视频流而已。我们接触到的AVI有很多种，因此我们经常需要安装一些Decode才能观看一些AVI，我们接触到比较多的DivX就是一种视频编码，AVI可以采用DivX编码来压缩视频流，当然也可以使用其他的编码压缩。同样，WAV也可以使用多种音频编码来压缩其音频流，不过我们常见的都是音频流被PCM编码处理的WAV，但这不表示WAV只能使用PCM编码，MP3编码同样也可以运用在WAV中，和AVI一样，只要安装好了相应的dDecode，就可以欣赏这些WAV了。
在Windows平台下，基于PCM编码的WAV是被支持得最好的音频格式，所有音频软件都能完美支持，由于本身可以达到较高的音质的要求，因此，WAV也是音乐编辑创作的首选格式，适合保存音乐素材。因此，基于PCM编码的WAV被作为了一种中介的格式，常常使用在其他编码的相互转换之中，例如MP3转换成WMA。
WavPack特点
WavPack 允许用户压缩、恢复 8、16、24 位 以及 32 位浮点表示的 WAV格式音频文件，另外它还支持多声道数据流以及非常高的采样率。与其它无损压缩机制一样，这种算法的压缩比例也跟着源数据的不同而有所不同，但是对于普通的流行音乐来说通常介于 30% 到 70% 之间，对于古典音乐以及其它音域较宽的音乐来说通常能得到更好一些的结果。
另外 WavPack 引入了一种独特的“混合”模式，它使用一个附加的文件从而也具有了有损压缩的优点。与其它方法只生成一个文件不同，这种模式生成两个文件，其中一个是相对较小、可以单独使用的高质量有损压缩文件，另外一个是与有损文件一起使用实现无损数据恢复的“修正”文件。对于一些用户来说，这就意味着他们不必再考虑使用有损还是无损压缩这样一个问题。
QQ音乐作为国内领先的音乐服务平台，为广大用户独家研发并推出了无损格式TAC音乐，与MP3等有损压缩格式不同，TAC是腾讯在FLAC基础上进行加密制作的一种无损音频压缩技术，本质是经过修改的FLAC格式，与其他无损格式一样，能保证音质没有任何损失。由于采用封闭的加密方式，该格式能保证音乐版权人的成果不被盗版、侵占，确保该音乐仅能使用QQ播放器上播放，而不被拷贝到任何未经授权的播放器上播放。绿钻用户只要在乐库中选择要下载的高品质，在下载页面”选音质”部分选择“无损音质”，点击“开始下载”，用户就可以轻轻松松将无限好音乐尽收囊中。