高清音频格式普及

2018-06-11 16:22:49

高清音频是我们经常挂在嘴边的词,实际上高清音频是相当广义的,非常多的音乐格式都可以称之为高清音频。音乐格式的不同会带来音乐信息量的变化,音质会随之变化,文件的体积也会变化,甚至选择的播放器或者播放软件也会不同,理解高清音频的各种格式,就变得非常重要。

了解采样率

数字音源大部分都是“线性PCM”,它通过对声音的波形(模拟信号)进行一定程度的数字化(采样)而获得的数据,其周期被称为“采样率”,也就是模拟转数字时每秒对声音采样的数量。例如44.1kHz、96kHz、192kHz就是我们常见的采样率,数字越大说明声音采样的频率越高,在将数字信号还原成模拟信号时就越能接近真实的原始声音,意味着更多的信息量,更好的音质。换句话说,当你看到着这数字,就可以知道“声音的细节在单位时间里被测量的程度”。

关于bit数

bit数的大小表示了有多少声音的细节被捕获,数值越大就表示捕获的声音可更接近原始声音(模拟信号),并以高分辨率的方式再现。bit数的大小,可以说直接与音乐的解析度关联,例如,1bit的时候振幅就为“0或1”的两阶,2bit就是“00和01”、“10和11”的四阶。同理,如果是4bit就是16阶,8bit就是256阶,16bit就是65,536阶,24bit则是16,777,216阶,越多的阶数就越能精确描述每个采样的振幅高度,也就越接近原始声音的“能量”,在从数码还原到模拟的过程中也就能越接近原始的声音。另外,bit的数目还决定了声波振幅的范围(即动态范围,最大音量与最小音量的差距)。如果这个位数越大,则能够表示的数值越大,描述波形更精确。每一个bit的数据可以记录约等于6dB动态的信号。人类听觉的动态范围为120dB,16bit的时候有96dB的动态范围,24bit是144dB,32bit则为192dB。所以,高清音频文件有足够的动态来诠释丰富的音乐细节,理论上满足人类的听觉极限。 

高清音频的定义

什么样的音乐格式才能被称为高清音频呢,如果以上述通过采样率和bit数来区别的话,至少应该要超过CD(44.1kHz/16bit)的音质。实际上,根据日本电子情报技术产业协会(JEITA)的定义,只要音乐文件的采样率和bit数都超过CD的规范标准,就可以称之为高清音频。另一方面,由索尼提出并定义,日本音频协会(JAS)和消费电子协会(CEA)也制定了自己的高清音频标准,并对支持高清音频播放的产品打上金色的logo,就是我们经常在产品上见到的“Hi-Res Audio”商标。该规则下,基本上只要符合播放24bit/96kHz的FLAC或者WAV的,都是属于 Hi-Res Audio的标准规范。知道了 Hi-Res Audio的标准以后,就可以来了解一下支持高清音频的文件格式了。实际上高清音频并没有严格的统一标准,也不仅是FLAC或者WAV两种格式,是否是高清音频更多还是从音频文件的采样率和bit数来辨别。采样率44.1kHz以上,bit数在24bit以上,我们都可以理解为高清音频。

PCM和DSD

虽然,我们现在是以PCM为前提来定义高清音频,不过大家应该还有对SACD的印象,SACD全名为“Super Audio CD”由SONY与Philips共同制定的,借此提供比CD更好的音乐质量。但SACD的取样方法并不是像CD一样使用PCM的方法来取样声音,而是使用一种叫做DSD(Direct Stream Digital)的方式取样。在DSD上的取样频率来到每秒2,822,400次,比起CD的44100次还要高出64倍,而且是以1bit的单位在记录信息。不同于PCM每16bit一个单位的取样方式,在这样的取样方法下,可以由量化不精确的声音讯号而造成的噪音和失真,减少至一个位以内的误差。所以,DSD也能够被认为是高清音频,虽然日本电子情报技术产业协会的定义并没有明确表明,但是根据日本音频协会的定义,只要支持播放DSD  2.8MHz/5.6MHz的产品就可以获得Hi-Res的认可。由于SACD的不普及,原由则是设备门坎太高、录制成本也高,消费者购入的管道少,所以,即使有着高音质的优势,最后也还是无法取代CD成为更好的音乐载体。

主要的高清音频格式

FLAC分类:PCM

压缩:有(无损)

文件名后缀:.flac

FLAC(Free Lossless Audio Codec),中文直译为“自由无损音频压缩编码”,这里的Free指的是自由软件,而并不仅是免费。FLAC其特点是可以对音频文件无损压缩,也就是说音频以FLAC编码压缩后不会丢失任何信息,将FLAC文件还原为WAV文件后,与压缩前的WAV文件内容相同。因为FLAC是专门针对PCM音频特点而设计的压缩方式,所以其压缩后仅为原文件的60%左右。同时,现在支持FLAC的播放设备也非常丰富,基本上支持高清音频播放的播放器都支持FLAC文件。如果在高清音频格式的选择上有所困惑,先从FLAC开始是非常正确的“打开方式”。

ALAC分类:PCM

压缩:有(无损)

文件名后缀:.m4a、.mov、.alac

ALAC(Apple Lossless Audio Codec)是苹果的无损音频压缩编码格式。在iTunes上名称为Apple Lossless。可将非压缩音频格式(如WAV、AIFF)压缩至原先容量的40%至60%左右,编解码速度很快。因为是无损压缩,听起来与原文件完全一样,不会因解压缩和压缩而改变。该格式于2011年10月28日由苹果开源,目前可以利用源代码自己编译与创建该无损音频格式。不过由于目前苹果的设备还不支持高清音频格式,所以iOS用户即使有ALAC编码的高清音频文件也只能得到CD相当的音质。近几年支持ALAC的音频播放器在不断增加,一部分国外的数字音乐下载网站也开始提供ALAC文件。相比FLAC有着更多的音乐内容和硬件支持来说,风格不同但原理相当(都可以还原成原始的PCM)的ALAC并不是特别值得推荐的格式。

WAV分类:PCM

压缩:无

文件名后缀:.wav

线性PCM最常见的封装格式,WAV文件使用无压缩编码,质量极高,体积也较相对较大。也有不少数字音乐下载网战提供该格式的高清音频。基本上所有的数码音频播放器和软件都支持WAV的播放。但是WAV对音乐文件的艺术家名、封面等标签数据的表示就不容乐观了,虽然可以把这些信息封装进去,但是由于封装便签数据的方式没有规范,所以可能在某些播放器上能显示,有些则不能。WAV可封装352.8kHz(44.1KHz的8倍)或者384KHz(48kHz的8倍)的24bit以上线性PCM的DXD(Digital eXtreme Definition),最初这是做为SACD的制作编辑的格式出现(PS:录音后期混音制作的时候无法使用DSD,只有PCM才能做混音处理),现在也被一些国外的音乐下载网站做为下载的数字音频格式。

DSD分类:1bit

压缩:有(无损)

文件名后缀:.dff、.dsf

DSD是Direct Stream Digital的缩写,表示直接比特流数字编码,也是SACD的编码模式。用1bit比特流的方式取样,采样率2.4MHz(CD 44.1kHz取样的64倍)的高取样方式,直接把模拟音乐信号波形以脉冲方式转变为数字信号,可提供更为优秀的声音效果,由于取样次数高,所以取样过的波形很圆顺,非常接近原来的模拟波形。由于不采用多位,省去了位转换程序,降低了因为数字滤波而可能产生的失真与噪声。虽然在实体的SACD格式上没有获得成功,如今伴随着支持DSD的播放器和软件的增加,以及数字音乐下载网站对该格式的采用,目前正在逐渐成为主流的高清音频格式。

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