Перейти на новую версию сайта https://iuraf.ru

Аудио кодирование.

Аудио Кодеки
Цифровые аудио форматы.

Цифровые аудио форматы и аудио кодеки.

Цифровой аудио формат — формат представления звуковых данных, используемый при цифровой звукозаписи, а также для дальнейшего хранения записанного материала на компьютере и других электронных носителях информации, так называемых звуковых носителях.

Аудиофайл (файл, содержащий звукозапись) — компьютерный файл, состоящий из информации об амплитуде и частоте звука, сохранённой для дальнейшего воспроизведения на компьютере или проигрывателе.

Формат файла определяет структуру и особенности представления звуковых данных при хранении на запоминающем устройстве ПК. Для устранения избыточности аудиоданных используются аудиокодеки, при помощи которых производится сжатие аудиоданных. Выделяют три группы звуковых форматов файлов:

  • Аудио форматы без сжатия, такие как WAV, AIFF
  • Аудио форматы со сжатием без потерь (APE, FLAC)
  • Аудио форматы со сжатием с потерями (MP3, Ogg)

Форматы носителей цифрового звука применяют как для массового распространения звуковых записей (CD, SACD), так и в профессиональной звукозаписи (DAT, мини диск).

Для систем пространственного звучания также можно выделить форматы звука, в основном являющиеся звуковым многоканальным сопровождением к кинофильмам. Такие системы имеют целые семейства форматов от двух крупных конкурирующих компаний — Digital Theater Systems Inc. (DTS) и Dolby Laboratories Inc. (Dolby Digital).

Также форматом называют количество каналов в системах многоканального звука (5.1; 7.1). Изначально такая система была разработана для кинотеатров, но впоследствии была расширена для систем домашнего кинотеатра.

Форматы без сжатия

  • AIFF, CDDA — формат, используемый в аудио-CD
  • WAV — Microsoft Wave (Waveform Audio format); разработан совместно с IBM

Форматы со сжатием звука без потерь

  • FLAC (.flac) — свободный кодек из проекта Ogg
  • Lossless Audio (.la)
  • Apple Lossless (.m4a)
  • Monkey's Audio (.ape)
  • Windows Media Audio 9 Lossless (.wma)

Кодирование с потерями

  • MP2 — MPEG-1/2 Layer 2 (Musicam)
  • MP3 — MPEG-1/2/2.5 Layer 3
  • Vorbis — проект Ogg, свободный, похож по принципам на MP3
  • Opus — проект Ogg, свободный, передача звука по сети; основан на технологиях кодеков CELT и SILK.
  • Windows Media Audio (WMA)
  • AAC (.m4a, .mp4, .m4p, .aac) — Advanced Audio Coding, часто в контейнере MPEG-4
  • Realaudio (RA, RM)

Аудиокодек

Аудиокодек (англ. Audio codec; аудио кодер/декодер) — компьютерная программа или аппаратное средство, предназначенное для кодирования или декодирования аудиоданных.

Программный кодек

Аудиокодек на программном уровне является специализированной компьютерной программой, кодеком, который сжимает (производит компрессию) или разжимает (производит декомпрессию) цифровые звуковые данные в соответствии с файловым звуковым форматом или потоковым звуковым форматом. Задача аудиокодека как компрессора заключается в предоставлении аудиосигнала с заданным качеством/точностью и минимально возможным размером. Благодаря сжатию уменьшается объём пространства, требуемого для хранения аудиоданных, а также возможно снизить полосу пропускания канала, по которому передаются аудиоданные.

Большинство аудиокодеков осуществлены как программные библиотеки, которые взаимодействуют с одним или несколькими аудиоплеерами, такими как QuickTime Player, XMMS, Winamp, Медиапроигрыватель VLC, MPlayer или Windows Media Player.

Популярные программные аудиокодеки по областям применения:

  • MPEG-1 Layer III (MP3) — проприетарный кодек аудиозаписей (музыка, аудиокниги и т. п.) для компьютерной техники и цифровых проигрывателей Advanced Audio Codec (AAC) — второй по распространённости проприетарный кодек, позиционируется как альтернатива MP3. Наибольшее распространение в связке с видеокодеком H.264 (AVC) получил в онлайн-видео (напр., флэш-видео на YouTube)
  • Ogg Vorbis (OGG) — свободный кодек, широко используется в компьютерных играх и в файлообменных сетях для передачи музыки
  • Free Lossless Audio Codec (FLAC) — свободный кодек, использующий сжатие без потерь.
  • WavPack (WV), Monkey’s Audio (APE)Альтернативные, менее распространённые lossless-кодеки и др.

Аппаратный кодек

Аудиокодек на аппаратном уровне обозначает отдельную микросхему, которая кодирует и декодирует аналоговый звуковой сигнал в цифровой сигнал и наоборот при помощи аналогово-цифрового и цифро-аналогового преобразователей. Цифро-аналоговая конвертация происходит, когда компьютер посылает звук на внешние динамики, а аналого-цифровая конвертация происходит, когда звук подаётся на компьютер извне.

Основными производителями аппаратных звуковых кодеков являются компании Realtek, VIA Technologies, C-Media, Intel и Analog Devices.

Спецификации аудиокодеков

  • В 1997 году компания Intel представила спецификацию на аудиокодеки для массового рынка под названием AC'97 (Audio Codec '97).
  • В 2004 году Intel представила новую спецификацию, базирующуюся на AC’97 — High Definition Audio, также известную как HD Audio и Azalia.
  • Также существуют другие спецификации, такие как I²S, используемые в профессиональной аппаратуре.
 

Некоторые виды цифрового звука в сравнении:


Название формата

Квантование, бит

Частота дискретизации, кгц

Число каналов

Скорость потока данных с диска, кбит/с

Степень и тип сжатия

CD

16

44,1

2

1411,2

1:1 без потерь

Dolby Digital (AC3)

16-24

48

6

До 640

~12:1 с потерями

DTS

20-24

48; 96

До 8

До 1536

3:1 с потерями

DVD-Audio

16; 20; 24

44,1; 48; 88,2; 96

6

6912

1:1 без потерь

MP3

16-24

До 48

2

До 320

~11:1 с потерями

AAC

16-24

До 96

До 48

До 512

С потерями

AAC+ (SBR)

16-24

До 48

2

До 320

С потерями

Ogg Vorbis

До 32

До 192

До 255

До 500

С потерями

WMA

До 24

До 96

До 2

До 768

2:1, есть версия без потерь