[基本常识]主流常见的无损数码音乐文件格式

梁震

作为数字音乐文件格式的标准，WAV格式体积过大，一个3分钟左右的音乐文件30-50MB，使用起来很不方便。因此，一般情况下我们把它压缩为MP3等体积更小的格式。
常见的音频压缩方法有：无损压缩，有损压缩。其中，有损压缩是以破坏源文件数据方式（直接删除人耳听力范围之外的数字信息、甚至是删除部分人耳听力范围之内的信息，只保留基本声音）来换取小体积文件的，如常见的MP2、MP3、ogg、m4a、wma等等格式；这种破坏是永久性的、不可逆的。稍加比较，你就能听出（如MP3）低于120K码率的文件和320K码率文件音质的天壤之别。但对于320K码率的音乐，由于其删除的只是人耳听力范围之外的信息，一般是难以与CD分辨的。尽管如此，如果用高级音响设备放大播放的话，声音与CD还是有差的，毕竟是删除了数据的。无损压缩，顾名思义，就是只改变源文件数据记录方式，使其体积变小，它对元数据不作任何不可逆性地破坏。目前常见的无损压缩数字音乐格式有：APE、FLAC、aiff、dff等。
Ape是作为目前最为流广的无损压缩音频格式之一，通过Monkey's Audio这个软件可以将庞大的WAV音频文件压缩为APE,体积虽然变小了，但音质和原来一样。通过Monkey's Audio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。简单地讲，APE 压缩与WinZip或WinRAR这类专业数据压缩软件压缩原理类似，只是APE等无损压缩数字音乐之后的APE音频文件是可以直接被播放的。APE的压缩速率是动态的，压缩的时只压缩可被压缩部分，不能被压缩的部分还是会保留下来。APE无损音乐格式由Monkey's Audio软件压缩得到。其他软件支持转换均通过配置Monkey's Audio软件插件后进行转换。如foobar2000，千千静听（百度音乐），酷狗等。
APE编码参数中，有一个参数用于控制其压缩等级（压缩率）。共有5级，分别为：Fast（快速）、Normal（正常）、High（高）、Extra High（极高）、Insane（疯狂的）。这五个压缩等级，影响编码的速度（压缩率越高越慢），编码完成后文件的体积（压缩率越高越小），还有播放时的解码速度（压缩率越高越慢）。

Flac的相关介绍
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，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。现在它已被很多软件及硬件音频产品所支持。
FLAC项目由Josh Coalson于2000年启动。进入beta阶段后并在2001年1月15日发布的0.5版的参考实现时，FLAC位流格式冻结。2001年6月FLAC发布了1.0版。2003年1月29日, "Xiph. Org"基金会和FLAC项目宣布FLAC成为FLAC"Xiph. Org"旗下的独立公司 banner. 除此之外，"Xiph. Org"还对许多免费压缩格式提供支持，如Vorbis、Theora、Speex等等。2007年9月17日FLAC发布了1.2.1版。2013年6月1日六年来首次发布更新，从v1.2升级到v1.3。主要变化包括：支持RF64和Wave64 格式，ReplayGain支持最高192kHz音频取样率，等等。
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。 电脑在播放WAV文件时，是把WAV文件中的PCM数据直接发送给声卡，而电脑在播放FLAC时，需要先把FLAC解码为PCM数据，然后在发送给声卡。就是多了一个解码的环节，就像是给RAR文档解压一样。其PCM数据是与压缩前的WAV没有区别的。

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是目前唯一获得广泛且良好的硬件支持的无损压缩编码。
可以用于流媒体：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。目前已有的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，也就是说，可以把平时单独存放的CUE文件嵌入到FLAC文件里。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。
Ape和flac的特点比较：
一、压缩比决定无损压缩文件所占存储空间
所有的无损压缩编码的压缩比都差不太多，但在这些无损压缩编码之中，APE具有更好的压缩率，FLAC的压缩率稍差。就是说一个音频文件用APE压缩后得到的APE文件，会比FLAC文件稍微小一些。不同的WAV文件信息量不同，所以无法提供确切数字，一般来说，FLAC文件要比APE文件大 1/20 左右。

二、编码速度考验用户的耐心，速度快者优
FLAC的压缩和解码速度均显著优于APE，APE只有在FAST的编码强度下，速度才能和FLAC一拼。但相应的，APE的压缩率一直高于FLAC，APE的FAST压缩下得到的文件体积已经可以和FLAC最高压缩比的文件体积媲美。也就是说，如果以速度为基准比较的话，在相同压缩速度的设定下，两者的压缩比差不多。
三、平台的支持决定普及度
各个平台都有支持APE和FLAC的播放器。这两种压缩格式已经非常普及。
四、两者的开源特性，完全免费的技术
两者的开源或部分开源，对音频软硬件的设计们提供了很大的便利，目前不但几乎所有主流播放软件都支持二者，硬件方面也有很多播放器支持了FLAC和APE。只不过因为APE解码的运算量太大的问题，导致并不是每一个APE文件都可以被硬件播放器流畅播放。
五、容错能力
FLAC因为每帧数据之间无关联。因此当FLAC文件在传播过程中受损，导致某帧数据损坏缺失的话，只会损失该帧的音频信息，不会影响到前后的数据。这是FLAC的优势，但也因此FLAC的压缩率稍低。
总结：
无论FLAC还是APE，因为所占空间都比有损音乐大很多，所以都不是主流的音频格式，所以我们在网络上很难获取到FLAC和APE格式的音乐资源。但通过上面的对比，相信很多用户对FLAC和APE的认识更深了一些，单从技术角度讲，FLAC要比APE更有优势，因为FLAC完全开源，许多播放器可以自由地将FLAC解码功能内建在自己的解码器中。同时，FLAC有广泛的硬件平台的支持，几乎所有采用便携式设计的高端解码芯片都能够支持FLAC格式的音乐，FLAC第三个优势在于：优秀的编码使得硬件在解码时只需采用简单的整数运算即可，这将大大降低所占用的硬件资源，解码速度极快，这也是硬件播放器对FLAC支持更好的原因。

关于aiff音频格式：
AIFF是音频交换文件格式（AudioInterchangeFileFormat）的英文缩写，AIFF是一种文件格式存储的数字音频（波形）的数据。AIFF支持各种比特决议，采样率和音频通道。是Apple公司开发的一种声音文件格式，被Macintosh平台及其应用程序所支持，NetscapeNavigator浏览器中的LiveAudio支持AIFF格式，SGI及专业音频软件包都支持AIFF格式。AIFF应用于个人电脑及其它电子音响设备以存储音乐数据。
AIFF是Apple苹果电脑上面的标准音频格式，属于QuickTime技术的一部分。

关于DFF音频格式
DFF格式的音乐档案是从sacd ISO中提取出来的单轨音频文件。SACD 是 Super Audio CD的缩写，采用了名为DSD（Direct Stream Digital,直接数字流编码）的新编码方式，现在已经可以利用某些特殊型号的PS3备份成ISO整轨格式,即 SACD ISO。Foobar2000通过加载sacd插件后就可以播放iso和dff格式文件。