Какие звуковые форматы есть. Аудио-форматы: виды и их описание

Cразу оговоримся, что статья говорит ТОЛЬКО об общих характеристиках и не будет включать в себя некоторые подробности. В будущем Лайфхакер проведёт собственное беспристрастное исследование. А сегодня попробуем обобщить уже так или иначе известный опыт.

Есть аналог и цифра.

Аналог - хорошо, но недолговечно и неудобно. Поэтому аналоговые носители, несмотря на высокие продажи винила, не вернутся.

Аудиоцифра может быть трёх основных типов:

в формате, не использующем сжатие;
в формате, использующем сжатие без потерь (lossless);
в формате, использующем сжатие с потерями (lossy).

На графиках - хороший AudioCD, сжатый OGG с переменным битрейтом 350 кбит/с и MP3 с использованием Lame. Чем ниже располагается график, тем ближе звучание к оригиналу. Получается очень интересная картина. Несмотря на то, что MP3 обладает явно срезанными высокими частотами, в отличие от OGG, в котором видно завал ниже 2 кГц.

Частотно-временное распределение звука говорит о не менее интересных вещах. При постоянном битрейте 320 кбит/с MP3 почти совпадает с оригинальной записью. Кажется, теперь всё встаёт на свои места. Но… На самом деле всё ещё больше запутывается.

Зачем вообще пользоваться lossy, когда есть доступный lossless

Здравый смысл.

Дело в том, что большая часть аналоговых записей не содержит того количества информации, которое необходимо было бы хранить в высококачественных форматах. Не стоит забывать, что родной частотой дискретизации для CD является 44,1 кГц, квантование - всего 16 бит.

Предыдущие графики неплохо демонстрируют высокую точность передачи MP3. А ведь для аудиокассеты, магнитной ленты (если, конечно, это не мастер-тейп) характеристики AudioCD недостижимы. Да и для массового студийного оборудования возможность записи аналогового звука, соответствующего AudioCD, появилась относительно недавно. Нет никакого смысла оцифровывать во FLAC (и тем более в WAV) концертную запись или пластинку из доцифровой эпохи, в особенности сделанные с магнитных носителей. Они не содержат тех спектров и того количества информации, которые могут хранить контейнеры без сжатия.

Что изменилось сегодня

Редкий звукорежиссёр делает цифровую мастер-запись (с которой затем производится размножение на физические носители), используя современные технологии на полную катушку. Поэтому шанс того, что 24-битный трек на самом деле всего лишь 16-битный, крайне высок.

Аналоговую высококачественную запись на высококачественном оборудовании сегодня встретить ещё сложнее - если только у фанатов подобного звучания. Таким, например, является Джек Уайт, экс-лидер группы White Stripes. При этом часть его записей относится к вариациям lo-fi, и искать там запредельные звуковые характеристики дорожки становится своеобразным удовольствием для гурманов.

Если представить себе идеальный исходник, то только тренированный слух или прослушивание на качественном аудиооборудовании позволит найти сжатый файл. И уже опираясь на это (и ), стоит сделать следующий вывод:

Необходимым и достаточным для среднеценового оборудования является AAC, в отсутствие которого (и при отсутствии исходников, которые можно кодировать в AAC) - MP3 с постоянным битрейтом 320 кбит/с, созданный при помощи кодека Lame 3.93 (рекомендуемые ключи при декодировании: —cbr -b320 -q0 -k -m s).

Исключение составляют записи, изначально полученные в высоком качестве, скажем, записанные на DVD-Audio, SACD, или записи, изначально собранные в DSD (или аналогичном формате) с высоким битрейтом.

Хотя кое-какие особенности у lossless есть. И о них мы расскажем в следующий раз.

Практически любой пользователь компьютера периодически слушает на нем музыку, которая хранится в электронном виде. Форматов для хранения музыки существует достаточно много, каждый из них был разработан для конкретных задач:

Воспроизведение с CD диска;
Звуковое сопровождение компьютерной игры;
Аудиодорожка в ;
Потоковое воспроизведение через Интернет;
Рингтоны для мобильных телефонов.

Попробуем разобраться в некоторых из них, также как и в …
Основные определения

Битрейт – объем информации, используемый при кодировании для воспроизведения 1 секунды. Чем он выше – тем меньше искажений, и звук максимально соответствует оригиналу.
Lossless – кодирование звука без потерь качества. При конвертировании в lossless-форматы и обратно получаем абсолютно одинаковый звук.
Lossy – форматы сжатия, рассчитанные на то, что человек просто физически не может слышать определенные частоты, которые пропускаются в процессе конвертации. При этом можно значительно сэкономить на объеме дискового пространства.

Audio-CD

Формат, положивший начало эпохе цифрового звука после перехода с виниловых пластинок. Был принят за стандарт в 1979 году компаниями Philips и Sony. В формате audio-CD физически музыка может храниться только на оптическом носителе, при записи на жесткий диск звуковая дорожка должна быть переконвертирована.

Благодаря высочайшему качеству звука и возможности воспроизведения на любом проигрывателе формат остается очень популярным, несмотря на то, что он достаточно устарел.

Flac

Пожалуй, самый распространенный формат для хранения музыки в losseless. По сравнению с остальными кодеками, обеспечивающими сжатие аудио без потерь, flac, разработанный компанией xiph.org , абсолютно бесплатен и дает минимальный размер выходного файла.

Mp3

Самый массовый музыкальный формат, принятый в качестве неофициального стандарта для любого устройства воспроизведения. Его популярность основана на том, что благодаря срезанию неслышимых ухом частот при практически том же качестве звука mp3 файл составляет 30% от оригинального losseless-файла.

Первая звуковая дорожка в mp3-формате появилась еще в 1994 году. Одна из причин популярности – возможность хранения разнообразной дополнительной информации в тегах аудиофайлов и удобство организации музыкальной библиотеки.

Ogg

Новый lossy-формат, увидевший свет в 2002 году как бесплатная альтернатива платным форматам. В отличие от своих предшественником, в частности mp3, допускает возможность многоканального кодирования и хранения многоканального аудио. Получил наибольшее распространение в видеоиграх.

Существует множество различных аудио-форматов. Вы даже не можете себе представить, насколько много аудио-форматов существует. Сейчас мы рассмотрим только наиболее популярные из них, а если вам нужна исчерпывающая информация, то ее вы можете найти в Википедии.

Аудио форматы

Звук - само по себе явление аналоговое. Чтобы его можно было записать в компьютер, его нужно оцифровать. Оцифрованный звук занимает очень и очень много пространства. Поэтому используют специальные алгоритмы кодирования и сжатия данных - кодеки. Кодеки обеспечивают кодирование/декодирование аудио-/видеоданных, а также сжатие/распаковку таких данных. Скачать набор кодеков для Windows:

Тип формата медиафайла (аудио или видео - без разницы) определяется его расширением. Например, у файлов в формате MP3 расширение.mp3. Кодек для этого формата всегда одинаковый - MPEG Layer-З. А вот для формата MP4 кодеки могут быть разными.

Некоторые форматы, например MP4 и FLV, могут содержать в себе как видео-, так и аудиопотоки. Поэтому если вы видите файл с расширением.mp4, то однозначно нельзя сказать, что в нем - только музыка или только видео, или же фильм - аудио и видео. Ведь изначально в таких форматах заложена возможность передачи как аудио, так и видео.

Все мы знаем, что раз информация сжимается, то возможны ее потери. Поэтому все кодеки можно разделить на две группы: с потерей качества и без потери качества. Пусть вас не пугает слово «с потерей» - как правило, кодеки отсекают «лишнюю» информацию, которая не различима для нашего глаза и уха (практически не различима).

К кодекам, обеспечивающим сжатие без потери качества, относят:

FLAC (Free Lossless Audio Codec);
APE (Monkey’s Audio);
ALAC (Apple Lossless Audio Codec).

А вот кодеки с потерей качества:

Если вы - фанат звука, то есть смысл поискать музыку в формате FLAG. Для обычного же бытового прослушивания вполне хватит самого распространенного формата MP3. К тому же, чтобы ощутить всю разницу между форматами MP3 и FLAC, нужно профессиональное оборудование для воспроизведения звука, к сожалению, планшет к такому оборудованию не относится. Поэтому не вижу смысла загружать музыку в формате FLAC на планшет.

Теперь вкратце рассмотрим сами аудио форматы:

WAV - самый первый (или один из первых) аудиоформатов. Используется для хранения несжатых аудиозаписей. Одна минута записи в формате WAV занимает 10 Мб. Обычно в этот формат копируют Audio CD, а потом получившиеся WAV-файлы сжимают МРЗ-кодеком для экономии пространства.
MP3 (MPEG Layer-3) - самый распространенный звуковой формат. Он урезает звук с потерей качества, но вырезается лишь звук, который не слышится человеческим ухом. В результате человек не слышит разницы, а места звук занимает меньше. Основная характеристика этого формата - битрейт (bitrate). Чем выше битрейт, тем лучше качество звука. Несжатый Audio CD имеет битрейт 1411,2 Кбит/с. Максимальное качество звучания в случае с форматом MP3 достигается при битрейте 320 Кбит/с. Все, что ниже 320 Кбит/с, -хуже качеством. Разница между 128 Кбит/с и 320 Кбит/с уже ощущается на слух, поэтому, если есть возможность скачать записи с более высоким битрейтом, сделайте это.
WMA (Windows Media Audio) - формат, разработанный компанией Microsoft для ОС Windows. Компания Microsoft пыталась создать замену для MP3, но, как показало время, у нее ничего не вышло.
OGG - открытый формат, поддерживающий кодирование аудио различными кодеками. Наиболее часто в OGG используется кодек Vorbis. По качеству сжатия формат сопоставим с MP3, но при этом менее распространен с точки зрения поддержки в аудиопроигрывателях и плеерах. Если есть возможность скачать музыку в формате MP3 и OGG, следует выбрать MP3, потому что ваш аудио-проигрыватель может не поддерживать формат OGG.
ААС - запатентованный аудиоформат, обеспечивающий лучшее качество звучания, чем MP3. На данный момент это лучший алгоритм кодирования звука с потерями. Файл этого формата может иметь расширения аас, mp4, m4a, m4b, т4р, т4г.
FLAC - формат сжатия без потерь. Он не вносит изменений в аудиопоток, поэтому закодированный с его помощью звук идентичен оригиналу. Используется для прослушивания звука на звуковых системах высокого уровня.

Видео форматы

Всевозможных форматов и стандартов видеоконтента не меньше, чем аудиоформатов. Начнем с международных стандартов, определяющих кодирование и формат хранения данных медиафайла:

MPEG-1 (Moving Picture Experts Group 1) - это стандарт сжатия видео и аудио. Для видео используется формат Video CD, а для аудио формат MPEG audio layer 3, или сокращенно всем известный формат MP3.
MPEG-2 (Moving Picture Experts Group 2) - этот стандарт используется в DVD и цифровом телевидении DBV. В этом формате снимают видео в различных устройствах для съемки видео.
MPEG-3 (Moving Picture Experts Group 3) - этот стандарт был разработан для телевидения высокой четкости HDTV, теперь стал частью стандарта MPEG-2.
MPEG-4 (Moving Picture Experts Group 4) - этот стандарт используется для сжатия цифрового видео и аудио. Состоит из нескольких стандартов, включает в себя многие возможности MPEG-1 и MPEG-2. В этом стандарте используются различные кодеки: DivX, Xvid, Н.264 (AVC) и другие. Формат MP4 является одной из спецификаций этого стандарта.

Медиафайл (правильнее именно медиафайл, а не видеофайл, поскольку в файле, который мы привыкли считать видеофайлом, есть потоки аудио и видео) имеет две ключевые характеристики: кодек и тип контейнера. Кодек, как мы уже знаем, определяет алгоритм кодирования и сжатия данных. Тип контейнера определяет формат записи с использованием различной информации: видео- и аудиоданные, субтитры и прочая информация, помещенная в контейнер. Примеры кодеков видео - DivX, Xvid, Н.264, Theora. Примеры контейнеров - AVI, QuickTime, 3GP, Ogg, MKV (Matroska).

Наиболее популярные форматы медиафайлов:

3GP - разработан для использования на мобильных телефонах, в ЗС-сетях. Гарантирует мощное сжатие, что позволяет использовать формат на слабых мобильных телефонах.
AVI (Audio/Video Interleaved) - разработка Microsoft, один из самых распространенных в мире форматов. В этом формате можно использовать разные кодеки.
FLV (Flash Video) - создан для передачи видео через Интернет. Самый распространенный формат в Интернете, часто используется на разных видеохостингах, предназначенных для хранения видео. Обеспечивает хорошее качество картинки при низком битрейте.
M2TS - видеофайл формата Blu-Ray.
MKV (Matroska) - контейнер, который может содержать видео, аудио, субтитры и прочее. Этот формат может содержать различные типы субтитров и поддерживает добавление нескольких звуковых дорожек в видео файл.
OGG - бесплатный, открытый формат, разработанный для хранения медиаконтента, закодированного разными кодеками.
ReadMedia - формат, созданный компанией RealNetworks. Используется в основном для трансляции телевидения и потокового видео в Интернете. Низкий битрейт и низкое качество картинки.
MOV - контейнер, разработанный корпорацией Apple для QuickTime. Это формат операционной системы Mac OS X.
MP4 - формат одной из спецификаций стандарта MPEG-4. Может содержать несколько видео- и аудиопотоков, субтитры, анимацию, панорамные изображения.
SWF (Shockwave Flash или Small Web Format) - видеоформат для флеш-анимации, векторной графики, видео и аудио в сети Интернет.
WMV (Windows Media Video) - разработка Microsoft. Попытка создать аналог MP4, которая тоже не увенчалась успехом.
WebM - открытый формат, предложенный корпорацией Google в качестве замены стандарта H.264/MPEG4.

Мы рассмотрим различные форматы звуковых файлов:

WAVE (.wav) - наиболее широко распространенный звуковой формат. Используется в OC Windows для хранения звуковых файлов. В его основе лежит формат RIFF (Resource Interchange File Format), позволяющий сохранять произвольные данные в структурированном виде. Для записи звука используются различные способы сжатия, поскольку звуковые файлы имеют большой объем. Самый простой способ сжатия - импульсно-кодовая модуляция (Pulse Code Modulation, PCM), но он не обеспечивает достаточно хорошего сжатия.

AU (.au,.snd) - формат звуковых файлов, используемый на рабочих станциях фирмы Sun (.au) и в операционной системе NeXT (.snd). Получил широкое распространение в сети Internet, на ранней стадии развития которой играл роль стандартного формата для звуковой информации.

MPEG-3 (.mp3) - формат звуковых файлов, один из наиболее популярных на сегодняшний день. Был разработан для сохранения звуков, отличных от человеческой речи. Используется для оцифровки музыкальных записей. Предшествующие версии формата: MP1 и MP2. При кодировании применяется психоакустическая компрессия, при которой из мелодии удаляются звуки, плохо воспринимаемые человеческим ухом. Ранние версии обеспечивают худшую компрессию, но менее требовательны к ресурсам компьютера при воспроизведении. Характеристики процессора напрямую влияют на качество звучания, - чем слабее процессор, тем больше искажения звука.

MIDI (.mid) - цифровой интерфейс музыкальных инструментов (Musical Instrument Digital Interface). Этот стандарт разработан в начале 80-х годов для электронных музыкальных инструментов и компьютеров. MIDI определяет обмен данными между музыкальными и звуковыми синтезаторами разных производителей. Интерфейс MIDI представляет собой протокол передачи музыкальных нот и мелодий. Но данные MIDI не являются цифровым звуком - это сокращенная форма записи музыки в числовой форме. MIDI-файл представляет собой последовательность команд, которыми записаны действия, например, нажатие клавиши на пианино или поворот регулятора. Эти команды, посылаемые на устройство воспроизведения MIDI-файлов, управляют звучанием, небольшое MIDI-сообщение может вызвать воспроизведение звука или последовательности звуков на музыкальном инструменте или синтезаторе, поэтому MIDI-файлы занимают меньший объём (единица звукового звучания в секунду), чем эквивалентные файлы оцифрованного звука.

MOD (.mod) - музыкальный формат, в нем хранятся образцы оцифрованного звука, которые можно затем использовать как шаблоны для индивидуальных нот. Файлы в этом формате начинаются с набора образцов звука, за которыми следуют ноты и информация о длительности. Каждая нота воспроизводится с помощью одного из приведенных в начале звуковых шаблонов. Такой файл относительно невелик и имеет структуру, базирующуюся на нотах. Это облегчает его редактирование с помощью программ, имитирующих традиционную музыкальную запись. Он, в отличие от MIDI-файла, полностью задает звук, что позволяет воспроизводить его на любой компьютерной платформе.

IFF (.iff) - Interchange File Format – формат, первоначально разработанный для компьютерной платформы Amiga. Сейчас также используется на компакт-дисках в форме CD-I. Его структура очень похожа на структуру формата RIFF.

AIFF (.aiff) - Audio Interchange File Format - формат для обмена звуковыми данными, используется на компьютерных платформах Silicon Graphics и Mac. Во многом напоминает формат Wave, однако в отличие от него позволяет использовать оцифрованный звук и шаблоны. Многие программы способны открывать файлы в этом формате.

RealAudio (.ra, .ram) - формат, разработанный для воспроизведения звука в Internet в реальном времени. Разработан фирмой Real Networks (www.real.com). Получающееся качество в лучшем случае соответствует посредственной аудиокассете, для качественной записи музыкальных произведений использование формата mp3 более предпочтительно.

4.3. MIDI и цифровой звук: достоинства и недостатки

Формат WAVE представляет собой один из многочисленных, но далеко не единственный формат для записи цифрового звука. В отличие от MIDI-данных данные цифрового звука действительно представляют звук, записанный в виде тысяч единиц, называемых квантами (samples). Цифровые данные представляют амплитуду (или громкость) звука в дискретные моменты времени. Звучание цифровых данных не зависит от устройства воспроизведения и поэтому их звучание всегда одинаково. Но за это приходится расплачиваться большими объемами звуковых файлов.

MIDI-данные по отношению к цифровым данным - то же самое, что и векторная графика по отношению к растровым изображениям. То есть MIDI-данные зависят от устройств воспроизведения звука, а цифровые данные не зависят. Так же как вид векторных графических изображений зависит от принтера или экрана монитора, так и звучание MIDI-файлов зависит от MIDI-устройства для воспроизведения этих файлов. Аналогично, звучание мелодии, сыгранной на концертном фортепиано, будет отличаться от звучания этой же мелодии на простом пианино. Цифровые данные, с другой стороны, идентичны и не зависят от системы воспроизведения. Стандарт MIDI в этом смысле аналогичен стандарту PostScript и позволяет управлять инструментами на понятном языке.

По сравнению с цифровым звуком MIDI имеет следующие преимущества:

§ MIDI-файлы занимают меньший объем памяти, и размер этих файлов не влияет на качество звучания. В среднем MIDI-файлы в 200 - 1000 раз меньше цифровых файлов и поэтому занимают малый объем в оперативной памяти, на дисках, и для них не требуется больших ресурсов центрального процессора.

§ В некоторых случаях звучание MIDI-файлов лучше, чем цифровых аудиофайлов. При этом источник звучания MIDI-файлов должен быть высокого качества.

§ Вы можете изменять длину MIDI-файлов, изменяя темп звучания и при этом сохраняя качество и громкость звучания. MIDI-данные можно легко редактировать, даже на уровне отдельных нот. Вы можете манипулировать небольшими сегментами MIDI-композиции (с точностью до миллисекунд), что невозможно в случае цифрового звука.

Основной недостаток MIDI-файла вытекает из его достоинств. Поскольку MIDI-данные не являются сами по себе звуком, то воспроизведение будет настолько точным, насколько устройство воспроизведения MIDI-данных идентично устройству, которое использовалось для создания исходного файла. Даже звук MIDI-инструмента в соответствии со стандартом General MIDI зависит от электронного устройства воспроизведения и используемого при этом метода. MIDI-звук не используют для воспроизведения речи.

Основное преимущество цифрового аудио перед MIDI-звучанием заключается в том, что качество воспроизведения цифрового звука всегда постоянно, и здесь MIDI-звучание уступает цифровому звучанию. Существуют две причины, по которым следует работать с цифровым звуком:

§ более широкий выбор программ и систем, которые поддерживают работу с цифровым звуком;

§ для подготовки и создания цифровых звуковых элементов не требуется знание музыкальной теории, чего не скажешь о MIDI-данных.

Существует множество различных аудио форматов. Наиболее часто используются такие форматы как MP3 (MPEG-2 Audio Layer III) и WAV. Тип формата обычно определяется расширением файла (то, что идет после точки в имени файла.mp3, .wav, .ogg, .wma)

Кодек - это определенный алгоритм кодирования и сжатия данных в аудио-формат. Для некоторых типов файлов кодек однозначно определен. Например в формате mp3 всегда используется кодек MPEG Layer-3, а в формате mp4 могут быть использованы разные кодеки.

Часто понятия кодека и формата используют в одном смысле. Особенно, когда в формате всегда используется один и тот же кодек. Но, иногда, важно различать понятия форматов и кодеков. Для удобства, можно считать, что формат является своего рода контейнером, в котором может быть записан аудио или видео сигнал с помощью определенного кодека.

Некоторые форматы, такие, например, как mp4 или flv могут содержать в себе как аудио, так и видео потоки.

Если вы не знаете, какой программой открыть тот или иной аудио-формат, то советуем воспользоваться нашим аудио-конвертером . Он поддерживает почти все форматы.

Кодеки разделить на два вида, в зависимости от типа сжатия:

Без потери качества звучания (lossless)

Данная группа форматов записывает кодирует звук таким образом, что при раскодировании он может быть в точности восстановлен.

Наиболее популярные форматы кодирующие звук без потери качества:

FLAC (Free Lossless Audio Codec)
APE (Monkey’s Audio)
ALAC (Apple Lossless Audio Codec)

С потерей качества звучания (lossy)

При сжатии с потерями звук модифицируется. Например, из него вырезаются неслышные человеческому уху частоты. Раскодированный файл будет отличаться от оригинального с точки зрения записанной в нем информации, но звучать будет примерно так же.

Популярные форматы с потерей качества:

Подробнее о популярных аудио-форматах

WAV - один из первых аудио-форматов. Обычно используется для хранения несжатых аудио-записей (PCM), идентичных по качеству звука записям на компакт-дисках (audio-CD). В среднем одна минута звука в формате wav занимает около 10 мегабайт. Часто в него копируют аудио-CD, а потом конвертируют в mp3 с помощью аудио конвертора.

MP3 (MPEG Layer-3) - набиолее распространенный в мире звуковой формат. MP3, как и многие другие форматы с потерей качества, урезает звук, который не слышится человеческим ухом, тем самым уменьшая размер файла. На текущий момент mp3 не является лучшим форматом по соотношению размера файла к качеству звучания, но в силу своей распространности и поддерживаемости большинством устройств, многие хранят свои записи именно в нем.

WMA (Windows Media Audio) - формат, принадлежащий компании Microsoft. Изначально данный формат был представлен, как замена MP3, имеющая, по заявлению Microsoft, более высокие характеристики сжатия. Но данный факт был поставлен под сомнения некоторыми независимыми тестами. Так же формат WMA поддерживает защиту данных через DRM.

OGG - открытый формат, поддерживающий кодирование аудио различными кодеками. Наиболее часто в ogg используется кодек Vorbis. По качеству сжатия формат сопоставим с MP3, но при этом менее распространен с точки зрения поддержки в аудио-проигрывателях и плеерах.

AAC - запатентованный аудио-формат, имеющий большие возможности (количество каналов, частоты дискретизации) по сравнению с mp3 и дающий несколько лучшее звучание, при том же размере файла. На данный момент aac является одним из самых качественных алгоритмов кодирования звука с потерями. Формат поддерживается большинством устройств. Файл этого формата может иметь расширения aac, mp4, m4a, m4b, m4p, m4r.

FLAC - популярный формат сжатия без потерь. Он не вносит изменений в аудио-поток и закодированный с его помощью звук идентичен оригиналу. Часто используеется для прослушивания звука на звуковых системах высокого уровня. Имеет огранченную поддержику устройствами и плеерами, поэтому обычно для того, чтобы слушать flac в плеере, его предварительно конвертируют.