真的無損嗎？聊聊無損音樂和有損音樂
隨著數碼時代的來臨，黑膠、磁帶都已經塵封了，數字信號比模擬信號優越已成為共識。但是，作為數字音樂文件格式的標準，WAV格式容量過大，使用起來很不方便。因此，一般情況下我們需要把它進行壓縮為MP3、WMA、FLAC等格式。同時，網上流媒體音樂的盛行，也讓音頻壓縮面臨更多的挑戰。 hdav.com.cn
那么，怎么樣去辨別什么是無損音樂，什么是有損壓縮過的音樂呢?這兩者之間又有什么區別呢?那就讓“影音新生活”先從聲音的采集為大家講起……
轉自www.laowoniu.com
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聲音的采集 http://www.jokopic.com/play-hometheater/4430.html
聲音信息以數字的方式存放在計算機及其相關設備里，而自然界的聲音信息則是模擬信號。 www.jokopic.com
計算機里的數字信號是通過“采樣”、“量化”得來的，這里引用一個著名的奈奎斯特采樣定理：當采樣頻率不低于聲音信號的最高頻率的兩倍時，采樣得到的數字音頻就能高保真地記錄和還原原來的模擬聲音，當然“高保真”也是相對而言的。一般人耳能感受到的音頻信號頻率范圍大約在20Hz-20KHz之間，根據采樣理論，如果采樣頻率大于40KHz，那么數字化后得到的數字音頻就可以高保真的記錄模擬音頻。 http://www.jokopic.com/play-hometheater/1764.html
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數字音頻的組成
通過了解聲音的采集過程，我們知道數字音頻是由采樣頻率、采樣精度、聲音通道數三個部分組成的，其中：
采樣頻率：既采樣率，指記錄聲音時每秒的采樣個數，它用赫茲(Hz)來表示。
采樣精度：指記錄聲音的動態范圍，它以位(Bit)為單位。
聲音通道：既聲道數(1-8個)。
通俗點說，我們可以把聲波看成是一條曲線，我們知道，曲線是由點組成的，采樣率就是每秒長度(上圖橫軸)中點的個數。而采樣精度就是動態范圍(上圖豎軸)中點的個數。這兩個維度的定位越細，聲音的真實還原度就越高，音質也就會更好，當然，音頻文件也就會越大。SONY最新發布的音頻格式Hi-Res Audio就是192kHz/24bit，6通道錄制的音頻文件，無損格式的大小一般會在200多兆。
采樣率根據使用類型不同大概有以下幾種：
8khz：電話等使用，對于記錄人聲已經足夠使用。
22.05khz：廣播使用頻率。
44.1khz：音頻CD。
48khz：DVD、數字電視中使用。
96khz-192khz：DVD-Audio、藍光高清等使用。
采樣精度常用范圍為8bit-32bit，而CD中一般都使用16bit。
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音頻的壓縮
了解到聲音的采集和數字音頻的組成之后，還不足以讓我們明白無損音樂和有損音樂的差別。這時，我們還需要了解音頻文件的壓縮方式。目前我們常用的音頻格式，大部分都是基于音頻CD(采樣率44.1khz、采樣精度16bit，2通道)的原始文件“WAV”文件而來的。原始收錄的聲音數據保存在一個數組里面，這個數組就是PCM格式，而WAV格式，則是微軟公司開發的一種編碼格式，它的作用是將PCM格式的數據通過編碼播放出來。
由于WAV內的數據基本上完整的還原了PCM數據，而其他的無損、MP3、AAC等其他編碼格式基本也都是基于WAV文件再壓縮而成。所以，我們可以簡單的認為，WAV是原始音頻格式，其他音頻格式是壓縮格式。
說到壓縮，就離不開存儲和傳輸，壓縮的目的就是為了更好的存儲和傳輸，所以在說壓縮之前，需要我們對計算機的基本單位有一些了解。
我們都知道，計算機是二進制數制，計算機存儲的文件都是由0和1兩個數字組成。所以，計算機的傳輸就以每一個數字為單位，每一個數字稱為1“位(bit)”，比如說，一段音頻，他的基礎數據是“0,1,1,1,0,1,1,0”，而傳輸的時候，就是將這些數字一個個的傳輸過去。上面說的采樣精度就是這個單位。而計算機的存儲單位是“字節(Byte)”，在計算機中，1個字節由8個位組成，也就是說8b(bit)=1B(Byte)。在計算機語言中，數據存儲是以10進制表示，數據傳輸是以2進制表示，所以1KB=1024B=1024×8b。這也是造成我們看到的硬盤容量跟實際容量不符的部分原因。
返回來再說音頻壓縮。音頻的比特率是指每秒傳送的比特(bit)數，單位為bps(Bit Per Second)，比特率越高，傳送數據速度越快。聲音中的比特率是指將數字聲音由模擬格式轉化成數字格式的采樣率，采樣率越高，還原后的音質就越好。但比特率本身并不對文件的質量有直接影響，例如我們把128kb的文件作為源文件，即使轉換成320kb的文件，其音質依然不會比128kb好。視頻中的比特率(碼率)原理與聲音中的相同，都是指由模擬信號轉換為數字信號的采樣率。
CBR和VBR
我們在壓縮MP3的時候經常會看到CBR、VBR兩種方式。其中CBR就是Constants Bit Rate，恒定比特率;VBR就是Variable Bit Rate，動態比特率。傳統的CBR約定死了MP3的采樣率為固定值，一首MP3從頭至尾為某固定值如128KBit/s進行壓縮。而VBR則采取了一種全新的，全程動態調節技術的壓縮方法。
當在低音段時，VBR會自動采用較低的比特率如32KBit/s對音質進行壓縮;當在高音段時會用較高的比特率如224KBit/s對音質進行壓縮;當在級高端時則采用最高320KBit/s進行壓縮。VBR這種在控制文件大小的情況下，最大限度的提高了MP3的音質。
有損格式和無損格式
我們再來說有損格式和無損格式。簡單來說，有損壓縮就是通過刪除一些已有數據中不太重要的數據來達到壓縮目的;無損壓縮就是通過優化排列方式來達到壓縮目的。大概可以這樣去看：有損壓縮就像我們在一篇文章中刪除一些不重要的助詞，達到目的，解壓縮后，已刪除的內容無法恢復;而無損則是通過排版方式達到的，解壓縮之后，還能獲得完整的WAV數據，就像是我們常用的winzip和WinRAR那樣。
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在無損格式中，目前比較常用的有APE(Monkey's audio)、FLAC(Free Lossless Audio Codec)兩種。前者擁有更小的比特率，后者則更容易傳播，其區別就是，FLAC可以在傳播中斷后，已傳播的數據就可以直接使用。比如我們下載一首APE格式的音樂，必須等全部數據下載完成后，才能播放;而FLAC則不同，你只下載了1/3，就能先播放這1/3的內容。
WAV文件也是一種編碼格式，標準WAV文件的比特率是1411kb，而無損壓縮則根據源文件的內容不同，大概是900-1000左右。
有損壓縮的特性
上文我們說到，有損音頻相較于無損音頻來說，損失了一部分信息。那么，損失了什么信息?為什么要損失這部分信息呢?這就還需要我們了解有損壓縮當中的特性。
音頻有損壓縮的原理基本上都是利用人耳聽覺的心理聲學特性(頻譜掩蔽特性和時間掩蔽特性等)以及人耳對信號幅度、頻率、時間的有限分辨能力，編碼時凡是人耳感覺不到的頻率不編碼、不傳送，即凡是對人耳辨別聲音信號的強度、聲調、方位沒有貢獻的部分(稱為不相關部分或無關部分)都不編碼和傳送。對感覺不到的部分進行編碼時，允許有較大的量化失真、并使其處于聽閾(即人耳所能聽到的最低音量)以下，人耳仍然感覺不到。所以任何有損格式，碼率當然都是越高越好，碼率高，不僅波形失真小，而且頻率的衰減也小。
對于一般人來說，無損音樂和有損壓縮過的音樂單靠耳朵是聽不出其中區別的，但是用好的音響或者耳機播放出來的時候，就絕對可以聽出來。而作為音樂愛好者，他們對聆聽音樂，往往不僅追求生理上的聽覺享受，而且對音樂本身的完整性也有非常高的要求，故而一般均選擇無損格式的音樂和優秀的播放設備。
這里還有一個非常有趣的話題：64kb的AAC(蘋果公司使用的音頻格式)音質與128kb的MP3音質差不多，但只是MP3一半的大小。(AAC其實與MP3來源于同一個標準MPEG，AAC在誕生之初就是作為MP3的繼任者出現的)包括微軟的WMA大小也相對較小，但是為什么當前主流音頻格式還是MP3呢?關于這個問題，大概有以下幾種：
1、MP3是最早一種在互聯網上流行的音頻編碼標準，人們的行為習慣以及全網支持解碼使它更具優勢。
2、不同的編碼方式在不同的碼率優勢不同，在192kb-224kb這個范圍內，MP3格式的音質還是有優勢的。
3、從Napster開始的MP3免費下載網站，到各大隨身聽播放器的支持，使得MP3被廣泛傳播，后續的AAC格式沒有遇上如此大規模的傳播機遇，從而導致十多年都沒有主流化。
結語：其實，所謂絕對無損實際上是不存在的。因為電腦文件不管是音頻還是圖片或者是視頻，都是由點構成的。圖片最小單位是像素，視頻通常每秒是24幀。同樣的，音頻格式也是有許多聲音信息點組成，之所以聽起來很連貫，是因為記錄點的密集程度超過了人耳能分辨的程度。
就像我們能很清楚的分辨出1080P比720P的圖像看上去更清晰，就是因為1080P的影片的像素更多，精度更高。當然，現在還有4K電視，擁有更精細的圖像。與之同理，聲音的采樣精度越高，聲音質量也就越高。
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