MP3常用音頻格式詳細(xì)解說

MP3常用音頻格式詳細(xì)解說

一．技術(shù)原理
1.音頻格式
　　數(shù)字化音頻格式的出現(xiàn)，是為了滿足復(fù)制、存儲、傳輸?shù)男枨?。簡單的說，早期的模擬音頻格式，存在著復(fù)制失真和因為介質(zhì)磨損而失效的問題。從CD盤的存儲開始，數(shù)字格式音頻文件開始普及，但又產(chǎn)生了一個問題——存儲體積上的限制，同時CD盤仍然存在磨損的現(xiàn)象，如果保存到硬盤上（相對存儲時間更長），在當(dāng)時存儲介質(zhì)（主要是硬盤）仍然昂貴的情況下，也不是好的解決方法。而互聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)，更產(chǎn)生了遠(yuǎn)距離傳輸文件的要求，在帶寬的制約下，縮小文件體積的需求變得更加強(qiáng)烈，這些都從外部因素上導(dǎo)致了有損壓縮數(shù)字音頻格式產(chǎn)生！

　　而從內(nèi)部因素來說，隨著電腦運(yùn)算、編碼能力的提高、各種聲學(xué)心理模式的進(jìn)步，促進(jìn)了各種有損壓縮數(shù)字音頻格式的層出不窮。如果光從歷史及現(xiàn)在曾經(jīng)涌現(xiàn)出的編碼格式來看，應(yīng)該會列舉出很多，而在MP3機(jī)上使用的音頻格式，我們向大家介紹的主要有如下幾種——MP3（CBR、VBR、ABR）、WMA、ADPCM。

（1）MP3（CBR、VBR、ABR）
　　MP3應(yīng)該算目前使用用戶最多的有損壓縮數(shù)字音頻格式了。它的全稱是MPEG(MPEG：Moving Picture Experts Group) Audio Layer-3，1993年由德國夫朗和費(fèi)研究院和法國湯姆生公司合作發(fā)展成功。

　　剛出現(xiàn)時它的編碼技術(shù)并不完善，它更像一個編碼標(biāo)準(zhǔn)框架，留待人們?nèi)ネ晟?。早期的MP3編碼采用的的是固定編碼率的方式（CBR ），我們?？吹降?28KBPS，就是代表它是以128KBPS固定數(shù)據(jù)速率編碼——你可以提高這個編碼率，最高可以到320KBPS，音質(zhì)會更好，自然，文件的體積會相應(yīng)增大。

　　因為MP3的編碼方式是開放的，你可以在這個標(biāo)準(zhǔn)框架的基礎(chǔ)上自己選擇不同的聲學(xué)原理進(jìn)行壓縮處理，所以，很快由Xing公司推出可變編碼率的壓縮方式（VBR）。它的原理就是利用將一首歌的復(fù)雜部分用高 bitrate 編碼，簡單部分用低 bitrate 編碼，通過這種方式，進(jìn)一步取得質(zhì)量和體積的統(tǒng)一。當(dāng)然，早期的Xing 編碼器的 VBR 算法很差，音質(zhì)與 CBR （固定碼率）相去甚遠(yuǎn)。但是，這種算法指明了一種方向，其他開發(fā)者紛紛推出自己的VBR算法，使得效果一直在改進(jìn)。目前公認(rèn)比較好的首推 LAME，它完美地實現(xiàn)了 VBR 算法，而且它是是完全免費(fèi)的軟件，并且由愛好者組成的開發(fā)團(tuán)隊一直在不斷的發(fā)展完善。

　　而在VBR的基礎(chǔ)上，LAME更加發(fā)展出ABR算法。ABR（Average Bitrate）平均比特率，是VBR的一種插值參數(shù)。LAME針對CBR不佳的文件體積比和VBR生成文件大小不定的特點獨創(chuàng)了這種編碼模式。ABR在指定的文件大小內(nèi)，以每50幀（30幀約1秒）為一段，低頻和不敏感頻率使用相對低的流量，高頻和大動態(tài)表現(xiàn)時使用高流量，可以做為VBR和CBR的一種折衷選擇。

（2）WMA
　　　WMA是Windows Media Audio的縮寫，是微軟力推的數(shù)字音樂格式。微軟官方宣布的資料中稱WMA格式的可保護(hù)性極強(qiáng)，甚至可以限定播放機(jī)器、播放時間及播放次數(shù)，具有相當(dāng)?shù)陌鏅?quán)保護(hù)能力。

?　　應(yīng)該說，WMA的推出，就是針對MP3沒有版權(quán)限制的缺點而來——普通用戶可能很歡迎這種格式，但作為版權(quán)擁有者的唱片公司來說，它們更喜歡難以復(fù)制拷貝的音樂壓縮技術(shù)，而微軟的WMA則照顧到了這些唱片公司的需求，可以預(yù)見，唱片業(yè)可能將全力支持WMA標(biāo)準(zhǔn)。

　　除了版權(quán)保護(hù)外，WMA還在壓縮比上進(jìn)行了深化，它的目標(biāo)是在相同音質(zhì)條件下文件體積可以變的更?。ó?dāng)然，只在MP3低于192KBPS碼率的情況下有效，實際上當(dāng)采用LAME算法壓縮MP3格式時，高于192KBPS時普遍的反映是MP3的音質(zhì)要好于WMA）。

　　不管怎么說，微軟想介入的領(lǐng)域，它總能憑著自己的強(qiáng)大實力和在軟件上的壟斷地位，獲得它想要的東西（盡管技術(shù)上它并不總是最出色）——這場戰(zhàn)爭應(yīng)該是微軟在數(shù)碼音頻格式領(lǐng)域的另一個IE與Netscape的戰(zhàn)爭版本。

　　小結(jié)：因為本文的目的是針對MP3機(jī)上使用的數(shù)碼音頻格式而撰寫的，所以，在播放格式上我只介紹目前MP3上常用的兩種格式：MP3與WMA。如果從數(shù)碼音頻格式的角度來說，除了提到的這兩個格式外，還有很多其他的格式：RA、MIDI、VQF、ATRAC、ATRAC3、Vorbis、AIF/AIFF、MP3PRO、Ogg、Dolby?Pro Logic?、Dolby Digital 5.1、Qdesign QDX、ATRAC3、VoiceAge等等。

　　其實隨著電腦運(yùn)算能力的增強(qiáng)、聲學(xué)原理認(rèn)識的進(jìn)步、壓縮技術(shù)的發(fā)展，還會涌現(xiàn)出更多的數(shù)字壓縮音頻格式——相比前面提到的MP3、WMA，它們或者從壓縮比上下工夫、或者從版權(quán)保護(hù)上下工夫（有正反的取舍，有的要，有的不要）、或者從音質(zhì)上下工夫。

　　但是，請注意：格式的技術(shù)先進(jìn)并不代表市場！

　　一種格式的流行，乃至成為一種使用數(shù)量上的標(biāo)準(zhǔn)，除了技術(shù)因素外，還取決于其他的因素。就我個人的看法，先入為主的影響是很大的，以MP3來說，正因為目前它在用戶規(guī)模上是最大的，所以盡管它的壓縮比、音質(zhì)、版權(quán)保護(hù)方面都存在缺點，但是用戶很容易形成一種慣性——獲得MP3文件越容易，越多用戶加入這個行列；反過來促進(jìn)越多文件采用這種格式存儲——這就形成了一個正向循環(huán)，加上因為更多的播放軟件支持MP3、更多的第三方開發(fā)更先進(jìn)的編碼算法，這些都推動MP3在自身格式上的進(jìn)步，又導(dǎo)致用戶使用上的更加普及（正如我上面提到的那么多種格式，讀者不說曾經(jīng)使用過或了解，有些格式的名稱大家是否聽過都是疑問）。
所以，短期內(nèi)我個人還是看好MP3格式的發(fā)展——除了上面提到的非技術(shù)因素外，隨著存儲介質(zhì)容量和網(wǎng)絡(luò)帶寬的進(jìn)一步增大，壓縮比或許正變得不那么重要了（我現(xiàn)在敢大膽的使用高于192KBPS碼率壓縮自己的CD，遇到經(jīng)典的，我甚至直接使用320KBPS，原因無它，我的電腦硬盤是40G，而這個配置還在逐漸落伍）；版權(quán)保護(hù)也是雙刃劍，對廠商而言是好事，對用戶則是排斥的心理。

　　因此，在本章節(jié)的最后，我并不做MP3、WMA格式與其他格式的對比，僅以這兩個目前在MP3機(jī)上使用最頻繁的格式來做一番對比。

　　從壓縮比角度來說，在低于192KBPS的條件下，WMA可以在同樣音質(zhì)條件下獲得比MP3文件更小的體積——甚至一半。
所以如果你的MP3容量并不大，而且你并不追求音質(zhì)的更完美（特別當(dāng)你的用途是聽一些英語教材、相聲、評書類不要求音質(zhì)、回放效果的時候），假如你的MP3機(jī)支持WMA格式的播放，那么恭喜你——你的MP3機(jī)容量可以變相的增大一倍。
反過來，如果你的MP3容量有夠大（目前的主流應(yīng)該是往128M發(fā)展），而且又注重音質(zhì)感受，那么強(qiáng)烈建議你使用LAME壓縮算法平均192KBPS以上碼率壓縮，你會發(fā)現(xiàn)，和你往常使用的128KBPS碼率文件相比，會獲得不同的感受（當(dāng)然，還和MP3機(jī)的音質(zhì)處理效果、耳機(jī)的選擇相關(guān)）。

　　這些是從我個人使用中獲得的感受，你可以參考。但是更重要的是自己去嘗試——因為MP3機(jī)正越來越往多檔次方向發(fā)展——高、中、低端的MP3日趨細(xì)分：質(zhì)量、功能、價格上都如是，只有配合自己的具體機(jī)型，通過實踐，才能找到適合自己的格式及編碼率。

（3）ADPCM格式
這個格式常用在MP3機(jī)的錄音方面。我們常看到某款具有錄音功能的MP3機(jī)在參數(shù)介紹上會標(biāo)注“支持MP3,WMA,ADPCM格式”。
它其實也是一種編碼格式，但針對的是文件體積的更小——自然音質(zhì)上就沒有什么優(yōu)秀可言了。比如作為采訪時的錄音，32M的閃存，用這種格式錄制，可以存儲大約2個小時的錄音。從音質(zhì)和文件大小的統(tǒng)一性來說，應(yīng)該是目前一個好的解決方案。
除了外錄（采訪、課堂錄音）外，還有的MP3機(jī)使用這種格式進(jìn)行對CD、磁帶機(jī)的直接錄制?？上攵?，這樣的源文件你還是以英語讀物、相聲類的為主，如果你想要錄制音樂類的，勸你還是放棄，這種格式錄制出來的效果用來聽音樂只能用慘不能睹來形容。
小結(jié)：錄音格式上，目前除了繼續(xù)采用ADPCM格式外，越來越多的MP3機(jī)開始支持直接用MP3、WMA編碼（特別在直接錄制上）。但是這里要提出的一點是，MP3機(jī)的DSP在運(yùn)算能力上比起電腦的CPU配合專門的編碼軟件還是差距太大，所以目前的產(chǎn)品里，我個人是不推薦用這種機(jī)器來直接錄制音樂類文件，但相信隨著集成電路的不斷發(fā)展，這個功能會不斷進(jìn)步，最終將出現(xiàn)滿足要求的直接錄制產(chǎn)品——正如電腦上的部件發(fā)展一樣，軟件和硬件的互相促進(jìn)、互相融合，終將帶來合乎要求的產(chǎn)品。