Сжатие аудиоинформации без потерь

Сжатие без потерь

Кодеки, сжимающие звук без потерь, стали пользоваться популярностью в мире портативных MP3-плееров сравнительно недавно. Дело в том, что этим кодекам не под силу такие огромные степени сжатия, которыми могут похвастаться кодеки, сжимающие звук с потерями качества. Большие объемы памяти стали широко доступны пользователям MP3-плееров лишь последние года три-четыре – и с приходом больших объемов памяти в MP3-плееры, сжатие музыки без потерь стало популярным. Конечно, те, кто хотел слушать музыку без потерь качества, делали это всегда (например, с помощью Audio CD-проигрывателей), а в наше время все желающие (естественно, при наличии поддержки соответствующих кодеков их плеерами) могут попробовать Lossless-кодеки в действии.

Главное отличие кодеков, сжимающих аудиоданные без потери качества от кодеков, сжимающих с потерями, заключается в том, что кодеки без потери качества не удаляют из аудиопотока информацию, которая при сжатии с потерями может считаться избыточной. Главная задача Lossless-кодека заключается в том, чтобы как можно сильнее сжать исходную звуковую информацию, не потеряв при этом ни единого бита информации.

Ситуация с поддержкой Lossless-кодеков в настоящее время такова, что наиболее широко распространена поддержка кодека ALAC, который имеет непосредственное отношение к фирме Apple и ее плеерам. Остальные же кодеки поддерживаются пока немногими плеерами, иногда для того, чтобы плеер поддерживал кодек, требуется перепрошивка плеера, причем, пожалуй, наиболее известная прошивка для плееров, поддерживающая Lossless-кодеки, RockBox – это альтернативная, а никак не официальная прошивка.

В ходе работы с Lossless-кодеками вам могут встретиться так называемые Cue-файлы или индексные карты файлов. Cue-файлы распространяются, например, вместе с FLAC или APE-файлами, реже – с MP3 и WAV-файлами, которые представляют собой один большой (порядка 300 Мб) файл, в котором хранится целый альбом. Cue-файл – содержит в себе информацию о разбиении большого файла на треки и о названиях этих треков. С отдельными файлами работать удобнее, однако, даже если к вам в руки попадет, скажем, большой FLAC-файл с CUE-файлом, на основе информации, содержащейся в CUE-файле, исходный файл можно разделить на отдельные треки – мы рассмотрим ПО, которое может решить эту задачу.

Начнем описание форматов сжатия данных без потерь с популярного формата FLAC.

FLAC

FLAC (Free Lossless Audio Codec) – это формат сжатия аудиоданных без потерь, который разработала Xiph.Org Foundation. Это абсолютно бесплатный формат, которым могут пользоваться все желающие.

Работа FLAC и других кодеков, сохраняющих аудиоданные без потерь, напоминает работу обычных архиваторов. Однако, за счет специальных алгоритмов эффективность таких кодеков при сжатии аудиоинформации гораздо выше, чем у обычных архиваторов.

Формат FLAC разрабатывался как поточный – информация во FLAC-файле разбита на фреймы (кадры), каждый из которых может быть раскодирован отдельно от других фреймов.

Как правило, FLAC способен сжать исходный файл, например, Audio CD-качества на 40-50%. В итоге битрейт полученной записи оказывается равным порядка 800 Кбит/c.

В формате FLAC предусмотрена возможность сохранения CD-дисков таким образом, что при необходимости можно полностью воссоздать исходный диск – это очень удобно для тех, кто хочет создать цифровые копии своих CD с возможностью последующего восстановления.

Скорость кодирования и декодирования FLAC-файлов неодинакова. Скорость кодирования зависит от уровня сжатия и от скорости системы – на высоких уровнях сжатия она может быть достаточно медленной. Однако раскодирование ведется очень быстро – с ним без труда могут справиться современные MP3-плееры.

За счет возможности бесплатного свободного использования, с FLAC можно работать на базе практически любой современной ОС, все больше MP3-плееров поддерживают этот формат.

Кодирование в формат FLAC

Скачать утилиту для кодирования FLAC-файлов можно на http://flac.sourceforge.net/download.html/. Она включает в себя сам кодек и так называемый Frontend – программную оболочку для кодека. Размер дистрибутива занимает порядка 2,5 Мб. Работа с кодеком проста: вы добавляете интересующие вас файлы в окно программы (рис. 4.1.) с помощью кнопки Add Files (Добавить файлы), настраиваете опции кодирования и нажимаете кнопку Encode (Кодировать) – программа создает FLAC-файл.

Давайте рассмотрим наиболее значимые установки кодека. Для начала остановимся на группе параметров Encoding Options (Параметры кодирования)

Параметр Level (Уровень) отвечает за уровень сжатия данных. Он может изменяться от 0 до 8. Чем больше уровень сжатия, тем, соответственно, меньше готовый файл, но больше время, необходимое для кодирования файлов. На быстрых компьютерах разница между Level 0 и Level 8 при кодировании, скажем, 30-мегабайтного WAV-файла может составить несколько секунд. Размер отличается примерно на 10% от исходного размера файла. Вам стоит поэкспериментировать с этим параметром на вашем ПК – возможно, если вы будете кодировать несколько сотен файлов, вы предпочтете меньший уровень сжатия большей скорости работы.

Параметр Verify (Проверить) предписывает кодеру проверку выходных файлов.

Параметр Add tags (Добавить теги) добавляет в готовый файл теги (например, они могут содержать название композиции, автора и т. д.) – настроить их можно, нажав на кнопку Tag Conf. (Настройка тегов).

Параметр Replaygain (Уровень проигрывания) добавляет в файлы параметр, указывающий на уровень громкости файла. Если установлен параметр Treat input files as one album (Обрабатывать входные файлы как один альбом) – все записи в альбоме будут звучать с одинаковой громкостью.

Группа параметров General Options (Общие параметры) содержит два параметра. Пожалуй, здесь следует отметить параметр OGG-Flac. Если этот параметр сброшен, то FLAC-данные упаковываются в стандартный FLAC-контейнер. Если вы планируете лишь прослушивать полученные FLAC-файлы, этот параметр можно не устанавливать, а если ваши планы на эти файлы более обширны – например, вы планируете редактировать их, использовать их для вставки в видеофильмы, лучше всего включить параметр Ogg-FLAC.

Параметр Output Directory (Выходная директория) содержит путь к директории, где будут содержаться выходные файлы.

В группе параметров Decoding options (Опции декодирования) есть параметр Dec. Through errors (Декодировать несмотря на ошибки) – установите его, если хотите декодировать какой-либо файл даже в том случае, если при декодировании возникают ошибки. Декодирование – процесс обратный кодированию – то есть декодировать вы можете FLAC-файлы, превратив их в WAV-файлы. Для декодирования, естественно, вам придется добавить в окно программы FLAC-файлы.

После того, как все настроено, достаточно нажать на кнопку Encode (Кодировать) для создания FLAC-файлов, либо, если вы хотите декодировать существующие FLAC-файлы – нажмите кнопку Decode (Декодировать).

Помимо вышеописанной, кодировать FLAC могут и другие программы. Например, это уже известная вам ImTOO Audio Encoder – для кодирования в формат FLAC достаточно выбрать его из списка форматов (рис. 4.2.).

Среди доступных настроек кодека можно отметить настройку уровня сжатия, она, как и в обычном кодеке, изменяется от 0 до 8.

Что интересно, программа не поддерживает кодирование из формата FLAC – даже если упаковать FLAC-данные в поддерживаемый программой контейнер OGG, она, на этапе кодирования, сообщит об ошибке. Однако, как вы знаете, декодировать FLAC-файлы можно с помощью вышеописанной программы.

Разбиваем большие файлы на отдельные треки

Выше мы упоминали о том, что вам могут встретиться альбомы различных форматов, закодированные единым файлом с прилагающимся к этому файлу CUE-файлом, содержащим информацию о треках. Удобнее всего для использования разбивать такие файлы на отдельные треки (хотя и связка, например, FLAC+CUE вполне жизнеспособна). Для этого можете воспользоваться программой Cue Splitter. Это абсолютно бесплатная программа, которую можно скачать на http://www.enfis.it/. Размер дистрибутива – чуть больше 1 Мб. Программа (рис. 4.3.) имеет русифицированный интерфейс, вы без труда освоите ее.

Главное, что нужно сделать, разрезая большой файл на части – это открыть файл командой Файл_Открыть CUE, после чего можно сразу же нажимать на кнопку Разрезать, либо сделать это чуть позже, предварительно настроив имена файлов.

WavPack

Бесплатно распространяемый кодек для сжатия аудиоинформации без потерь WavPack был разработан Дэвидом Бриантом (David Bryant) в 1998 году. Файлы, обработанные этим кодеком, имеют расширение .wv, эффективность сжатия колеблется от 30 до 70%. WavPack поддерживает множество форматов аудио, в том числе – многоканальный звук.

Особенность формата заключается в том, что кодек имеет гибридный режим работы. В таком режиме вместо одного файла, содержащего информацию о музыкальной композиции в цифровом виде, создаются два файла – один – файл, содержащий композицию, сжатую с потерями качества (этот файл имеет расширение .wv), а второй – так называемый коррекционный файл (с расширением .wvc). Используя первый файл, музыку можно прослушать, однако, с потерями в качестве, а используя оба файла – восстановить музыкальный файл в исходном виде, то есть – без потери качества. Таким образом, можно использовать один и тот же кодек и для хранения звука в сжатом с потерями виде, и для хранения аудиоматериала исходного качества.

WavPack отличает достаточно высокая скорость кодирования файлов, существует множество программных проигрывателей этого формата, однако, что касается портативных проигрывателей, там он пока представлен довольно слабо. В частности, из достаточно известных и распространенных плееров, поддерживающих его, можно назвать устройства (плееры Apple, iRiver), которые можно прошить уже не раз упоминаемой RockBox.

Кодируем WavPack

Для кодирования WavPack-файлов скачайте WavPack Win32 – утилиту командной строки для кодирования с сайта http://wavpack.com/downloads.html/. Скачиваемый архив имеет небольшой размер – 327 Кб. Для удобства работы можете сразу же скачать архив Frontend-программы с сайта http://members.home.nl/w.speek/wavpack.htm/ - он занимает всего 24 Кб.

Распакуйте оба архива в одну папку (в результате вы должны увидеть что-то похожее на (рис. 4.4.)) и запустите файл WavPack frontend.exe.

На (рис. 4.5.) вы можете видеть главное окно WavPack frontend.

Как это обычно бывает в подобных программах кнопки Add Files (Добавить файлы), Remove (Удалить файл из списка) и Clear (Очистить) служат для работы со списком кодируемых файлов. Как вы знаете, WavPack может работать в двух режимах – в режиме создания файлов, сжатых без потери качества и в гибридном режиме.

Управление сжатием без потери качества отражено на вкладке Lossless. Здесь основной интерес представляет параметр Mode (Режим) – он может принимать значения Very Fast (Очень быстро), Fast (Быстро), Normal (Нормально) и High (Высокий уровень сжатия) – при выборе параметра Very Fast компрессия ведется на максимальной скорости, уровень сжатия при этом уменьшается, соответственно, при установке High скорость падает, но растет уровень сжатия файлов.

Параметр Extra options (Дополнительные опции) позволяет добавлять управлять кодированием с использованием дополнительных команд – для того, чтобы ознакомиться с системой команд кодека WavPack, вы можете воспользоваться файлом документации, который распространяется вместе с кодеком.

Параметр Output direcrory (Выходная директория) задает папку, куда будут помещены выходные файлы. По умолчанию это та же папка, где находятся входные файлы.

Вкладка Hybrid включает в себя параметры для настройки гибридного кодирования (рис. 4.6.).

Здесь основное значение имеет параметр Bitrate (Битрейт) – он имеет тот же смысл, что и в других кодеках. В частности, по умолчанию установлен битрейт в 320 Кбит/c – его можно уменьшить – минимум для WAV-файлов CD-качества находится в районе 200 Кбит/c, диапазон настроек битрейта – 24 – 4800 Кбит/c.

Как вы знаете, особенности гибридного режима WavPack заключаются в том, что он создает два файла – основной – например, с битрейтом 320 Кбит/c, и корректировочный, который содержит все остальные данные о звуке. Основным файлом можно будет пользоваться как обычным сжатым с потерями файлом, а благодаря корректировочному файлу звук может быть воссоздан абсолютно без потерь в первоначальном качестве – например – для того, чтобы записать его на AudioCD.

По умолчанию программа создает лишь основной сжатый с потерями файл, для того, чтобы одновременно создавались оба файла – и основной и корректировочный – включите настройку Create correction file (Создавать корректировочный файл).

Третья вкладка называется Unpack (рис. 4.7.) и предназначена для настройки распаковывания WavPack-файлов в WAV-файлы.

Если вы не хотите распаковывать файлы, а лишь желаете проверить их целостность – установите галочку Verify only (Только проверка).

Для начала кодирования или декодирования WavPack-файлов достаточно выбрать вкладку, которая управляет интересующим вас действием и нажать на кнопку Go.

Monkey’s Audio

Формат Monkey’s Audio еще называют форматом APE – по расширению файла, которое он использует. Этот формат сжимает данные без потери качества. Среди его особенностей производители отмечают эффективность (которая сопоставима с другими кодеками сжатия без потерь), скорость работы, достаточно широкую программную поддержку (например, его поддерживает программный проигрыватель WinAmp), простоту использования, бесплатность, поддержку тегов, доступность исходных кодов.

Официальная версия кодека выпущена для платформы Windows, однако существуют ее порты на другие платформы. Подробности о формате можно узнать на http://www.monkeysaudio.com/.

Кодирование Monkey’s Audio

Для кодирования Monkey’s Audio создана специальная программа, которую можно бесплатно скачать на http://www.monkeysaudio.com/download.html/. Ее размер - около 1,2 Мб. После установки вы получите простую и удобную утилиту для работы с форматом Monkey’s Audio (рис. 4.8.).

Работа с программой предельно проста. Надо добавить файлы в ее окно, воспользовавшись кнопками Add Files (Добавить файлы) или Add Folder (Добавить папку), после чего настроить параметры кодека – с помощью кнопки настройки (вторая слева на панели инструментов). По умолчанию это – Normal (Нормальный), для лучшего уровня сжатия можно установить параметр Insane (Наилучший), для повышения скорости работы кодера за счет уровня сжатия можно установить параметр Fast (Быстрый). После этого достаточно нажать на кнопку Compress (Сжать) – и программа начнет работу. Если кликнуть по черному треугольнику рядом с кнопкой Compress – откроется список действий, среди которых можно отметить параметр Decompress (Разжать) – кодек декодирует APE-файл в WAV-файл, и Convert (Конвертировать) – используйте этот режим работы если вы хотите, например, "пережать" Monkey’s Audio файлы, сжатые в режиме Fast, в режиме Insane.

Среди другого ПО для кодирования Monkey’s Audio можно отметить уже известный вам ImTOO Audio Encoder (рис. 4.9.). Среди доступных в этой программе настроек кодека можно отметить лишь уровень сжатия, количество каналов файла и наличие APE-тегов.

ALAC

Кодек сжатия аудиоданных без потерь ALAC (Apple Lossless Audio Codec), другое название ALE (Apple Lossless Encoder) разработан компанией Apple. Формат был представлен в 2004 году.

По эффективности сжатия ALAC находится на обычном для Lossless-кодеков уровне 40-60%. Файлы этого формата упакованы в стандартный MP4-контейнер и имеют расширение .m4a. Эти файлы, в основном, предназначены для MP3-плееров iPod от Apple, причем, их умеют проигрывать не все плееры.

Формат не поддерживает DRM, однако защита содержимого файлов от несанкционированного использования реализована на уровне контейнера.

Кодирование ALAC

Для кодирования файлов в формат ALAC предлагаю использовать вам утилиту dBpoweramp. Ее пробную версию (функционирующую в течение месяца, полная версия стоит $28) можно скачать на http://www.dbpoweramp.com/.

Программа имеет модульную структуру. Основной модуль, обладающий возможностями кодирования MP3-файлов, имеет размер около 4 Мб. После установки программы вам предложат настроить ее по своему вкусу – это касается как дополнительных модулей программы – например, модуля для записи AudioCD-дисков, так и кодеков (рис. 4.10.).

Окно настройки программы имеет три вкладки. Нас в данном случае интересует вкладка Codecs (Кодеки). В верхней части окна расположена информация об установленных кодеках, в нижней – список кодеков, устанавливаемых по умолчанию. Мы уже установили ALAC-кодек. Для того, чтобы это сделать, нужно было щелкнуть напротив наименования кодека по кнопке Install (Установка), после чего будет загружена Интернет-страничка сайта фирмы-производителя программы со ссылками на файл, необходимый для установки этого кодека (рис. 4.11.).

В данном случае нас интересует кодек m4a Release 5 (файл, доступный по ссылке http://www.dbpoweramp.com/codecs-new/dBpoweramp-Codec-m4a.exe/). Размер этого файла немного превышает мегабайт. Его нужно скачать и установить – нужный кодек будет установлен. Вернее – будут установлены несколько кодеков, так как помимо ALAC данный файл содержит AAC-кодек.

С этой же страницы вы можете скачать кодек m4b Release 1 – это кодек для создания аудиокниг – размер его файла – около 300 Кб.

Теперь настроим параметры работы с конвертером файлов на вкладке Music Converter (Конвертер музыки) (рис. 4.12.).

А именно, здесь нас интересует опция ‘dBpoweramp Batch Convert’ Folder Right Click Menu – она позволяет добавить пункт для пакетной конверсии файлов в меню папок, которое появляется при щелчке по ним правой кнопкой мыши.

Итак, после того, как кодек установлен, программа настроена, можно приступать к кодированию файлов в ALAC. Для этого найдите нужные файлы в Проводнике Windows, выделите их (или выделите папку, содержащую аудиофайлы) и выберите, соответственно, пункт контекстного меню Convert to (Конвертировать в) или dBpoweramp Batch Convert (Пакетная конверсия dBpoweramp). Мы выделили два файла и выбрали команду Convert to (рис. 4.13.).

В появившемся окне, в списке Converting to (Конверсия в) надо выбрать интересующий вас формат (в нашем случае – Apple Lossless), выбрать папку для размещения закодированных файлов (по умолчанию это та же папка, в которой находятся исходные файлы), при необходимости выбрать эффекты (кнопкой Add), которые будут применены к записи и нажать на кнопку Convert (Конвертировать).

Для пакетной конверсии файлов нужно щелкнуть по папке правой кнопкой мыши и выбрать команду Batch Convert. Появится окно (рис. 4.14.) для настройки пакетной конверсии файлов.

Окно выбора файлов для пакетной конверсии очень напоминает Проводник Windows. Выбрав в этом окне нужные файлы и папки достаточно нажать на кнопку Convert (Конвертировать) – появится уже знакомое вам окно для выбора кодеков и запуска конверсии.

Варианты хранения аудиоархивов на ПК

Если вы хотите хранить на ПК музыку без потери качества, то помимо сравнительно новых кодеков (которые поддерживает далеко не все ПО, с которыми возможны проблемы) вы можете воспользоваться очень старым, проверенным временем и поддерживаемым буквально любым ПО для обработки звуков аудиоформатом WAV.

WAV-файлы могут хранить звук, закодированный различным способом, в данном случае имеются в виду WAV-файлы, звук в которых хранится в формате PCM (Pulse Code Modulation) с частотой дискретизации 44,1 кГц, разрядностью 16 бит для двух каналов – то есть речь идет об уже известном вам Audio CD-качестве. Формат PCM – это тот самый формат, в который обычно "разворачиваются" все сжатые форматы хранения аудиоданных, из него же обычно производят кодирование аудиокомпозиций для сохранения в различных сжатых форматах.

Предположим, вы собираетесь сжать большую аудиобиблиотеку (скажем, несколько десятков CD-дисков или несколько гигабайт несжатых WAV-файлов). Как выбрать кодек для этой цели?

Для начала надо решить, хотите вы сжимать с потерями качества или без потерь. Если вас интересует как можно более сильное сжатие, при сохранении приемлемого качества (например, вы собираетесь пользоваться сжатой музыкой в дороге, "залив" ее на MP3-плеер с жестким диском) – это значит, что ваш выбор должен остановиться на одном из форматов с потерями качества. Для выбора подходящего формата проведите такой тест. Для начала определите, какие аудиоформаты поддерживает ваш плеер. Предположим, это будут MP3 и Ogg Vorbis.

Закодируйте несколько ваших любимых композиций, используя формат MP3 с различными битрейтами и формат Ogg Vorbis так же с различными битрейтами, а возможно – и воспользовавшись различными кодеками. После этого прослушайте полученные файлы на вашем плеере и, основываясь на ваших слуховых впечатлениях, решите, что вам больше нравится, что вам больше подходит по размеру и т. д. После того, как устраивающий вас по всем параметрам победитель будет выбран – закодируйте в выбранный формат все, что вас интересует.

Если же вы хотите сохранить музыку без потери качества, то стратегия выбора кодека будет несколько иной. Дело в том, что, как мы уже не раз отмечали, одна и та же музыка, обработанная различными Lossy-кодеками (особенно – на низких битрейтах) звучит немного по-разному. Отсюда и процедура выбора такого кодека, основанная на прослушивании. А Lossless-кодеки в силу своей природы не вносят изменений в качество аудиофайлов – то есть слушать файлы, закодированные, скажем, кодеком FLAC и WavPack и пытаться определить, кто же из них лучше – это затея совершенно бессмысленная – файлы будут звучать одинаково хорошо. А если так – то при выборе Lossless-кодека следует руководствоваться другими критериями. В частности, если вы собираетесь наполнить ваш MP3-плеер качественной Lossless-музыкой – уточните – какие форматы сжатия без потерь поддерживает ваш плеер. Вполне может оказаться, что он их либо не поддерживает (потому как эти форматы пока не настолько популярны, как форматы сжатия с потерями), либо поддерживает лишь какой-то один формат. Собственно говоря, в случае с "одноформатным" MP3-плеером ответ на вопрос "какой кодек взять" написан в характеристиках этого плеера. Если вас очень интересует прослушивание Lossless-аудио, а плеер не поддерживает ни одного формата – поищите в Интернете альтернативную прошивку для плеера, поддерживающую проигрывание Lossless-кодеков.

Кстати, если говорить о Rockbox, то практика показывает, что наилучший кодек для этой ОС – WavPack – с одной стороны, он отлично поддерживается ОС, с другой, обладает меньшим, в сравнении с другими кодеками, временем кодирования.

Если же вы собираетесь кодировать музыку для прослушивания на ПК – поэкспериментируйте с разными кодеками для того, чтобы оценить скорость кодирования – если вы выберете кодек, который быстрее других – ваш выбор будет вполне оправдан.

Выводы

В этой теме мы обсудили основные, используемые в MP3-плеерах, форматы файлов, поговорили о кодировании в те или иные форматы с использованием специального ПО. Если вы освоили работу с ПО, которое вам нужно, не исключено, что у вас появятся еще какие-нибудь нужды. Например, захочется оцифровать коллекцию любимых компакт-дисков или "вытащить" красивую звуковую дорожку из какого-нибудь фильма. Если это так, то следующая тема создана специально для вас.