Что такое Lossless (кодеки сжатия без потерь)

Lossless (кодеки сжатия без потерь)

Сжатие без потерь — это технология компрессирования звуковых файлов без потерь, в результате которой сжатый файл при декодировании восстанавливается полностью бит-в-бит идентично оригинальному несжатому звуковому файлу.

Грубо говоря, эта технология подобна сжатию звукового файла архиваторами типа ZIP или RAR.

Но существует большая разница между сжатием файла архиваторами ZIP/RAR и сжатием звукового файла кодеками без потерь. Кодеки специально подстроены и изначально создавались под работу только с аудио, поэтому они «знают» как работать с особенностями звуковых файлов и обладают специальными алгоритмами, позволяющие им сжимать звук намного лучше, чем это сделали бы обычные программы-архиваторы.

Сжатие без потерь сохраняет всю информацию оригинального звукового файла; аудио сжатое без потерь будет иметь неизбежно больший размер на диске по сравнению с аудио, сжатым с потерями. Однако, несмотря на такое неудобство, сжатый без потерь звук приобретает возможность транскодирования в другие форматы без потерь, причем абсолютно без потерь.

Популярные кодеры без потерь:

• Аудио-кодек Apple Lossless (ALAC)
• Аудио-кодек FLAC
• Аудио-кодек APE (APE)
• Аудио-кодек WavPack

Аудио-кодек Apple Lossless

Apple Lossless (также известен как Apple Lossless Encoder, ALE, или Apple Lossless Audio Codec, ALAC) — это кодер сжатия аудио без потерь, разработанный компанией Apple Computer.

Apple Lossless хранит данные в контейнерах MP4 или MOV в файлах с расширением .m4a или .mov. Этот кодер не вариант AAC, но совершенно новая разработка. Apple iPod c dock connector и последней прошивкой может воспроизводить файлы, закодированные с помощью Apple Lossless. ALAC не использует никаких схем защиты авторского контента DRM, но подобные схемы может использовать контейнер, то есть DRM может применяться к ALAC также, как и к другим файлам в контейнерах QuickTime.

Apple утверждает, что файлы, сжатые этим кодером освободят «около половины своего оригинального занимаемого места».

Впервые кодер Apple Lossless был представлен публике в качестве компонента QuickTime 6.5.1 28-го апреля 2004 года и как часть Apple iTunes 4.5. Этот кодек также использовался в AirPort Express's AirTunes.

Поддерживается такими программами как Apple iTunes, QuickTime, dbPowerAMP, Foobar2000, XMplay.

Аудио-кодек FLAC

FLAC — это аббревиатура от Free Lossless Audio Codec (свободный аудио кодек сжатия без потерь). Грубо говоря, FLAC подобен MP3, но является кодером сжатия без потерь, т.е. сжатые этим кодером файлы в качестве ничего не теряют. Система подобна тому, как работает архиватор Zip, за исключением того, что с FLAC вы получите гораздо большую степень сжатия, поскольку кодер создан специально для сжатия аудио.


Основные аспекты формата FLAC:

FLAC свободно распространяемый кодер, имеющий поддержку на большинстве операционных систем, включая Windows, UNIX (Linux, *BSD, Solaris, OS X, IRIX), BeOS, OS/2, и Amiga.

Проект FLAC включает в себя:

• потоковый формат
• референсные кодер и декодер в виде библиотеки
• flac — программа с управлением из командной строки для кодирования/декодирования файлов FLAC
• metaflac — программа с управлением из командной строки для редактирования метаданных файлов FLAC
• input-плагины для различных аудиоплееров

Когда мы говорим, что FLAC «свободный формат», то это значит нечто больше, чем просто отсутствие необходимости платить за его использование. Спецификация формата полностью открыта для всех людей и может использоваться для любых целей (проект FLAC оставляет за собой право устанавливать спецификацию), а сам формат и методы кодирования/декодирования не попадают ни под один известный патент. Свободный FLAC принимает лицензию Open Source, соответственно вы можете скачать его исходные коды. FLAC первый реально открытый и свободный формат сжатия аудиоданных без потерь.

FLAC-файлы также могут быть размещены внутри контейнера Ogg при помощи libOggFLAC и libOggFLAC++.


Характеристики:

• Без потерь: при кодировании аудиоданных (PCM) не допускаются никакие потери, то есть декодированное аудио идентично бит-в-бит оригиналу. Каждый фрейм данных содержит 16-битный CRC для детектирования ошибок при передаче. Целостность аудиоданных в дальнейшем также страхуется записью в заголовок файла MD5-сигнатуры, вычисленной на основе оригинальных некодированных аудиоданных, которую потом при декодировании или тестировании можно сравнить.
• Скорость: FLAC декодирует только при помощи целочисленных алгоритмов, что гораздо менее ресурсоемко по сравнению с другими кодерами. Декодирование в реальном времени возможно даже на весьма «скромном» оборудовании.
• Аппаратная поддержка: поскольку FLAC открытый формат и обладает весьма скромными запросами по части декодирования, то он на данный момент единственный кодер без потерь, у которого есть аппаратная поддержка.
• Поточность: каждый фрейм в файлах FLAC полностью содержит всю необходимую информацию для декодирования. FLAC не будет ссылаться на предыдущий или последующий фрейм; FLAC использует коды синхронизации и CRC (подобно MPEG), которые позволяют декодеру перейти на середину потока с минимальной задержкой.
• Поиск: FLAC поддерживает быстрый сэмпло-аккуратный (sample-accurate) поиск. Эта характеристика полезна не только для воспроизведения, но и для разного рода программ-редакторов.
• Гибкость метаданных: новые блоки метаданных могут быть определены и добавлены в следующих версиях кодера без какого-либо нарушения для старых версий декодеров. На данный момент существуют типы метаданных для тегов, cue sheets, таблиц поиска. Сторонние приложения могут записывать собственный тип метаданных APPLICATION, зарегистрировав свой идентификатор.

Плюсы кодека FLAC:

• Перенес на многие системы
• Open Source и свободная лицензия
• Аппаратная поддержка (PhatBox, Kenwood MusicKeg, Rio Karma, и т.п. См. ниже)
• Потоковая поддержка
• Очень быстрое декодирование
• Многоканальная поддержка и высокая разрешающая способность потоков
• Поддержка ReplayGain
• Поддежка cue-sheet (с небольшими ограничениями)
• Широкое распространие в качестве наследника формата Shorten

Минусы кодека FLAC:

• Эффективность сжатия немногим меньше, чем у других популярных кодеров (MonkeyAudio, OptimFROG)
• Режим максимальной компрессии достаточно медленен

Аудио-кодек APE

Monkey's Audio (APE) это бесплатный формат сжатия звука без потерь с высококонкурентным алгоритмом сжатия, в основном используемый пользователями платформы Windows. Хотя программное обеспечение доступно и для операционной системы Linux, Monkey's Audio на этой платформе не популярен. Monkey's Audio страдает от низкой скорости декодирования, что видно из сравнений с другими кодеками сжатия без потерь.

Monkey's Audio использует комбинацию традиционных тактик сжатия без потерь — linear_prediction, channel_coupling) и Neural_network. Для сохранения выходных значений на шаге предугадывания, кодер использует модифицированное Range_coding.

Monkey's Audio's главный конкурент формату FLAC, у которого больше функций (например, потоковая поддержка) и аппаратная поддержка, хотя у APE больше эффективность сжатия.

Monkey's Audio выпускается под собственной лицензией, по которой, после запроса к автору, можно работать с исходным кодом кодека.

Аудио-кодек WavPack

WavPack («wave-pack») позволяет сжимать аудиоданные PCM, включая целочисленные 8, 16, и 24-битные; 32-битные с плавающей точкой; моно, стерео и многоканальные данные; частота дискредитации от 6 до 192 kHz. Как и в других схемах сжатия без потерь, эффективность сжатия зависит от источника, но обычно она варьируется между 25% и 50% для обычной популярной музыки, а для классической музыки и других композиций с бОльшим динамическим диапазоном эффективность может быть выше.

У WavPack есть уникальный гибридный («hybrid») режим, в котором сочетаются все прелести сжатия без потерь и новые, оригинальные возможности. Этот режим создает не один файл, а два — выскокачественный, относительно небольшой по размеру файл сжатый с потерями, который можно слушать отдельно, и так называемый «коррекционный» файл, который в комбинации с файлом, сжатым с потерями, позволяет получить качество без потерь. Это значит, что для некоторых пользователей полностью отпадает проблема выбора между сжатием с потерями и без!

Характеристики:

• Быстрое и эффективное кодирование и декодирование
• Open source под лицензией BSDish
• Мультиплатформенность
• Аппаратная поддержка
• Устойчивость к ошибкам
• Потоковая поддержка
• Поддержка многоконального аудио и высокие разрешения
• Режим Hybrid/lossy
• Поддержка тегов (ID3v1, APE)
• Поддержка RIFF chunks
• Поддержка внедренных CUE sheets
• Включение MD5 быстрого внутреннего контроля
• Способность создавать самораспаковывающиеся файлы на платформе Win32
• Совместимость с ReplayGain