音频编码格式

音频编码格式是指要在计算机内播放或是处理音频文件，是对声音文件进行数、模转换的过程。

• PCM编码
  PCM 脉冲编码调制是Pulse Code Modulation的缩写。是目前计算机应用中最高保真水平的音频编码格式。PCM音频数据是未经压缩的音频采样数据裸流，它是由模拟信号经过采样、量化、编码转换成的标准的数字音频数据。PCM约定俗成了无损编码，能做到最大程度的无限接近绝对保真。被广泛用于素材保存及音乐欣赏，CD、DVD以及我们常见的WAV文件中均有应用，优点是音质好，缺点是体积大。

• WAV格式
  WAV为微软公司（Microsoft）开发的一种声音文件格式，它符合RIFF文件规范，用于保存Windows平台的音频信息资源，被Windows平台及其应用程序所广泛支持，在声音文件质量和CD相差无几。WAV打开工具是WINDOWS的媒体播放器。尽管音质出色，但在压缩后的文件体积过大！相对其他音频格式而言是一个缺点。WAV是最接近无损的音乐格式，所以文件大小相对也比较大。

  WAV特点
  WAV音频格式的优点包括：简单的编/解码（几乎直接存储来自模/数转换器（ADC）的信号）、普遍的认同/支持以及无损耗存储。WAV格式的主要缺点是需要音频存储空间。对于小的存储限制或小带宽应用而言，这可能是一个重要的问题。常见的WAV文件使用PCM无压缩编码，这使WAV文件的质量极高，体积也出奇大。适用于：多媒体开发、保存音乐和音效素材。

• MP3编码
  MPEG-1 or MPEG-2 Audio Layer III是一种音频压缩技术，其全称是动态影像专家压缩标准音频层面3（Moving Picture Experts Group Audio Layer III），简称为MP3，是目前最流行的音频编码格式。1993年由德国Fraunhofer IIS研究院和汤姆生公司合作发展成功。

  MP3文件是由帧（frame）构成的，帧是MP3文件最小的组成单位。MPEG音频文件是MPEG1标准中的声音部分，也叫MPEG音频层，它根据压缩质量和编码复杂程度划分为三层，即 Layer-1、Layer2、Layer3，且分别对应MP1、MP2、MP3这三种声音文件，并根据不同的用途，使用不同层次的编码。MPEG音频编码的层次越高，编码器越复杂，压缩率也越高，MP1和MP2的压缩率分别为4:1和6:1-8:1，而MP3的压缩率则高达10:1-12:1，也就是说，一分钟CD音质的音乐，未经压缩需要10MB的存储空间，而经过MP3压缩编码后只有1MB左右。不过MP3对音频信号采用的是有损压缩方式，为了降低声音失真度，MP3采取了“感官编码技术”，即编码时先对音频文件进行频谱分析，然后用过滤器滤掉噪音电平，接着通过量化的方式将剩下的每一位打散排列，最后形成具有较高压缩比的MP3文件，并使压缩后的文件在回放时能够达到比较接近原音源的声音效果。根据MPEG规范的说法，MPEG-4中的AAC（Advanced audio coding）将是MP3格式的下一代。

• AAC编码
  AAC是高级音频编码（Advanced Audio Coding）的缩写，出现于1997年，最初是基于MPEG-2的音频编码技术。由Fraunhofer IIS、Dolby Laboratories、AT&T、Sony等公司共同开发，目的是取代MP3格式。2000年，MPEG-4标准出台，AAC重新集成了其它技术（PS，SBR），为区别于传统的MPEG-2 AAC，故含有SBR或PS特性的AAC又称为MPEG-4 AAC。

  AAC是新一代的音频有损压缩技术，它通过一些附加的编码技术（比如PS，SBR等），衍生出了LC-AAC，HE-AAC，HE-AACv2三种主要的编码，LC-AAC就是比较传统的AAC，相对而言，主要用于中高码率(>=80Kbps)，HE-AAC(相当于AAC+SBR)主要用于中低码率(<=80Kbps)，而新近推出的HE-AACv2(相当于AAC+SBR+PS)主要用于低码率(<=48Kbps）,事实上大部分编码器设成<=48Kbps自动启用PS技术，而>48Kbps就不加PS，就相当于普通的HE-AAC。

  AAC扩展名

1. AAC—使用MPEG-2 Audio Transport Stream( ADTS，参见MPEG-2 )容器，区别于使用MPEG-4容器的MP4/M4A格式，属于传统的AAC编码（FAAC默认的封装，但FAAC亦可输出 MPEG-4 封装的AAC）
2. MP4—使用了MPEG-4 Part 14的简化版即3GPP Media Release 6 Basic (3gp6，参见3GP ) 进行封装的AAC编码（Nero AAC 编码器仅能输出MPEG-4封装的AAC）；
3. M4A - 为了区别纯音频MP4文件和包含视频的MP4文件而由苹果(Apple)公司使用的扩展名，Apple iTunes 对纯音频MP4文件采用了".M4A"命名。M4A的本质和音频MP4相同，故音频MP4文件亦可直接更改扩展名为M4A。

AAC特点
4. AAC是一种高压缩比的音频压缩算法，但它的压缩比要远超过较老的音频压缩算法，如AC-3、MP3等。并且其质量可以同未压缩的CD音质相媲美。
5. 同其他类似的音频编码算法一样，AAC也是采用了变换编码算法，但AAC使用了分辨率更高的滤波器组，因此它可以达到更高的压缩比。
6. AAC使用了临时噪声重整、后向自适应线性预测、联合立体声技术和量化哈夫曼编码等技术，这些技术的使用都使压缩比得到进一步的提高。（压缩比通常为18:1）
7. AAC支持更多种采样率和比特率、支持1个到48个音轨、支持多达15个低频音轨、具有多种语言的兼容能力、还有多达15个内嵌数据流。
8. AAC支持更宽的声音频率范围，最高可达到96kHz，最低可达8KHz，远宽于MP3的16KHz-48kHz的范围。
9. 不同于MP3及WMA，AAC几乎不损失声音频率中的甚高、甚低频率成分，并且比WMA在频谱结构上更接近于原始音频，因而声音的保真度更好。
10. AAC采用优化的算法达到了更高的解码效率，解码时只需较少的处理能力。
11. 不足：属于有损压缩，与APE、FLAC等无损格式相比，音质有“本质上”差距，同时USB3.0和大容量存储空间等技术的普及，AAC的优势不明显。

• WMA（Windows Media Audio）
  是微软公司推出的与MP3格式齐名的一种新的音频格式。由于WMA在压缩比和音质方面都超过了MP3，更是远胜于RA(Real Audio)，即使在较低的采样频率下也能产生较好的音质。一般使用Windows Media Audio编码格式的文件以WMA作为扩展名，一些使用Windows Media Audio编码格式编码其所有内容的纯音频ASF文件也使用WMA作为扩展名。WMA支持防复制功能，她支持通过Windows Media Rights Manager 加入保护，可以限制播放时间和播放次数甚至于播放的机器等等。WMA支持流技术，即一边读一边播放，因此WMA可以很轻松的实现在线广播。

  WMA格式是以减少数据流量但保持音质的方法来达到更高的压缩率目的，其压缩率一般可以达到1:18，生成的文件大小只有相应MP3文件的一半。
  　　所需频宽：320～112kbps（压缩10～12倍）
  　　特性：当Bitrate小于128K时，WMA几乎在同级别的所有有损编码格式中表现得最出色，但似乎128k是WMA一个槛，当Bitrate再往上提升时，不会有太多的音质改变。
  　　优点：当Bitrate小于128K时，WMA最为出色且编码后得到的音频文件很小。
  　　缺点：当Bitrate大于128K时，WMA音质损失过大。WMA标准不开放，由微软掌握。
  　　应用领域：voip

• RA格式

  RA就是RealAudio格式，大部分音乐网站的在线试听都是采用了RealAudio，这种格式完全针对的就是网络上的媒体市场，支持非常丰富的功能。最大的闪烁点就是这种格式可以根据听众的带宽来控制自己的码率，在保证流畅的前提下尽可能提高音质。RA可以支持多种音频编码，包括ATRAC3。和WMA一样，RA不但都支持边读边放，也同样支持使用特殊协议来隐匿文件的真实网络地址，从而实现只在线播放而不提供下载的欣赏方式。RA和WMA是目前互联网上，用于在线试听最多的音频媒体格式。

• AMR（Adaptive Multi-Rate）
  AMR：自适应多速率音频压缩音频编码格式，是一个使语音编码最优化的专利，专用于有效地压缩语音频率。

  AMR音频主要用于移动设备的音频压缩，压缩比非常高，但是音质比较差，主要用于语音类的音频压缩，不适合对音质要求较高的音乐类音频的压缩。AMR被标准语音编码 3GPP在1998年10月选用，现在广泛在GSM和UMTS中使用。

• OGG
  OGG是一个自由且开放标准的容器格式，由Xiph.Org 基金会所维护，“Ogg”意指一种文件格式，可以纳入各式各样自由和开放源代码的编解码器，包含音效、视频、文字（像字幕）与元数据的处理。

  一般说到OGG，都是指Ogg_Vorbis，这就是常见的.ogg结尾的音频文件，Vorbis是一种有损音讯压缩格式，由Xiph.Org基金会所领导并开放源代码。Vorbis通常以Ogg作为容器格式，所以常合称为Ogg Vorbis。其实，OGG不仅仅只能包含Vorbis格式，它可以包含视频格式。因此，为了区分只包含音频格式的文件格式，产生了一种新的文件格式OGV，这种格式既包含音频格式，也包含视频格式。但是OGV文件格式的压缩方法和OGG是一样的，可以采用同一种方式进行解析。

  优点与缺点：
  优点：

  1. Ogg Vorbis的音质和MP3不相上下，但无法和FLAC比。
  2. Ogg Vorbis支持类似于MP3的ID3信息；
  3. Ogg Vorbis格式支持流式播放；
  4. Ogg Vorbis避免了像MP3文件的ID3标记那样烦琐的操作(有很多针对MP3的ID3修改软件标记早已不繁琐)。

  缺点：

  1. 播放兼容性差。mp3已经成了便携随身听的代名词。绝大多数播放器、包括手机、pad等设备都支持mp3格式（其实mp3专利芯片授权费极低），而支持ogg格式的播放器很少。

  2. mp3是1997年以前就已经诞生，将近20年垄断了消费机市场。ogg音频普及性非常差，相对于mp3而言音质也没有竞争力，普及的可能性极低。
     相对于已经普及的微软WMA格式，ogg没有任何优势。不管是播放软件兼容性，码率，流媒体等方面。

  3. 多声道系统已经由DOLBY、DTS两家公司垄断，他们都有完整的制作发行体系。大型多声道电影、电视、音乐制作都是基于这两家公司的技术和标准。ogg只能望洋兴叹了。

  4. 很多专业音频制作软件不支持ogg文件格式。

  5. 现今HIFI已经被HIRES（高解析）代替，随着存储、网速等限制，用户的聆听设备已经上了一个台阶，有损格式已经渐渐失去市场。

格式	特点	适用于
PCM编码的WAV	音质非常好，被大量软件所支持	多媒体开发、保存音乐和音效素材
MP3	音质好，压缩比比较高，被大量软件和硬件支持，应用广泛	适合用于比较高要求的音乐欣赏
OGG	可以用比mp3更小的码率实现比mp3更好的音质，高中低码率下均具有良好的表现	用更小的存储空间获得更好的音质（相对MP3）
WMA	低码率下的音质表现难有对手	在线试听、低要求下的音乐欣赏