常见无损音频格式详细介绍

在数码领域，只要和听觉相关的东西，出镜率最高的，永远是“HiFi”这个单词，唱片上标的是“HiFi”，播放器追求的是“HiFi”，耳机音响标榜的是“HiFi”，就连手机也开始“HiFi”起来，那么问题来了，什么是“HiFi”，HiFi是英语High-Fidelity的缩写，直译为“高保真”，其定义是：与原来的声音高度相似的重放声音。关于“HiFi”的东西太多太多，本系列文章将详细介绍“HiFi”领域的各种知识，本文先从常见无损音频格式说起，因为“HiFi”系统里很重要的一方面就是本文中所介绍的，俗称音源。音源不“HiFi”，前端再好，耳机再牛也是一场空。

首先申明：本文借鉴了很多资料，但绝不是照搬照抄，全部都是经过自己的整理，不喜勿喷。文章中还有很多不到之处，欢批评迎指正！求志同道合的网友一起探讨。另外，并不是所有人都是“金耳朵”，好多格式听不出来差别并不代表没有差别。

一、音频基础概念

1、声音：声音是由物体振动产生的声波。是通过介质（空气或固体、液体）传播并能被人或动物听觉器官所感知的波动现象。最初发出振动（震动）的物体叫声源。声音以波的形式振动（震动）传播。声音是声波通过任何物质传播形成的运动。声音作为一种波，频率在20 Hz~20 kHz之间的声音是可以被人耳识别的。（百度百科）

声音信号数字化过程

2、采样频率：采样频率定义每秒从连续信号中提取并组成离散信号的采样个数，它用赫兹（Hz）来表示。通俗的讲采样频率是指计算机每秒钟采集多少个声音样本。自然界的声音是模拟信号，这种模拟信号被相关设备通过“采样”、“量化”后，以数字的方式存放在计算机中。根据传说中的奈奎斯特采样理论：只要采样频率不低于声音信号最高频率的两倍时，采样得到的数字信号就能高保真地记录、还原声音。既然人耳能听到音频信号频率大约在20Hz－20KHz之间，根据奈奎斯特采样理论，如果采样频率大于40KHz，那么得到的数字信号就可以高保真的记录模拟信号，就能“HiFi”了。

常见音频格式采样率

3、量化精度：样本大小是用每个声音样本的位数bit/s(即bit per sample，bps)表示的，它反映度量声音波形幅度的精度。样本位数的大小影响到声音的质量，位数越多，声音的质量越高，而需要的存储空间也越多；位数越少，声音的质量越低，需要的存储空间越少。

4、编码：编码是指用二进制数来表示每个采样的量化值。 如果量化是均匀的， 又采用自然二进制数表示， 这种编码方法就是脉冲编码调制(Pulse Code Modulation， PCM）， 这是一种最简单、 最方便的编码方法。概念太抽象，如下图所示：

常见编码技术

二、无损音乐格式（无损压缩）与有损音乐格式（有损压缩）

1、无损压缩和有损压缩的定义与区别

谈无损格式和有损格式前，首先说下，相对自然界的声音，任何数字音频编码方案都是有损的，因为用什么方法都无法还原无法完全还原。能够达到最高保真水平的就是PCM编码(Pulse Code Modulation），CD中采用的就是这种编码格式。因此，PCM约定俗成了无损编码，因为PCM代表了数字音频中最佳的保真水准，并不意味着PCM就能够确保信号绝对保真，PCM也只能做到最大程度的无限接近。

简单来说，有损压缩就是为了获得更小的体积，删除一些不太重要的数据来压缩文件；无损压缩就是通过优化排列方式来达到压缩目的。有人这样举例子：有一篇文章，3000字，有损压缩就是删除1000个不太重要的词和句子，意思不变，无论如何已删除的都系都无法恢复；无损则是通过文章排版，优化篇幅，解压缩之后，还能获得完整的WAV数据，极其类似与我们经常使用的WinRAR。

2、有损音乐格式及优缺点分析，推荐512kbps的AAC文件

有损音乐格式主要有：MP3、WMA、AAC、OGG等等，这几种音乐格式不想多说，都是为了更小的体积对文件进行了不可恢复的压缩，看频谱就可以知道，类似于文件的上半部分都被切掉了。在这几种格式里，最好的就是AAC格式，比特率可以超过达到512kbps（用foobar2000转换），其次是320kbps的mp3，其他的就很次了。

320bps MP3的频谱

3、无损音乐格式：WAV、AIFF、FLAC、APE、ALAC、等等，其中最推荐AIFF，其次是FLAC，详细介绍及理由见下文

三、几种无损音乐格式 DSD、WAV、AIFF、FLAC、APE、ALAC 详细介绍及优缺点分析

首先说一下，WAV和AIFF本质上是一个东西，AIFF出来的还早点，两者只是封装工艺不同，WAV、AIFF是CD的数字记录，基本上是由CD转成数字形式所得到的文件；而APE、FLAC等是对WAV文件进行无损压缩后得到的，即再加工得到。所以，wav是无损音乐文件，而APE、FLAC等则是无损压缩音乐文件。WAV可以直接播放，APE、FIAC等其他压缩格式则需要经过解压（解码）还原成WAV才能播放。

这里有个问题提出来，想请大家一起探讨，我用的是F886+PHA-2组合，播放WAV、AIFF这种原生无损绝对比播放FLAC、ALAC这种需要还原的省电，声音上暂时还听不出有什么不同，但网上搜到有的大神金耳朵听得出区别。

1、WAV：WAV是微软研究出来的一种无损音乐格式，被Windows广泛应用，标准格式化的WAV文件和CD格式一样，也是44.1K的取样频率，16位量化数字，因此在声音文件质量和CD相差无几！

WAV的优点就是声音还原比较真实，相对于APE、FLAC、ALAC等经过压缩的格式来说，播放起来不用还原，功耗声音什么的都有进步。缺点主要有两个，第一是文件很大，相比APE、FLAC、ALAC大了差不多一倍，第二是我最不喜欢的，WAV不能完美写入标签和封面，虽然可以强制写入，但是换了播放器就什么都没了...对于我这种就要看标签和封面的强迫症患者很是痛苦....

2、AIFF：这是我主推的格式，也是我现在正在使用的格式。AIFF也是一种文件格式存储的数字音频（波形）的数据。本质上WAV和AIFF是一个东西，AIFF出来的还更早点，两者只是封装工艺不同，WAV是微软的,AIFF是苹果的，仅此而已。

主要推荐AIFF的原因有两个，第一，和WAV一样，声音还原比较真实，播放起来不用加压缩。第二是最重要的，AIFF可以方便快捷的添加标签、封面等信息，在任何播放设备上都可以通用，最关键的是可以通过MatriTunes软件配合itunes 批量添加AIFF文件的标签和封面，简直就是我这种强迫症患者的救星啊....具体操作方法见下文。

3、APE：APE是通过Monkeys Audio这个软件将WAV文件压缩后的产物，体积变小了很多，通过MonkeysAudio解压缩后得到的WAV文件和压缩前的WAV完全一致。

APE的优点就是文件格式小，出现早，开源，网络资源比较丰富，压缩比55%左右，标签、封面可以完美写入。缺点就是APE文件的容错性较差，和有损格式一样，存在爆音现象，没有多声道支持，没有增益。

4、FLAC：也是一种完全开放的无损压缩格式，也是我主推的格式，因为和APE相比，FLAC的编码和解码复杂程度要较低（解码运算量小、只需要整数运算），解码速度奇快，通常FLAC的解码速度比APE快30%，在消费领域，支持FLAC的的播放器也比更多，标签和封面也可以完美写入。

5、ALAC：即Apple lossless audiocodec的缩写，是苹果公司开发的一种无损音频格式，是对AIFF的压缩，类似于FLAC是对WAV的压缩一样，这里就不多说了，自然文件小，ALAC同AAC一样是MPEG-4封装，扩展名是m4a，至于ALAC解码速度快还是FLAC解码速度快，这就不得而知了....

6、DSD：是Direct Stream Digital的缩写，表示直接比特流数字编码，是SACD(SuperAudio CD)的编码模式，是Sony与Philips在1996年共同发展的，用1bit比特流的方式取样，采样率2.4MHz（CD 44.1kHz取样的64倍）的高取样方式。DSD的优缺点都很突出，相比WAV，音质确实好多了，当然，前提是你有能够硬解DSD文件的设备，缺点也是，文件太大太大，能硬解DSD的芯片还是少数。

综上所述，个人主推的还是AIFF和FLAC，两种格式都能精准的还原声音，都能完美的内嵌标签和封面信息，AIFF能满足一部分认为FLAC需要解码，功耗变大，声音有变化（俗称“玄学”）强迫症患者的需要，而FLAC相对来说，无论从体积还是音质上来说都很完美。DSD包含着巨大的信息量，听起来确实很好，但是资源太难找，至少我已经放弃了，有就听一听，没有也懒得去找了。

四、无损音乐格式的鉴别方法

无损音乐格式这么好，网上资源这么多，哪些是真的，哪些是假的呢，为什么优点ape文件听起来也就这样呢？这就得好好鉴别了，常见的鉴别方法有以下几种：

1、用耳朵听：好多人都会说，你这是猴子派来的**嘛，用耳朵听这不坑爹嘛，要我说对于大部分不是木耳的人来说，用耳朵听真是比较好的方法，当然，前提是你有这个耐心....

2、看频谱：推荐软件-spek 声学频谱分析器。无损音乐的频谱比较饱满，上下频段没有空域，最起码不是劣质音源转制的。 如下图：

真无损音乐的频谱 上下段没有空白

而假的无损最顶端肯定都是一刀切的，因为假无损大多数是由320kbps的mp3转来的，显示的光谱最高只能去到20000Hz，即使将MP3格式再转换为无损格式，光谱也是不会改变的，如下图：

mp3转为wav的假无损频谱

3、傻瓜式：用Loseless Audio Validation Helper(无损音乐验证助手)等等软件傻瓜式校验，如下图：

傻瓜式校验

五、无损音乐格式之间的相互转换（DSD除外）

无损音乐格式之间转换的软件很多，这里我只推荐一个最实用的--foobar2000，这也是整个音频播放领域最强大的软件，没有之一。操作也很简单，打开foobar2000，添加需要转换的歌曲，全选或单独选中，鼠标右击，选择转换--快捷转换，如下图：

foobar2000转换方法

快捷转换里有各种音频格式可供转换，好多可以编辑具体信息，比如flac可以调整压缩级别，aac、mp3等有损可以选择比特率等等。如下图：

快捷转换里的音频格式

好多人说ALAC格式比较难转换，这里附送ALAC格式的foobar2000设置图：

ALAC格式设置图

本篇文章写到这里暂时告一段落，本篇介绍的是常见无损音频格式的相关知识，以后会详细介绍前端、耳机等知识，敬请期待。有很多不到之处，请批评指正，谢谢。