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知識(shí)分享:無損音樂知識(shí)入門篇之音質(zhì)極近似CD音質(zhì)的壓縮格式:ATRAC(有損壓縮)

時(shí)間:2012-09-10 13:43 作者:映帆音樂 閱讀:5869
我再介紹一種音質(zhì)極近似CD音質(zhì)的壓縮格式:ATRAC(有損壓縮)
自認(rèn)為的優(yōu)點(diǎn)就是在保證音質(zhì)的情況下,最大程度的節(jié)省空間,可以作為一種無損的代替,它的音質(zhì)比320k的mp3好N多;

簡介
MD的壓縮格式,即Adaptive Transform Acoustic Coding,自適應(yīng)聲學(xué)轉(zhuǎn)換編碼技術(shù)。是一種有損壓縮格式。是一項(xiàng)基于聽覺心理學(xué)領(lǐng)域的研究和不損傷可聞聲質(zhì)量的數(shù)碼音頻譯碼壓縮技術(shù),對(duì)音樂資訊有效的進(jìn)行壓縮,壓縮的比率為原來的五分之一,因?yàn)镸D使用了ATRAC壓縮技術(shù),這樣的壓縮大大節(jié)省了許多空間,所以 CD的碟片要120mm大小,而MD只需64mm就可以錄下74分鐘的音樂。

原理
它是根據(jù)心里聲學(xué)原理,把人耳所不能分辨的聲音信號(hào)的強(qiáng)度、方位、音調(diào)、音色舍去,從而在一張容量不大的MD空白碟片上存儲(chǔ)高品質(zhì)的音樂。
ATRAC將16比特44.1KHz的數(shù)字信號(hào)以頻率響應(yīng)軸分成52個(gè)區(qū)段(在低頻時(shí)分割較細(xì)而在高頻時(shí)分割較粗),根據(jù)聲音心理學(xué)的原理,將聲音信號(hào)中人耳聽不到和對(duì)人的聽力影響不大的信息給剔除出去而達(dá)到縮小聲音文件的目的。利用這種原理,ATRAC可以將錄音的資料量壓縮為原來的五分之一(即壓縮比為1:5)。

特點(diǎn)
ATRAC壓縮技術(shù)主要是利用了人耳的蔽遮效應(yīng),在心理聲學(xué)原理上,在進(jìn)行音頻錄入的同時(shí),有許多外部的頻段同時(shí)也會(huì)被錄入,當(dāng)人耳同時(shí)聽到兩個(gè)不同頻率、不同音量的聲音時(shí),音量較小的低頻及音量較小的高頻連同不為人耳所察覺的頻段信號(hào)都會(huì)被自動(dòng)減弱或忽略不予記錄,因此又可以稱為適應(yīng)性變換聲碼技術(shù),由于近年來編碼壓縮技術(shù)(ATRAC的版本)越來越成熟,所以經(jīng)過編碼解碼過程后的聲音仍直逼CD。
ATRAC格式雖然在算法上比MP3更優(yōu)秀,但自身非常封閉,兼容性較差,導(dǎo)致市場接受度一直很低。


歷史
ATRAC家族至今有近10年的歷史,而目前使用ATRAC/ATRAC3格式的產(chǎn)品包羅萬象,從最早的MD機(jī)到目前NETWORK WALKMAN、手機(jī)、PDA等產(chǎn)品,各種產(chǎn)品線不斷完善,而這一切都緣于一個(gè)主線——ATRAC/ATRAC3,這也是野心勃勃的電子巨人——索尼(SONY)公司手中最強(qiáng)的王牌。
  首先我們來看看ATRAC的由來。20世紀(jì)80年代索尼公司與飛利浦(Philips)公司共同制訂的CD(Compact Disc)格式雖然使得CD具有完美的音質(zhì),但由于CD的尺寸被限定為12cm,不太適合隨身聽,便攜性方面遠(yuǎn)不如磁帶隨身聽,而且CD是只讀的,無法自行錄制音樂。因此索尼看到了市場上的這一空白,決心開發(fā)一種全新的音頻技術(shù),而與SONY共同制定CD標(biāo)準(zhǔn)的飛利浦也有相同的想法,但在介質(zhì)使用方面大家卻存在很大的分岐,飛利浦仍然堅(jiān)持走磁帶路線,開發(fā)了DCC(Digital Compact Cassette)技術(shù)。在1989年,研制成功的可錄性MO技術(shù)為索尼公司指明了方向,利用這種MO技術(shù),可以讓存儲(chǔ)介質(zhì)的體積進(jìn)一步縮小,這就是64mm的MD(Minidisc)碟。1992年,索尼公司終于推出新一代便攜式錄放機(jī)——也就是我們今天所使用的MD隨身聽,而在MD中使用的壓縮算法就是ATRAC。
  
ATRAC的底細(xì)
  ATRAC全稱Adaptive TRansform Acoustic Coding(自適應(yīng)聲學(xué)轉(zhuǎn)換編碼),是一套基于心理聲學(xué)原理的音響譯碼技術(shù)。它的主要任務(wù)的是:一、把16位、44.1kHz的立體聲音頻進(jìn)行壓縮;二、使硬件執(zhí)行簡單便宜,適合便攜的播放和錄制使用。
  統(tǒng)計(jì)分析表明,聲音信號(hào)中存在多種冗余度,編碼時(shí)可以除去這些冗余從而減小文件體積,在解碼時(shí)這些冗余可以再重新建立。而ATRAC技術(shù)就是利用人耳聽覺的心理聲學(xué)特性(頻譜掩蔽特性和時(shí)間掩蔽特性)以及人耳對(duì)信號(hào)幅度、頻率、時(shí)間的有限分辨能力,編碼時(shí)凡是入耳感覺不到的成分不編碼,不傳送,即凡是對(duì)人耳辨別聲音信號(hào)的強(qiáng)度、音調(diào)、方位沒有貢獻(xiàn)的部分(稱為不相關(guān)部分或無關(guān)部分)都不編碼和傳送。除了在編碼過程中使用這種心理聲學(xué)特性,ATRAC算法還把它應(yīng)用在時(shí)間-頻率的分割過程中。通過結(jié)合子頻帶譯碼和轉(zhuǎn)換譯碼技術(shù),輸入的信號(hào)被分析到不均勻的強(qiáng)調(diào)重要低音區(qū)域的頻率分割。另外,ATRAC使用一個(gè)可變塊長度改編輸入的信號(hào)。這可以確保在穩(wěn)定通過時(shí)高效的譯碼而不會(huì)在瞬時(shí)通過時(shí)影響時(shí)間的分辨率。ATRAC就是利用這些特點(diǎn)來工作的?梢哉fATRAC充分利用了心理聲學(xué)中的等響曲線、屏蔽、臨界頻帶等原理,把音頻數(shù)據(jù)減少到原來的1/5,而采樣率為(位速率)285kbit/sec。正因?yàn)锳TRAC壓縮算法充分利用了人耳的遮蔽效應(yīng)原理,所以音質(zhì)直逼CD。更重要的是ATRAC加入了版權(quán)保護(hù)系統(tǒng)SCMS,在MD機(jī)上不允許二次數(shù)碼復(fù)制,完全沒有版權(quán)問題,這些正是ATRAC的成功之處。
  憑借著ATRAC壓縮算法和MD盤介質(zhì),索尼的MD終于打敗了飛利浦的DCC,但這并不意味著MD就擁有了隨身聽市場,因?yàn)樵缙诘腗D機(jī)受ATRAC芯片所限,音質(zhì)并不令人滿意,在這里我們要分清ATRAC/ATRAC3算法與ATRAC芯片的關(guān)系,前者是壓縮算法,后者是硬件編碼/解碼芯片。讓我們來看看表1中各個(gè)ATRAC芯片版本的區(qū)別。
  
  表1
  ATRAC版本 IC 芯片型號(hào) 頻率極限 噪音 音質(zhì) 處理過程 使用日期
  ATRAC 1.0 CXD-2527 15kHz 大 金屬性較強(qiáng) 16×16比特乘法 1993/02
  ATRAC 2.0 CXD-2531 18kHz 比ATRAC 1.0低很多 接近DAT音質(zhì) 16×24比特乘法 1993/11
  ATRAC 3.0 CXD-2536 18kHz 動(dòng)態(tài)過濾器間斷時(shí)沒 在盲聽測(cè)試中與 使用塊浮動(dòng)類型計(jì)算改進(jìn)小 1994/11
   有噪音 DAT沒有差別 信號(hào)時(shí)的性能
  ATRAC 3.5 CXD-2536A 18kHz 相當(dāng)于DAT 相當(dāng)于DAT音質(zhì) 24×24比特乘法 1995/06
   CXD-2536B 1995/10
  ATRAC 4.0 CXD-2650R 19kHz 相當(dāng)于DAT 相當(dāng)于DAT音質(zhì) 1996/08
   CXD-2652AR 自適應(yīng)高頻帶控制,頻率響
  ATRAC 4.5 CXD-2537R 20kHz 相當(dāng)于DAT 相當(dāng)于DAT音質(zhì) 應(yīng)推進(jìn)到20kHz,更高精度的 1996/12
   CXD-2654R 計(jì)算使噪音降低了3dB 1998/09
  ATRAC 5.0 SHARP芯片* 20kHz 相當(dāng)于DAT 相當(dāng)于DAT音質(zhì) 1999
  ATRAC 6.0 SHARP芯片* 20kHz 相當(dāng)于DAT 相當(dāng)于DAT音質(zhì) 1999
  *注:夏普的機(jī)器使用的是自己的ATRAC芯片,而且版本發(fā)布的速度比索尼還要更快一點(diǎn),目前在其主打機(jī)型上的已經(jīng)是第七代的ATRAC芯片了——采用.25工藝的ATRAC 6.0。而索尼則還是采用的是ATRAC4.5的芯片。
     
  從表1可以看出,ATRAC芯片的版本對(duì)于ATRAC壓縮算法的音質(zhì)有著非常重要的影響,就是說有了好的壓縮算法,還必須有完善的硬件芯片支持才行,而各個(gè)版本的ATRAC芯片改進(jìn)主要集中在提高信號(hào)處理步驟的數(shù)學(xué)精度和比特分配處理的準(zhǔn)確性上。目前ATRAC芯片技術(shù)已相當(dāng)成熟,使得ATRAC的音質(zhì)達(dá)到最高峰,尤其在加入“TYPE-R”DSP后,ATRAC的音質(zhì)更上一層樓。所謂“TYPE-R”技術(shù)全稱ATRAC專用DSP TYPE-R,即擁有2倍的信號(hào)處理能力,可通過TYPE-R DSP將各頻段的信號(hào)重新進(jìn)行再分析及再分配,從而對(duì)信號(hào)進(jìn)行更加精確的記錄,大大提高了高頻性能,是目前MD編碼技術(shù)中最高水準(zhǔn)的錄音編碼方式。

  百尺竿頭更進(jìn)一步——ATRAC3 ATRAC壓縮算法基于其技術(shù)特點(diǎn),被局限在MD機(jī)領(lǐng)域中使用,而且正當(dāng)MD不斷發(fā)展的同時(shí),另一音頻格式——MP3異軍突起。MP3壓縮算法全稱MPEG (Movie Picture Experts Group) 1 Layer 3,其壓縮比是1∶12,比ATRAC算法更高,采樣自由度更高,可由用戶自行從32~320kb/s選擇,而因?yàn)锳TRAC算法是固定采樣率的,因此MP3算法可選擇較低的采樣從而節(jié)省存儲(chǔ)空間,比較常用的就是128kb/s的采樣率,所占有的數(shù)據(jù)空間只有ATRAC算法的一半,而且音質(zhì)相對(duì)還可以應(yīng)付,因此用戶為了以音質(zhì)換取存儲(chǔ)空間從而選擇MP3,這使得靠互聯(lián)網(wǎng)起家的MP3格式大有趕超MD之勢(shì),尤其是韓國世韓公司成功推出第一臺(tái)MP3隨身聽后,各種MP3隨身聽的產(chǎn)品如雨后春筍一樣橫掃隨身聽市場。作為電子巨人的索尼公司當(dāng)然不能坐視不理,這就引出了ATRAC3算法。

2000年索尼公司正式推出了ATRAC3壓縮算法,新的ATRAC3壓縮算法是在ATRAC壓縮算法的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的(在ATRAC與ATRAC3之間并沒有ATRAC2算法,而是直接以ATRAC3正式推出),ATRAC3算法采樣率分別采用132kb/s、66kb/s兩種,可以比原先的ATRAC算法提供2倍甚至4倍的存儲(chǔ)容量,雖然高頻部分與ATRAC略有差別,但音質(zhì)基本能保持ATRAC的水準(zhǔn)。

可惜的是市場不是索尼公司一廂情愿的事,首次使用ATRAC3算法的NETWORK WALKMAN推出后反映平平,其中原因除了價(jià)格比MD隨身聽昂貴之外,完善的版權(quán)保護(hù)系統(tǒng)對(duì)于習(xí)慣了使用能“自由”傳播的MP3用戶而言,似乎不能一下子接受這樣的限制;谝陨系闹刂卦,ATRAC3最初并沒能形成氣候。而將ATRAC3發(fā)揚(yáng)光大的還是MD隨身聽,當(dāng)索尼把ATRAC3技術(shù)加入MD播放器中,新的“MDLP”規(guī)格在MD隨身聽中誕生啦!其實(shí)“MDLP”技術(shù)就是在MD隨身聽上的ATRAC3,LP2即相當(dāng)132kb/s采樣、LP4模式即相當(dāng)于66kb/s采樣。通過MDLP技術(shù),一張普通的可以錄制80分鐘音樂的盤片可以達(dá)到160分鐘甚至320分鐘的容量,也就是在不增加盤片成本的情況下,一張MD盤可以當(dāng)兩張或四張盤使用,這使本來就已經(jīng)很便宜的MD盤來說就顯得更加超值,相對(duì)于MP3 PLAYER昂貴的閃存來說就形成鮮明的對(duì)比,由此可見新的壓縮算法的介入令MD隨身聽重新煥發(fā)新的生命,一時(shí)間MDLP的風(fēng)頭完全把MP3遮蓋了,成為對(duì)付MP3 PLAYER最有力的武器,MDLP的加入也為日后NetMD奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

通過索尼公司的MDLP授權(quán),其它廠家也能生產(chǎn)支持MDLP的MD隨身聽,以后新出的MD隨身聽也將全都支持MDLP規(guī)格,至此ATRAC3很快成為業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)。除了MD隨身聽,索尼公司還再接再厲得推出與ATRAC3相關(guān)的產(chǎn)品,如新款的NETWORK WALKMAN承勢(shì)而去,在索尼手機(jī)中也加入對(duì)ATRAC3的支持,而CLIE N700C掌上電腦的推出更是為Palm掌上電腦創(chuàng)造了音頻播放的神話。2001年索尼公司更推出全新的NetMD標(biāo)準(zhǔn)以及基于這種標(biāo)準(zhǔn)的NetMD錄放設(shè)備,包括MD隨身聽、MD座、NetMD電腦等,而這一切產(chǎn)品都是圍繞著ATRAC3格式,ATRAC3的廣泛應(yīng)用,無疑把ATRAC家族推向更高峰。

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