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

時間:2012-09-10 13:43 作者:映帆音樂 閱讀:5672
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,因為MD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的強度、方位、音調(diào)、音色舍去,從而在一張容量不大的MD空白碟片上存儲高品質(zhì)的音樂。
ATRAC將16比特44.1KHz的數(shù)字信號以頻率響應(yīng)軸分成52個區(qū)段(在低頻時分割較細(xì)而在高頻時分割較粗),根據(jù)聲音心理學(xué)的原理,將聲音信號中人耳聽不到和對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
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,有許多外部的頻段同時也會被錄入,當(dāng)人耳同時聽到兩個不同頻率、不同音量的聲音時,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都會被自動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)計分析表明,聲音信號中存在多種冗余度,編碼時可以除去這些冗余從而減小文件體積,在解碼時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(頻譜掩蔽特性和時間掩蔽特性)以及人耳對信號幅度、頻率、時間的有限分辨能力,編碼時凡是入耳感覺不到的成分不編碼,不傳送,即凡是對人耳辨別聲音信號的強度、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),輸入的信號被分析到不均勻的強調(diào)重要低音區(qū)域的頻率分割。另外,ATRAC使用一個可變塊長度改編輸入的信號。這可以確保在穩(wěn)定通過時高效的譯碼而不會在瞬時通過時影響時間的分辨率。ATRAC就是利用這些特點來工作的?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。正因為ATRAC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,因為早期的MD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ATRAC芯片版本的區(qū)別。
  
  表1
  ATRAC版本 IC 芯片型號 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 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 動態(tài)過濾器間斷時沒 在盲聽測試中與 使用塊浮動類型計算改進(jìn)小 1994/11
   有噪音 DAT沒有差別 信號時的性能
  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,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,而各個版本的ATRAC芯片改進(jìn)主要集中在提高信號處理步驟的數(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倍的信號處理能力,可通過TYPE-R DSP將各頻段的信號重新進(jìn)行再分析及再分配,從而對信號進(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,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,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,而因為ATRAC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)相對還可以應(yīng)付,因此用戶為了以音質(zhì)換取存儲空間從而選擇MP3,這使得靠互聯(lián)網(wǎng)起家的MP3格式大有趕超MD之勢,尤其是韓國世韓公司成功推出第一臺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,其中原因除了價格比MD隨身聽昂貴之外,完善的版權(quán)保護(hù)系統(tǒng)對于習(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颍珹TRAC3最初并沒能形成氣候。而將ATRAC3發(fā)揚光大的還是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“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,相對于MP3 PLAYER昂貴的閃存來說就形成鮮明的對比,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,一時間MDLP的風(fēng)頭完全把MP3遮蓋了,成為對付MP3 PLAYER最有力的武器,MDLP的加入也為日后NetMD奠定了堅實的基礎(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承勢而去,在索尼手機(jī)中也加入對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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