Что такое lossless музыка

Что такое lossless музыка

В этом посту расскажу о так называемом ‘лосе'(lossless) формате, как это развито в постсовке и как я узнал про это.(многобукв)

Всё началось чуть более года назад.
Я (как и все кого я знал) слушал музыку с вк в наушниках за 3.5к тг(700руб(в КЗ проживаю Кокшетау))
и они мне казались нормальными с хорошим звуком, но в один день в тех. магазине увидел sony mdr ex650ap gold цена 16500тг(3к+руб)

Мысли были такие: чем они лучше моих в 5раз дешевле и как они звучат.
Посмотрев все видосики про них и поняв три вещи: это еще оказывется дешовые уши, с телефона смысла нет слушать хоть и микр встроен, но будет чуть лучше чем дешовки.

Подумав несколько дней решил купить, один раз же живем же.
ну послушав первый раз (опыта то в аудиофильстве 0) эмоции страные: качество материалов по сравнению с другими как таз и новый мерседес, но звук был страный и казался не лучше как бы я себя не подбадривал, реакция окружения была жесткова половина услышав цену выдовала «16к за наушни чеее?» и подобное.
И тут первый вывод: мало кто готов потратить денги и хоть чуть заморочиться из за кчества звука, как по мне причина проста: постсовковая, терпелойдская среда проживания
Все будут рады слушать с дешовой гарнитуры треки в лучшем случаи сжаты до320kbs.

20-50мб за песню не мыслемо!
ну и flac в развитых странах купить легко, а для снг он дорог.
ну сейча то бравые умельцы выкладывают в торрент и можно легко скачать и писать нужно такое напр.»ed sheeran flac» «dr. dre lossless».

Может хоть кто то тоже загорится желанием проникнуться в мир качественого звука не жалея времяни и денег, ради новых имоций, они того стоят.

Источник

Музыка без потерь в стриминговых сервисах: есть ли в этом смысл, или это маркетинг

Трансляция lossless-музыки — это еще одна новая крутая фишка, когда речь заходит о выборе лучшего музыкального стримингового сервиса. Маркетологи обещают нам наилучшее качество звука в сравнении с привычными форматами сжатия с потерями, которые используются в стриминге уже многие года. Разумеется, люди, которые до сих пор используют физические компакт-диски или FLAC, давно опередили всю lossless-борьбу. Но, как мы знаем, крупные компании, которые любят зарабатывать деньги, очень неровно дышат к аудиоиндустрии. В этой статье я попробую разобраться, действительно ли стриминг музыки без потерь стоит тех денег, которые за него просят.

Что такое lossless-аудио

Во время стриминга музыки через интернет сжатие файлов является обязательным условием, так как никому не хотелось бы занять все свое свободное хранилище на устройстве или потратить весь интернет-трафик буквально за несколько часов. Сжатие можно разделить на две категории: с потерями и без потерь. Так, сжатие с потерями отбрасывает некоторые данные из исходного аудиофайла для экономии места, в то время как сжатие lossless может дать вам максимально качественное звучание без потери данных при их распаковке. Как ни странно, это вызвало довольно продолжительную дискуссию о том, насколько сильно различается качество звука в одном и другом формате.

Сжатие с потерями основано на психоакустическом сжатии, которое вырезает или, как говорят, «маскирует» те звуки, которые ваш слух не способен распознать. Так достигаются довольно существенные потери в размере конечного аудиофайла, однако, из-за потери некоторой части информации, такой метод сжатия и назвали «с потерями». Как показывают исследования, такой способ уменьшения аудиофайла в размере работает очень даже хорошо, и разницу вы, скорее всего, не сможете услышать, даже если очень захотите. Но так получается, что, используя большинство разрекламированных и недорогих по цене сервисов трансляции музыки, вы можете рассчитывать на битрейт не более чем 128 кбит/с, что влечет за собой значительные потери информации. Вы вполне можете ощутить такую потерю качества при прослушивании музыки через высококлассные наушники.

💡 Сжатие с потерями экономит данные, а сжатие без потерь способно обеспечивать превосходное качество звука, прямо как в исходнике.

Но стоит разобраться, как работает этот удивительный режим «без потерь». В нем используются специально разработанные алгоритмы сжатия, которые способны максимально сжать файл, при это не теряя в его качестве. Так, распаковав такой файл, вы получите точную копию файла-исходника. Такие типы файлов, как FLAC и Apple ALAC, способны обеспечивать степень сжатия вплоть до 50%.

Любопытная сравнительная таблица размеров аудиофайлов разной длительности, сохраненных при использовании нескольких популярных аудиокодеков (меньше — лучше):

Предлагаю сравнить размеры аудиофайлов, закодированных разными кодеками. Четырехминутный трек, который сжимали с потерями, занимает примерно 5,6 МБ при 192 кбит/с, в то время как кодек, эквивалентный компакт-диску, с битрейтом в 1411 кбит/с весит уже почти 42 МБ. При этом Hi-Res-трек, сохраненный в 24 бит и частотой дискретизации 192 кГц, занимает целых 277 МБ. Разница в размере часовых аудиофайлов может составить от 60 МБ до более чем 4 ГБ данных. Типы файлов lossless позволяют уменьшить размер файла, взятого с компакт-диска, примерно до 25 МБ на один трек и до 400 МБ за час аудиофайлов.

Сравнение музыкальных lossless-стриминговых сервисов

Если вы ищете себе сервис для прослушивания музыки без потерь, то рынок может вам предложить несколько интересных и довольно популярных вариантов. Стоит отметить, что практически любой достаточно распространенный стриминговый сервис предлагает lossless-треки либо как часть своей стандартной подписки, либо же как дополнительную опцию, за которую придется еще немного заплатить. П

💡 Понятие «без потерь» у каждого сервиса различное, и поэтому такие характеристики, как битрейт и частота дискретизации, могут варьироваться от компании к компании.

Рассмотрим наиболее интересные варианты стриминговых сервисов:

Стоит отметить, что качество, используемое на компакт-дисках, настолько высокое, насколько ваши уши могут это услышать, при этом он занимает куда меньше места, чем тот же Hi-Res, поэтому я бы не стал выбирать стриминговый сервис исключительно по значению битрейта. Куда больший интерес вызывает функциональность и удобство приложения, а также конечный размер вашей загруженной библиотеки, чем большая частота дискретизации. Особенно сильно об этом стоит задуматься, если вы пользуетесь для прослушивания музыки Bluetooth-наушниками.

Lossless-аудио и Bluetooth — так ли все хорошо?

Золотым правилом для высокого качества музыки является тот факт, что качество получаемого звука прямо зависит от самого слабого звена в цепи. Так, вы можете заплатить много денег за звуковую дорожку Hi-Res, однако плохие наушники или динамики могут просто списать на нет все вложения. То же самое относится и к Bluetooth, который уже многие годы остается наислабейшим звеном в звуковой цепи.

Например, Apple AirPods Pro поддерживает только AAC с потерями, поэтому нет никакого смысла оплачивать Apple Music для воспроизведения lossless-файлов. Хотя нужно отметить, что ACC, aptX и LDAC являются кодеками с довольно качественным звуком с потерями, но они также способны сжимать звук из качественного lossless-источника, особенно в версиях Hi-Res. Как можно догадаться, сжатие из высококачественного источника звука будет куда лучше, чем повторное сжатие уже сжатого низкокачественного звука. Главная проблема заключается в том, что Bluetooth, в силу своей специфики, не способен обеспечивать высокую скорость передачи данных, которая необходима для lossless-аудиофайлов.

💡 Если вы собираетесь слушать музыку исключительно через беспроводные наушники, то не стоит переплачивать за lossless-аудио, так как оно того не стоит, в сравнении с качественным сервисом, но который сжимает файлы.

Так надо ли оно?

Предлагаю собрать все факты вместе и ответить на такой вопрос — имеет ли место быть стриминг аудио без потерь? Ну, можно сказать точно, что как и в любой теме, это больше зависит от обстоятельств. Если вы обладаете высококачественной домашней акустической системой или дорогими проводными наушниками, то конечно, вам стоит рассмотреть сервисы, предоставляющими lossless-аудио. Зачастую обычные люди, которые слушают музыку далеко не в идеальной среде, например в общественном транспорте или в тренажерном зале, не получат никакого прироста качества от lossless.

💡 Различия между стриминговыми сервисами без потерь и с качественными сервисами, но с потерями, очень даже невелики, если не сказать, что вообще незаметны. Большинство из вас сможет найти разницу лишь при прямом сравнении lossless-источников и сильно сжатой музыкой любого распространенного сервиса. Для того, чтобы полностью «понять» lossless-контент, вам потребуются не только «золотые уши», но и довольно дорогие устройства на всей вашей аудиоцепи.

Источник

Hi-Fi и High-End техника или энциклопедия звука и видео

ЗВУКОМАНИЯ

Hi-Fi и High-End техника или энциклопедия звука и видео

Lossless что это такое

Lossless что это такое

Lossless что это такое

Lossless — это музыка без потерь — это тип формата воспроизведения музыкальных файлов. Форматы воспроизведения музыкальных файлов делятся на сжатые с потерями и сжатые без потерь. Однако из-за потери данных в процессе оцифровки звука фактически невозможны.

Тип аудио форматов Lossless

Обычно форматы MP3, WMA, OGG называются сжатые с потерями. Сжатие с потерями, как следует из названия, снижает частоту дискретизации звука и битрейт, и выходной аудиофайл будет меньше исходного файла. Другой тип сжатия звука называется сжатием без потерь. Он может сжимать объем аудиофайла до меньшего размера при условии 100% сохранения всех данных исходного файла. После восстановления сжатого аудиофайла его можно сравнить с исходным файлом. Тот же размер, та же скорость передачи данных.

flac-vs-mp3

Lossless форматы сжатия включают в себя:

mp3 и lossless

Lossless форматы

Lossless APE

APE — один из популярных форматов цифровых музыкальных файлов. APE — это технология сжатия звука без потерь, что означает, что при сжатии файла аудиоданных, считанного с аудио компакт-диска, в формат APE, вы также можете восстановить файл формата APE.

Lossless FLAC

FLAC — это аббревиатура от Free Lossless Audio Codec — кодирование со сжатием звука без потерь. FLAC — это хорошо известный набор бесплатного кодирования со сжатием аудио, который характеризуется сжатием без потерь.

mp3-protiv-flac

В отличие от других кодов-методов сжатия с потерями, таких как MP3 и AAC, он не уничтожает исходную звуковую информацию, поэтому может восстановить качество звука музыкальных компакт-дисков. С 2012 года он поддерживается многими ЦАП, программными и аппаратными аудиопродуктами.

FLAC похож на MP3, но использует сжатие без потерь, что означает, что звук сжимается в режиме FLAC без потери информации. Этот вид сжатия похож на Zip, но FLAC даст вам больший коэффициент сжатия, потому что FLAC — это метод сжатия, разработанный специально для характеристик звука, и вы можете использовать проигрыватель для воспроизведения сжатых файлов FLAC, как вы обычно играете.

ЦАП на 9038Pro Audiophile V2 обзор

Lossless WAV

ЦАП Singxer SDA-2

WAV расшифровывается как Wave Audio Files. WAV происходит от дискретизации звуковых аналоговых сигналов. При дискретизации аналоговой формы волны звука с разными частотами дискретизации можно получить ряд дискретных точек дискретизации. Значения этих точек дискретизации преобразуются в двоичные числа с разными битами квантования (8-битные или 16-битные), а затем сохраняются на диске. Это создает звуковой файл WAV, то есть волновой файл.

старый CD-плеер или ЦАП

ЦАП Audiophile V2 на 9038 и клон FM711

WAV записывает сам звук, поэтому занимает много места на жестком диске. Например: 16-битный стереозвук 44,1 кГц занимает около 10 МБ в минуту, что намного меньше, чем у MIDI.
На платформе Windows WAV, основанный на кодировке PCM, является наилучшим поддерживаемым аудиоформатом. Все аудиопрограммы могут идеально поддерживать его. Поскольку он может отвечать требованиям более высокого качества звука, WAV также является предпочтительным форматом для редактирования и создания музыки. Подходит для сохранения музыкального материала. Поэтому WAV на основе кодирования PCM используется в качестве промежуточного формата, который часто используется при взаимном преобразовании других кодов, например MP3 в WMA.

Lossless WavPack

WavPack — это бесплатный формат сжатия звука без потерь с открытым исходным кодом, разработанный Дэвидом Брайантом.

Для классической музыки и других диапазонов степень сжатия отличается. Для обычной музыки получаются лучшие результаты.
Кроме того, WavPack представляет уникальный «гибридный» режим, в котором используется дополнительный файл, который также имеет преимущество сжатия с потерями. В отличие от других методов, которые генерируют только один файл, этот режим генерирует два файла, один из которых представляет собой относительно небольшой высококачественный сжатый файл с потерями, который можно использовать отдельно, а другой используется с файлами с потерями для восстановления данных без потерь. Для некоторых пользователей это означает, что им больше не нужно думать о том, использовать ли сжатие с потерями или без потерь.

Lossless ALAC

Клон Naim NAP 200 + внешний ЦАП

Однако, если вы используете музыкальные компакт-диски в качестве источника звука, можно сжать примерно от половины до 1/3 по сравнению с другими методами обратимого сжатия.
Этот формат можно перекодировать из музыкального формата WAV без потерь с помощью программного обеспечения Apple iTunes или плагина.

Lossless SACD

Аббревиатура Super Audio CD — это Super Audio Disc System, это цифровой аудиоформат, разработанный Sony и Philips на основе их совместной разработки MMCD (односторонний и двухслойный оптический диск высокой плотности).

Его частотный и динамический диапазон лучше, чем у CD. SACD — это новый тип оптических дисков. Это не формат CD, а похож на DVD-диск. Для воспроизведения требуется специальное оборудование для воспроизведения SACD.

Michael Jackson — Thriller SACD

SACD использует новый метод кодирования, называемый DSD (Direct Stream Digital), а емкость хранения информации в 6 раз больше, чем у обычных компакт-дисков. SACD квантует исходный аналоговый аудиосигнал в 1-битный цифровой аудиосигнал с частотой дискретизации до 2,8224 МГц (в 64 раза больше, чем у CD44,1 кГц).

Когда он восстанавливается до аналогового аудиосигнала для воспроизведения, восстановленная форма волны такая же, как и исходная музыка. Формы сигналов почти такие же, более полные, чем у CD (44,1 кГц / 16 бит) или DVD Audio (96 кГц / 24 бит). Следовательно, качество звука очень высокое, с динамическим диапазоном 120 дБ в диапазоне частот 20-20000 Гц. SACD имеет ту же емкость, что и DVD-Audio.

Клон Naim NAP 200 серебро

Источник

Что такое lossless, зачем он нужен, что с ним делать и как им пользоваться?

Хоть сеть просто кишит информацией по теме, подобные вопросы звучат очень и очень часто, просто на каждом шагу на просторах интернета. Люди просто пока не знают, что это такое и что с ним делать вообще, с этим «лосем» )). Для многих это слово кажется каким-то запредельно заумным и вообще просто непостижимым для понимания простому смертному.

Остановлюсь немного подробней на работе с файлом CUE. Открыть его для редакции и просмотра можно простым блокнотом:

Что мы видим, красным помечены мои комментарии, их нет в оригинальном cue файле:

Тут иногда бывает засада! Иногда эта строка может выглядеть так:

FILE «Lounge_1_by_RoNikEr.wav» WAVE

И так далее. Все эти данные можно редактировать с помощью обычного блокнота по своему усмотрению. Если у оригинального CD есть CD-text, все эти данные копируются оттуда. Если CD-text’а нет, можно «вбить» все названия вручную, пользуясь треклистом на обратной стороне коробки диска-оригинала. Обычно принято подробный треклист CD располагать там, хотя исключения бывают. Во всех моих сборниках вся необходимая информация присутствует.

Вот как выглядит сборник «Lounge_1_by_RoNikEr» в моём foobar2000, если открыть образ с помощью CUE:

Остановимся ещё немного на классификации образов.

Чем же отличаются образы дисков с данными (установочные игр, программного обеспечения и т. д.) от образов аудио-дисков в lossless форматах? Можно\нужно ли воспроизводить последние, например, с помощью DAEMON Tools?

Мой Telegram-канал, в котором вы найдете сборники музыки в lossless-качестве (формат FLAC):

Источник

Психоакустика, lossless и что еще я знаю об аудио-стандартах

Относительно недавно попалось мне на глаза хоть и студенческое, но все-таки, на мой взгляд, интересное видео из «Курилки Гутенберга» под названием «Психоакустика: звуковые иллюзии». Видео вдохновило меня порыться уже в своих студенческих конспектах и материалах…

Признаюсь честно, я не очень любил предмет Audio Coding, будучи студентом TU Ilmenau на программе Communication and Signal Processing — стресс и юношеский максимализм делали свое темное дело. Однако, со стороны чаще я слышал противоположную точку зрения: «Классный предмет, че ты жалуешься? Один из ваших лекторов — сам Карлхайнц Брандербург — лови момент!»

Один из главных разработчиков формата MP3, если вы не узнали, позирует в наушниках. (источник изображения)

По прошествии времени я, конечно, пересмотрел свой взгляд на данный предмет. Знание на стыке цифровой обработки сигналов, биологии, физики и вычислительной техники — это же круто! Одна тема уже упомянутой психоакустики чего только стоит.

И вот однажды мне пришла в голову очередная авантюрная мысль, и я сказал себе: «Почему бы не написать научно-популярную статью про аудиокодинг? Так сказать, «для самых маленьких» — для таких же студентов, коим был и я»?

Структура статьи

Перечислим темы, о которых будем говорить.

Что ж, для матерых знатоков темы вряд ли найдется что-то новое, вещи довольно базовые, однако я буду рад дополнениям и корректировкам в комментариях! Всем заглянувшим заранее спасибо!

Введение

Я думаю, ни для кого из интересовавшихся темой аудиостандартов не секрет, что существуют в Мире две большие (и непримиримые между собой) парадигмы развития этих самых стандартов. А именно:

За первыми закрепилось звание тяжеловесных стандартов для меломанов. За вторыми стоит многолетняя практика применения: начиная от некачественных подборок музыки на дисках для MP3-плееров, кончая современными (достаточно качественными) потоковыми сервисами прослушивания музыки.

Если в двух словах, то первые стараются максимально точно воспроизвести исходный аудио-файл, убирая лишь избыточность (см. redundancy), а вторые на основе целой теории о том, как человек воспринимает звук, стараются максимально сжать исходный аудио-файл при минимально возможных потерях качества.

А теперь предлагаю поговорить об обеих концепциях чуть подробнее.

Перцептивные кодеки

Начнем со второй группы кодеков, а именно с их обобщенной схемы:

Рис. 1. Обобщенная структурная схема перцептивного кодирования.

Штука слегка специфичная, однако, людям работающим в сфере цифровой обработки сигналов, я думаю, знакомая. Нужен этот блок для того, чтобы разбить входной сигнал на диапазоны и через это иметь больше степеней свободы для компрессии.

Если кто-то интересуется тематикой могу предложить следующие ресурсы:

Это классика. Проходят данные темы обыкновенно в купе с азами теории информации, и потому по данной тематике есть целая база знаний из всевозможных семинаров на различных языках программирования (поэтому сегодня обсуждать подробно мы их не будем).

И вот по данному пункту хотелось бы поговорить более подробно. Ведь именно он и является основной точкой расхождения двух названных выше парадигм.

И начнем мы, так сказать, с самых основ — с биологии.

Анатомия — это ужас как интересно

Прежде чем говорить о том, как именно человек воспринимает звук, и какие математические модели под это можно подвести, поговорим о главном: что вообще позволяет человеку воспринимать звук?

Конечно же, слуховая система (auditory system)! А если быть точным, то преимущественно внутреннее и среднее ухо и их конкретные составляющие:

Рис. 2. Внутреннее строение человеческого уха.

Всё, вроде бы, интуитивно понятно, при условии некоторого багажа школьных знаний. Затруднение обычно вызывает только улитка: что значит эта заумная фраза: «индуцирует бегущие волны по длине базилярной мембраны»?

Как это ни парадоксально, но тут тоже всё достаточно просто. Во-первых, перечислим из чего состоит ушная улитка:

Барабанная перепонка передаёт звуковые колебания косточкам среднего уха;
косточки среднего уха передают колебания переимфе и эндолимфе;
под действием колебаний перелимфы и эндолимфы колеблется и базилярная мембрана;
из-за движений базилярной мембраны волосковые клетки вырабатывают сигналы, которые передаются нервным клеткам.

Подробнее предлагаю прочитать здесь и здесь.

Рис. 3. Внутреннее строение человеческого уха: базилярная мембрана в «развернутом» виде (ссылка на источник иллюстрации).

Благодаря форме базилярной мембраны (сужается к основанию) и тому, что к разным участкам данной мембраны подсоединяются клетки, отвечающие за восприятие разных частот, ушная улитка — это нелинейная система с частотной избирательностью.

А что если посмотреть на ушную улитку глазами цифровой обработки сигналов?

С точки зрения ЦОС, ушная улитка — это банк полосовых фильтров. При этом фильтры сильно перекрывают друг друга.

Рис. 4. Отклики тона в разных местах базилярной мембраны [1, c. 63].

Что изображено на рисунке:

Добрые люди нарисовали уже и полезные структурные схемы:

Рис. 5. Часть схемы модели восприятия (см. PEMO Model), касающаяся базилярной мембраны.

Перекрывающиеся фильтры показаны, на мой взгляд, очень наглядно.

В какой-то момент знание об ушной улитке, как о банке фильтров, решили как-то уложить в простую и доступную модель. В ходе ряда аудиторных экспериментов [1, c.82-85] ученые определили, что:

у частотных групп, на которые базилярной мембраной разбивается аудио-сигнал, фиксированная ширина полосы;

ширина полосы частотной группы зависит от средней частоты группы нелинейно.

Более того, для удобства, договорились считать, что фильтры нашей слуховой системы прямоугольные.

Всё вышеперечисленное в конечном итоге было обобщено в понятие шкалы Барков — шкалы критических диапазонов частот (см. RWTHxCA101 — Critical bands), ширина которых нелинейно зависит от средней частоты:

Рис. 6. Шкала Барков (источник).

Давайте, запомним этот факт, он нам еще пригодится.

Пока искал иллюстрации по шкале Барков наткнулся на это изображение:

bark scale by spooninglive

Хорошо, теперь мы чуть лучше представляем, что за система позволяет нам слышать. Более того мы выяснили, что органы слуха — это нелинейная частотно-избирательная система. Мы даже выяснили как устроена ее избирательность с точки зрения ширины критических диапазонов.

Но мы пока не говорили, одинаково ли мы слышим те или иные частоты. Быть может, есть какие-то подходящие эксперименты?

Порог в тишине

Конечно же, такие эксперименты есть. Более того, проведены такие эксперименты уже давно. Например, Эберхард Цвикер описывает один из них следующим образом [1, c. 63]:

Перед испытуемым, регистрирующим порог слышимости, ставится задача изменять при помощи переключателя уровень звукового давления так, чтобы с уверенностью отмечались моменты едва заметного появления и исчезновения звука. При этом перо самописца вычеркивает на бумаге зигзагообразную полосу, состоящую из вертикальных штрихов, в пределах которой окажутся те значения давления, для которых нет уверенности, был ли слышен звук или нет.

В конечном итоге, собрали 100 таких замеров от людей обоих полов в возрасте 20-25 лет и посчитали усредненные значения.

Рис. 7. Усредненные кривые порога слышимости для молодых испытуемых со здоровым слухом. [1, c. 64]

А потом медиана (кривая между 10% и 90% на рис. 7) была названа порогом слышимости (или «порогом в тишине«) и вошла в стандарты (в том числе и наш ГОСТ).

Рис. 8. Порог слышимости в тишине (threshold in quiet, hearing threshold), уровень риска повреждения органов слуха (risk of damage), уровень болевых ощущений (threshold of pain) (источник). Да, боль не предупреждает об опасности, а просто констатирует факт негативного влияния на слух.

Под это есть даже специальная формула:

где — это, как нетрудно догадаться, частота в килогерцах.

Проговорим суть порога слышимости ещё раз: чтобы какой-либо звук мог быть услышан, он должен превысить значение «порога в тишине». То есть эволюция все расставила так, что мы почти гарантированно услышим звуки вблизи 2-4 кГц, однако, почти так же гарантированно не услышим слишком низкие и слишком высокие частоты.

Порог в тишине в том виде, в котором он представлен на рисунке 5, актуален как правило для усредненной группы именно молодых людей. С возрастом восприятие высоких частот меняется:

В свое время этот факт, насколько я знаю, стал основой для тиражирования среди подростков ультразвукового сигнала вызова телефона: предполагалось, что взрослые (например, учителя) его слышать не будут, и поэтому не станут раздражаться на посторонние шумы. Ну, в годы моей молодости ничего, кроме «пыток» одноклассников раздражающим и назойливым звуком посреди урока со стороны кучки «пассионариев», эта идея не принесла…

Почему к данной кривой применяется словосочетание «в тишине»?

Потому что предполагается, что так люди воспринимают звук в отсутствии посторонних шумов. При появлении шума порог будет, как бы, «приподниматься». В случае широкополосного шума картина станет такой:

Рис. 8. Уровни порогов маскирования (термин обсудим ниже) белым шумом в зависимости от частоты тестового тона. Пунктиром отмечен уклон (slope) кривых на высоких частотах. [2, c. 62]

А в случае узкополосных шумов?

Маскинг (на пальцах)

В случае узкополосных шумов порог слышимости будет выглядеть так:

Рис. 9. Уровни, показывающие начало слышимости тестового тона, замаскированного тонами шириной критических диапазонов с центральными частотами 250 Гц, 1 кГц и 4 кГц и уровнем 60 дБ. [2, c. 64]

Быть может, моя следующая аналогия будет не совсем точной, но я вот смотрю на эту иллюстрацию и вижу, будто покрывало (порог слышимости) приподнимают снизу чем-то, вроде палки (тон) — и появляются скаты во все стороны (влияние на соседние частоты). И все, что под покрывалом, скрыто от наблюдателей. Замаскировано…

Этот феномен называют эффектом частотного маскирования (frequency masking). То есть шумы маскируют собой более слабые сигналы в частотной области.

Иными словами достаточно сильный тон влияет еще и на своих соседей. Выглядит это примерно так:

Рис. 10. Пример маскирования одного тона другим тоном более высокой частоты (источник).

То есть, иначе говоря, более сильный тон замаскировал своего более слабого соседа, и поэтому сосед перестал быть заметным для слуховой системы. Функция, которая определяет порог маскирования, называется функцией распространения (spreading function) и вычисляется на основе эмпирически полученных коэффициентов и шкалы Барков (формулы можно найти, например, в Википедии — см. Одновременная маскировка (Психоаккустика)).

Существует, к слову, и временное маскирование (маскирование во временной области): громкий сигнал маскирует собой как следующий за ним более слабый, так и предшествующий ему более слабый сигналы. Согласен, вторая часть утверждения звучит немного странно, но нужно все же держать в голове, что органы слуха и восприятия — это система со своей инерцией и задержками.

Возникает вопрос: зачем вообще тратить память на запись того, что в принципе не будет услышано?

Именно эта идея и стала базовой для перцептивных стандартов: удаляется не только избыточность на уровне эффективного кодирования, но и избыточность с точки зрения модели восприятия (irrelevance). Проводится такая «очистка» нерелевантных звуков на этапе квантования.

Подробно о процедуре квантования на основе психоаккустической модели можно прочитать здесь: Audio Coding Quantization and CodingMethods by Prof. Dr.-Ing. Karlheinz Brandenburg.

Суть состоит в том, что внутри каждого диапазона, полученного со входа банка фильтров, динамически вычисляется порог маскирования, и на его основе каждый отсчет квантуется и кодируется с таким шагом квантования, чтобы шум квантования оставался ниже некоторого допустимого порога.

А что же у lossless?

Если кратко, то данные форматы придерживаются двух основных принципов:

Структурная схема кодера выглядит так [3]:

Рис. 11. Lossless-кодер.

Сначала аудио-сигнал разбивается на фреймы (кадры) в целях достижения изменяемости: работа осуществляется не со всем тяжеловесным исходником, а только с его частью — с фреймом (не слишком большим, но и не слишком малым).

Далее идет первый этап избавления от избыточности — декорреляция отсчетов (сэмплов) внутри фреймов. Звучит немного заумно, но на практике ничего сложного. Проследим на примере самой, пожалуй, распространенной реализации — на примере кодирование с предсказанием (на основе линейных фильтров):

Рис. 12. Схема кодера с предсказанием.

Предиктор (предсказатель) высчитывает некоторое значение, предполагаемое на основе предыдущих отсчетов; исходя из него вычисляется ошибка предсказания e(n), и именно она сжимается дальше эффективными кодеками. За счет этого происходит некоторая экономия памяти без потери качества.

Здесь важно, чтобы кодер и декодер были абсолютно идентичными, вплоть до выбора метода округления (обычно выбирается стандарт из IEEE).

Рис. 13. Схема декодера с предсказанием.

Более подробно о предиктивном кодировании, а также о гибриде lossless с перцептивными подходами можно прочесть здесь: Prediction and Lossless Audio Coding Prof. Dr.-Ing. Karlheinz Brandenburg.

Вот такая лаконичная idea behind, в общем-то.

Мысли вслух (вместо послесловия)

Надеюсь смог хоть немного приоткрыть завесу идей, лежащих в основе. Рад буду вашим замечаниям и комментариям!

Слушайте хорошую музыку хорошего качества удобным для вас способом!

Литература

Цвикер Э., Фельдкеллер Р. Ухо как приемник информации //М.: Связь. – 1971.

Zwicker E., Fastl H. Psychoacoustics: Facts and models. – Springer Science & Business Media, 2013. – Т. 22.

M. Hans and R. W. Schafer, «Lossless compression of digital audio,» in IEEE Signal Processing Magazine, vol. 18, no. 4, pp. 21-32, July 2001.

Источник