关于音乐格式

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关于音乐格式

音乐格式五花八门，多如牛毛，但不外乎分为两大类：一类为音乐指令文件（如MIDI），一般由音乐创作软件制作而成，它实质上是一种音乐演奏的命令，不包括具体的声音数据，故文件很小；另一类为声音文件，是通过录音设备录制的原始声音，其实质上是一种二进制的采样数据，故文件较大。

从播放形式上，声音文件还可以分为“音频流”和“非音频流”两种，前者能够一边下载一边收听，比如“.WMA”、“.RA”、“.MOV”等，后者则不能。所谓流媒体技术就是把连续的影像和声音信息经过压缩处理后放上网站服务器，让用户一边下载一边观看、收听，而不需要等整个压缩文件全部下载到自己机器后才可以观看的技术。

下面，将各种音乐文件的格式收集整理如下：



流式音频：Windows Media Audio(WMA)

WMA就是Windows Media Audio的缩写，是微软自己开发的Windows Midea Audio技术。它和Windows Midea Video一样，经历了几代改良后，变得非常出色。比起老掉牙的MP3压缩技术，WMA无论从技术性能(支持音频流)还是压缩率(比MP3高一倍)都远远把MP3抛在后面了。 据微软声称，用它来制作接近CD品质的音频文件，其体积仅相当于MP3的1/3。在48Kbps的传送速率下即可得到接近CD品质(Near－CD Quality)的音频数据流，在64Kbps的传送速率下可以得到与CD相同品质的音乐，而当连接速率超过96Kbps后则可以得到超过CD的品质。


流式音频：RealMedia(RA/RM/RAM)

RealMedia采用的是RealNetworks公司自己开发的Real G2 Codec，它具有很多先进的设计，例如，SVT(Scalable Video Technology)，该技术可以让速度较慢的电脑不需要解开所有的原始图像数据也能流畅观看节目；双向编码(Two－Encoding)技术类似于VBR，它可通过预先扫描整个影片，根据带宽的限制选择最优化压缩码率。RealMedia音频部分采用的是RealAudio，它具有21种编码方式，可实现声音在单声道、立体声音乐不同速率下的压缩。


流式音频：QuickTime(MOV)
QuickTimeApple的QuickTime是最早的视频工业标准，在1999年发布的QuickTime 4．0版本后开始支持真正的实时播放，其格式为“．mov”。它的视频压缩部分采用Sorenson Video技术，该技术支持VBR(Variable Bit Rate)，也就是我们常说的动态码率，它可以动态地分配带宽以尽可能小的文件获得最好的播放效果，并能使在解压缩时获得平滑流畅的画面。音频部分QuickTime采用一种名为QDesiglMusic的技术，据说是一种比MP3更好的音频流技术。


VQF

VQF即TwinVQ（Transform－domain Weighted Interleave Vector Quantization），是由NTT（Nippon Telegraph and Telephone）与Yamaha共同开发的一种音频压缩技术。VQF的音频压缩率比标准的MPEG音频压缩率高出近一倍，可以达到18:1左右甚至更高。也就是说把一首4分钟的歌曲（WAV文件）压成MP3，大约需要4MB左右的硬盘空间，而同一首歌曲，如果使用VQF音频压缩技术的话，那只需要2MB左右的硬盘空间。因此，在音频压缩率方面，MP3和RA都不是VQF的对手。
如此之高的压缩率是否会影响音质呢？实际聆听的结果告诉我们——不会。当VQF以44KHz、80kbit/s的音频采样率压缩音乐时，它的音质优于44KHz、128kbit/s的MP3，当VQF以44KHz、96kbit/s的频率压缩时，它的音质几乎等于44KHz、256kbit/s的MP3！经SoundVQ压缩后的音频文件在进行回放效果试听时，几乎没有人能听出它与原音频文件的差异。



AIFF(AIF/AIFF)

AIFF是音频交换文件格式(Audio Interchange File Format)的英文缩写，是Apple公司开发的一种声音文件格式，被Macintosh平台及其应用程序所支持，Netscape Navigator浏览器中的LiveAudio也支持AIFF格式，SGI及其它专业音频软件包也同样支持AIFF格式。AIFF支持ACE2、ACE8、MAC3和MAC6压缩，支持16位44.1kHz立体声。



Audio(AU)

Audio文件是Sun微系统公司推出的一种经过压缩的数字声音格式。AU文件原先是UNIX操作系统下的数字声音文件。由于早期Internet上的Web服务器主要是基于UNIX的，所以.AU格式的文件在如今的Internet中也是常用的声音文件格式，Netscape Navigator浏览器中的LiveAudio也支持Audio格式的声音文件。


Voice(VOC)

Voice文件是新加坡著名的多媒体公司Creative Labs开发的声音文件格式，多用于保存Creative Sound Blaster系列声卡所采集的声音数据，被Windows平台和DOS平台所支持，支持CCITTA Law和CCITTμLaw等压缩算法。在DOS程序和游戏中常会遇到这种文件，它是随声卡一起产生的数字声音文件，它与WAV文件的结构相似，可以通过一些工具软件方便地互相转换。

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Module(MOD、S3M、XM、MTM、FAR、KAR、IT)

模块(Module)格式同时具有MIDI与数字音频的共同特性——既包括如何演奏乐器的指令，又保存了数字声音信号的采样数据。因此，其声音回放质量对音频硬件的依赖性较小，也就是说，在不同的机器上可以获得基本相似的声音回放质量。模块文件根据不同的编码方法有MOD、S3M、XM、MTM、FAR、KAR、IT等多种不同格式。


MIDI(MID/CMF/RMI)

MIDI是乐器数字接口(Musical Instrument Digital Interface)的英文缩写，是数字音乐/电子合成乐器的统一国际标准。MIDI规范由美、日几家著名电子乐器厂商于1983年共同制定，目的是解决各种电子乐器间存在的兼容性问题。MIDI规范不仅定义了电脑音乐程序、音乐合成器及其它电子音乐设备交换音乐信号的方式，而且还规定了不同厂家的电子乐器与电脑连接的电缆和硬件及设备间数据传输的协议，可用于为不同乐器创建数字声音，能很容易地模拟钢琴、小提琴等传统乐器的声音。MIDI本身并不能发出声音，它是一个协议，只包含用于产生特定声音的指令，而这些指令则包括调用何种MIDI设备的音色、声音的强弱及持续的时间等。电脑把这些指令交由声卡去合成相应的声音（如依指令发出钢琴声或小提琴声等）。最初，因为不同MIDI设备的乐器音色排列方法不一，所以会造成同一MIDI文件在不同的设备上会出现完全不同的放音效果（比如一个钢琴音色的MIDI文件，在不同设备上播放时会变成小提琴或者小号的音色）。为避免出现这种混乱情况，GM(General MIDI，通用MIDI)标准被提出并得到了Windows操作系统的支持，得到了相当广泛的应用。它规定了前128种常用乐器音色的编排方式，例如1号是钢琴、66号是萨克斯管等等。GM标准还描述了成为GM兼容格式的硬件设备应具有的其它特征，如GM标准音源同时发音数不少于24，MIDI通道为16，第10通道为打击乐声部等等，它实际上是对MIDI规范的补充。
    Roland公司提出的GS标准在兼容GM标准的基础上，对其进行了发展，增强了音乐的表现力——它提供比GM标准数量更多的打击乐器组和更多的特殊音效。GS标准具有广泛的软硬件适应性，包括声卡、音乐爱好者的娱乐乐器到专业音乐器材等。后来，Yamaha公司又提出了基于GM标准的XG标准。相对于保存真实采样数据的声音文件，MIDI文件显得更加紧凑，其文件的大小要比WAV文件小得多——一分钟的WAV文件约要占用10MB的硬盘空间，而一分钟的MIDI却只有区区的3.4KB。现在，MIDI已经成为电脑音乐的代名词。
电脑播放MIDI文件时, 有两种方法合成声音: FM合成和波表合成。FM合成是通过多个频率的声音混合来模拟乐器的声音;波表合成是将乐器的声音样本存储在声卡波形表中，播放时从波形表中取出来产生声音。采用波表合成技术可以产生更逼真的声音。
MIDI文件有几个变通的格式，其中CMF文件是随声卡一起使用的音乐文件，与MIDI文件非常相似，只是文件头略有差别；另一种MIDI文件是Windows使用的RIFF文件的一种子格式，称为RMID，扩展名为RMI。


声音波形文件(WAV)

由Microsoft公司开发的一种WAV声音文件格式，是如今电脑上最为常见的声音文件格式，它符合RIFF(Resource Interchange File Format)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。Wave格式支持MSADPCM、CCITTALaw、CCITT μ Law和其它压缩算法，支持多种音频位数、采样频率和声道，但其缺点是文件体积较大（一分钟44kHZ、16bit Stereo的WAV文件约要占用10MB左右的硬盘空间），所以不适合长时间记录。


MPEC音频文件（MP1/MP2/MP3）

MPEG(Moving Picture Experts Group，活动图像专家组)代表的是MPEG活动影音压缩标准，MPEG音频文件指的是MPEG标准中的声音部分，即MPEG音频层(MPEG Audio Layer)。MPEG音频文件根据压缩质量和编码复杂程度的不同可分为三层(MPEG Audio Layer 1/2/3)，分别与MP1、MP2和MP3这三种声音文件相对应。MPEG音频编码具有很高的压缩率，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存储空间，而经过MP3压缩编码后只有1MB左右，同时其音质基本保持不失真。因此，目前Internet上的音乐格式以MP3最为常见。
MP3为降低声音失真采取了名为“感官编码技术”的编码算法：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。虽然它是一种有损压缩，但是它的最大优势是以极小的声音失真换来了较高的压缩比。


MP4

MP3问世不久，就凭着较高的压缩比（12：1）和较好的音质创造了一个全新的音乐领域。然而，MP3的开放性却最终不可避免地导致了版权之争。在这样的背景下，文件更小、音质更佳，同时还能有效保护版权的MP4就应运而生了。
MP4与MP3之间其实并没有必然的联系。首先，MP3是一种音频压缩的国际技术标准，而MP4却是一个商标的名称。其次，它采用的音频压缩技术也迥然不同，MP4采用的是美国电话电报公司（AT＆T）所研发的、以“知觉编码”为关键技术的a2b音乐压缩技术（http://www.a2bmusic.com），可将压缩比成功地提高到15：1（最大可达到20：1）而不影响音乐的实际听感。同时，MP4在加密和授权方面也做了特别的设计。它有如下特点：
（1）每首MP4乐曲就是一个扩展名为.exe的可执行文件，在Windows里直接双击就可以运行播放，十分方便。MP4的这个优点同时又是它的先天缺陷---容易感染电脑病毒！
（2）更小的体积！更好的音质？相对先进的a2b音频压缩技术的采用，使MP4文件大小仅为MP3的3/4左右，从这个角度来看，MP4更适合在Internet上传播，而且据说音质也更胜一筹，但我怎么也没听出它比MP3的音质更为优越。
（3）独特的数字水印。MP4乐曲采用了名为“Solana”技术的数字水印，可方便地追踪和发现盗版发行行为。而且，任何针对MP4的非法解压行为，都可能导致MP4原文件的损毁。
（4）支持版权保护。MP4乐曲还内置了包括与作者、版权持有者相关的文字、图像等版权说明，既可声明版权，又表示了对作者和演唱者的尊重。
（5）比较完善的功能。MP4可独立调节左右声道音量控制；内置波形/分频动态音频显示和音乐管理器，可支持多种彩色图像、网站链接及无限制的滚动显示文本。

音频应用

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