что такое lossless audio
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):
Lossless audio. Что такое и с чем едят. [Длиннопост]
Ну lossless это еще не все..
Нужна звуковая карта хорошая, и нормальные колонки..
А со встроенной звуковой, и обычными колонками за 4т.р. разница почти не заметна.
По моему это идеальные плеера для воспроизведения Lossless музыки и по моему iPod’ы тут рядом не стояли.
О, тут же есть шарящие в звуке люди? Совет нужен)
Хочу перевести прослушивание музыки на новый уровень.
Сейчас 2 колонки edifier r1900tii, звуковуха встроенная (realtec alc888)
хочется собрать что то вроде этого)
я так понимаю надо покупать как минимум усилитель, потом скорее всего саб, и надо ли менять мои колонки или и эти пойдут?)
или что ещё посоветуете, может статьи есть какие нибудь, на простом языке и без аудиофильских загонов?) 
Я себе прикупил усилитель NAD и колоночки Cabasse. И невозможно слушать музыку из ВК, звук плоский, а плохие записи как в радиоточке на кухне.
Тот случай когда автор типа шарит в аудио, но не шарит в визуале, и делает вырвиглазную херню в виде длиннопостов
Длиннопост о том как такую музыку воспроизвести на ПК не помешает)
Вроде слышал что их нужно как то качать архивами и запускать через всякие Алкоголи120 и т.п.
Вообщем пытался как то послушать этот формат но дельного и понятного для нуба описания не нашёл)
Телевидение
Инженерный подход к решению проблемы
Чтоб ты сдох.
. а, ты же сдох. Спасибо.
Из Вестей: «Губденский, на которого в Instagram подписаны полмиллиона человек, любил выкладывать видео с опасным вождением и нарушениями правил дорожного движения».
К сути. Есть некий блохер, который зарабатывает бабло на том, что показывает как он нарушает ПДД, чем провоцирует своих подписчиков-долбоёбов на то же самое. В итоге перегнул палку и выпилился на встречке, спасибо, что невиновного со встречки с собой не забрал. Надеюсь, хоть нескольких из его идиотов-подписчиков данное событие отрезвит. Не будь долбоёбом- соблюдай ПДД.
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.
Lossless Audio в Apple Music: что это и как его послушать
Это правда звучит лучше?
В 2021 году в Apple Music появится 75 миллионов песен в формате Lossless Audio, который обещает побитовую точность воспроизведения, почти как на студии звукозаписи.
Что такое lossless
Музыкальные файлы сохраняют в специальных форматах — кодеках. Их основные характеристики:
На студии создают аудиозаписи с максимальным количеством делателей. При кодировании детали теряются, как при переносе «Моны Лизы» в цифровое изображение.
Простейшим цифровым аудиоформатом считается mp3, уровнем выше стоит AAC, еще выше — ALAC и Flac. Последние два как раз относятся к lossless, то есть к звуку без потерь. Считается, что при кодировании в эти форматы звучание трека и детали сохраняются.
Формат Flac предлагает разрядность до 32 бит и частоту до 655 кГц, его можно загрузить в любой Hi-Fi-плеер.
ALAC (Apple Lossless Audio Codec) — его аналог, разработанный Apple, он предоставляет разрядность до 24 бит и частоту до 192 кГц (Hi-Res Lossless).
Что слушать
Уже сейчас в Apple Music доступно 20 миллионов песен в формате Lossless Audio. Весь каталог сервиса — 75 миллионов — компания обещает
выложить до конца года.
Всего в Apple Music доступно два формата качества без потерь:
Они доступны на следующих устройствах:
Все песни с повышенным качеством отмечаются отдельным значком.
Как включить
На чем слушать
При подборе усилителя обратите внимание, чтобы он подключался по Lightning (для iPhone), USB-C или 3,5 мм (для Macbook и iMac), так как использование дополнительных переходников испортит сигнал. Качество выходящего из ЦАП звука должно быть не ниже 24 бит при 192 кГц.
Наушники стоит подбирать исходя из характеристик усилителя или устройства, к которому они будут подключаться. Для портативных устройств это обычно 16–32 Ом. Например, ЦАП Fiio K3
способен выдать 32-битный звук при 192 кГц. При подключении наушников по 3,5 мм выходная мощность составит 120 мВт при сопротивлении 32 Ом. Если подключить к нему наушники с большим сопротивлением, то громкость заметно упадет, но если сопротивление будет 16 Ом, то мощность возрастет до 220 мВт.
Hi-Fi наушники для примера:
Могу ли я слушать lossless в наушниках Apple?
Компания Apple открыто говорит
, что наушники AirPods, AirPods Pro, AirPods Max и Beats используют только кодек AAC. Полноценные lossless-форматы они не поддерживают.