知识分享：无损音乐知识入门篇之音质极近似CD音质的压缩格式：ATRAC（有损压缩）

我再介绍一种音质极近似CD音质的压缩格式：ATRAC（有损压缩）
自认为的优点就是在保证音质的情况下，最大程度的节省空间，可以作为一种无损的代替，它的音质比320k的mp3好N多；

简介
MD的压缩格式，即Adaptive Transform Acoustic Coding，自适应声学转换编码技术。是一种有损压缩格式。是一项基于听觉心理学领域的研究和不损伤可闻声质量的数码音频译码压缩技术，对音乐资讯有效的进行压缩，压缩的比率为原来的五分之一，因为MD使用了ATRAC压缩技术，这样的压缩大大节省了许多空间，所以 CD的碟片要120mm大小，而MD只需64mm就可以录下74分钟的音乐。

原理
它是根据心里声学原理，把人耳所不能分辨的声音信号的强度、方位、音调、音色舍去，从而在一张容量不大的MD空白碟片上存储高品质的音乐。
ATRAC将16比特44.1KHz的数字信号以频率响应轴分成52个区段（在低频时分割较细而在高频时分割较粗），根据声音心理学的原理，将声音信号中人耳听不到和对人的听力影响不大的信息给剔除出去而达到缩小声音文件的目的。利用这种原理，ATRAC可以将录音的资料量压缩为原来的五分之一（即压缩比为1：5）。

特点
ATRAC压缩技术主要是利用了人耳的蔽遮效应，在心理声学原理上，在进行音频录入的同时，有许多外部的频段同时也会被录入，当人耳同时听到两个不同频率、不同音量的声音时，音量较小的低频及音量较小的高频连同不为人耳所察觉的频段信号都会被自动减弱或忽略不予记录，因此又可以称为适应性变换声码技术，由于近年来编码压缩技术（ATRAC的版本）越来越成熟，所以经过编码解码过程后的声音仍直逼CD。
ATRAC格式虽然在算法上比MP3更优秀，但自身非常封闭，兼容性较差，导致市场接受度一直很低。


历史
ATRAC家族至今有近10年的历史，而目前使用ATRAC/ATRAC3格式的产品包罗万象，从最早的MD机到目前NETWORK WALKMAN、手机、PDA等产品，各种产品线不断完善，而这一切都缘于一个主线——ATRAC/ATRAC3，这也是野心勃勃的电子巨人——索尼（SONY）公司手中最强的王牌。
　　首先我们来看看ATRAC的由来。20世纪80年代索尼公司与飞利浦（Philips）公司共同制订的CD（Compact Disc）格式虽然使得CD具有完美的音质，但由于CD的尺寸被限定为12cm，不太适合随身听，便携性方面远不如磁带随身听，而且CD是只读的，无法自行录制音乐。因此索尼看到了市场上的这一空白，决心开发一种全新的音频技术，而与SONY共同制定CD标准的飞利浦也有相同的想法，但在介质使用方面大家却存在很大的分岐，飞利浦仍然坚持走磁带路线，开发了DCC（Digital Compact Cassette）技术。在1989年，研制成功的可录性MO技术为索尼公司指明了方向，利用这种MO技术，可以让存储介质的体积进一步缩小，这就是64mm的MD（Minidisc）碟。1992年，索尼公司终于推出新一代便携式录放机——也就是我们今天所使用的MD随身听，而在MD中使用的压缩算法就是ATRAC。
　　
ATRAC的底细
　　ATRAC全称Adaptive TRansform Acoustic Coding（自适应声学转换编码），是一套基于心理声学原理的音响译码技术。它的主要任务的是：一、把16位、44.1kHz的立体声音频进行压缩；二、使硬件执行简单便宜，适合便携的播放和录制使用。
　　统计分析表明，声音信号中存在多种冗余度，编码时可以除去这些冗余从而减小文件体积，在解码时这些冗余可以再重新建立。而ATRAC技术就是利用人耳听觉的心理声学特性(频谱掩蔽特性和时间掩蔽特性)以及人耳对信号幅度、频率、时间的有限分辨能力，编码时凡是入耳感觉不到的成分不编码，不传送，即凡是对人耳辨别声音信号的强度、音调、方位没有贡献的部分(称为不相关部分或无关部分)都不编码和传送。除了在编码过程中使用这种心理声学特性，ATRAC算法还把它应用在时间-频率的分割过程中。通过结合子频带译码和转换译码技术，输入的信号被分析到不均匀的强调重要低音区域的频率分割。另外，ATRAC使用一个可变块长度改编输入的信号。这可以确保在稳定通过时高效的译码而不会在瞬时通过时影响时间的分辨率。ATRAC就是利用这些特点来工作的。可以说ATRAC充分利用了心理声学中的等响曲线、屏蔽、临界频带等原理，把音频数据减少到原来的1/5，而采样率为（位速率）285kbit/sec。正因为ATRAC压缩算法充分利用了人耳的遮蔽效应原理，所以音质直逼CD。更重要的是ATRAC加入了版权保护系统SCMS，在MD机上不允许二次数码复制，完全没有版权问题，这些正是ATRAC的成功之处。
　　凭借着ATRAC压缩算法和MD盘介质，索尼的MD终于打败了飞利浦的DCC，但这并不意味着MD就拥有了随身听市场，因为早期的MD机受ATRAC芯片所限，音质并不令人满意，在这里我们要分清ATRAC/ATRAC3算法与ATRAC芯片的关系，前者是压缩算法，后者是硬件编码/解码芯片。让我们来看看表1中各个ATRAC芯片版本的区别。
　　
　　表1
　　ATRAC版本 IC 芯片型号 频率极限 噪音 音质 处理过程 使用日期
　　ATRAC 1.0 CXD-2527 15kHz 大 金属性较强 16×16比特乘法 1993/02
　　ATRAC 2.0 CXD-2531 18kHz 比ATRAC 1.0低很多 接近DAT音质 16×24比特乘法 1993/11
　　ATRAC 3.0 CXD-2536 18kHz 动态过滤器间断时没 在盲听测试中与 使用块浮动类型计算改进小 1994/11
　　 有噪音 DAT没有差别 信号时的性能
　　ATRAC 3.5 CXD-2536A 18kHz 相当于DAT 相当于DAT音质 24×24比特乘法 1995/06
　　 CXD-2536B 1995/10
　　ATRAC 4.0 CXD-2650R 19kHz 相当于DAT 相当于DAT音质 1996/08
　　 CXD-2652AR 自适应高频带控制，频率响
　　ATRAC 4.5 CXD-2537R 20kHz 相当于DAT 相当于DAT音质 应推进到20kHz，更高精度的 1996/12
　　 CXD-2654R 计算使噪音降低了3dB 1998/09
　　ATRAC 5.0 SHARP芯片* 20kHz 相当于DAT 相当于DAT音质 1999
　　ATRAC 6.0 SHARP芯片* 20kHz 相当于DAT 相当于DAT音质 1999
　　*注：夏普的机器使用的是自己的ATRAC芯片，而且版本发布的速度比索尼还要更快一点，目前在其主打机型上的已经是第七代的ATRAC芯片了——采用.25工艺的ATRAC 6.0。而索尼则还是采用的是ATRAC4.5的芯片。
　　 　　
　　从表1可以看出，ATRAC芯片的版本对于ATRAC压缩算法的音质有着非常重要的影响，就是说有了好的压缩算法，还必须有完善的硬件芯片支持才行，而各个版本的ATRAC芯片改进主要集中在提高信号处理步骤的数学精度和比特分配处理的准确性上。目前ATRAC芯片技术已相当成熟，使得ATRAC的音质达到最高峰，尤其在加入“TYPE-R”DSP后，ATRAC的音质更上一层楼。所谓“TYPE-R”技术全称ATRAC专用DSP TYPE-R，即拥有2倍的信号处理能力，可通过TYPE-R DSP将各频段的信号重新进行再分析及再分配，从而对信号进行更加精确的记录，大大提高了高频性能，是目前MD编码技术中最高水准的录音编码方式。

　　百尺竿头更进一步——ATRAC3 ATRAC压缩算法基于其技术特点，被局限在MD机领域中使用，而且正当MD不断发展的同时，另一音频格式——MP3异军突起。MP3压缩算法全称MPEG (Movie Picture Experts Group) 1 Layer 3，其压缩比是1∶12，比ATRAC算法更高，采样自由度更高，可由用户自行从32~320kb/s选择，而因为ATRAC算法是固定采样率的，因此MP3算法可选择较低的采样从而节省存储空间，比较常用的就是128kb/s的采样率，所占有的数据空间只有ATRAC算法的一半，而且音质相对还可以应付，因此用户为了以音质换取存储空间从而选择MP3，这使得靠互联网起家的MP3格式大有赶超MD之势，尤其是韩国世韩公司成功推出第一台MP3随身听后，各种MP3随身听的产品如雨后春笋一样横扫随身听市场。作为电子巨人的索尼公司当然不能坐视不理，这就引出了ATRAC3算法。

2000年索尼公司正式推出了ATRAC3压缩算法，新的ATRAC3压缩算法是在ATRAC压缩算法的基础上发展而来的（在ATRAC与ATRAC3之间并没有ATRAC2算法，而是直接以ATRAC3正式推出），ATRAC3算法采样率分别采用132kb/s、66kb/s两种，可以比原先的ATRAC算法提供2倍甚至4倍的存储容量，虽然高频部分与ATRAC略有差别，但音质基本能保持ATRAC的水准。

可惜的是市场不是索尼公司一厢情愿的事，首次使用ATRAC3算法的NETWORK WALKMAN推出后反映平平，其中原因除了价格比MD随身听昂贵之外，完善的版权保护系统对于习惯了使用能“自由”传播的MP3用户而言，似乎不能一下子接受这样的限制。基于以上的重重原因，ATRAC3最初并没能形成气候。而将ATRAC3发扬光大的还是MD随身听，当索尼把ATRAC3技术加入MD播放器中，新的“MDLP”规格在MD随身听中诞生啦！其实“MDLP”技术就是在MD随身听上的ATRAC3，LP2即相当132kb/s采样、LP4模式即相当于66kb/s采样。通过MDLP技术，一张普通的可以录制80分钟音乐的盘片可以达到160分钟甚至320分钟的容量，也就是在不增加盘片成本的情况下，一张MD盘可以当两张或四张盘使用，这使本来就已经很便宜的MD盘来说就显得更加超值，相对于MP3 PLAYER昂贵的闪存来说就形成鲜明的对比，由此可见新的压缩算法的介入令MD随身听重新焕发新的生命，一时间MDLP的风头完全把MP3遮盖了，成为对付MP3 PLAYER最有力的武器，MDLP的加入也为日后NetMD奠定了坚实的基础。

通过索尼公司的MDLP授权，其它厂家也能生产支持MDLP的MD随身听，以后新出的MD随身听也将全都支持MDLP规格，至此ATRAC3很快成为业界标准。除了MD随身听，索尼公司还再接再厉得推出与ATRAC3相关的产品，如新款的NETWORK WALKMAN承势而去，在索尼手机中也加入对ATRAC3的支持，而CLIE N700C掌上电脑的推出更是为Palm掌上电脑创造了音频播放的神话。2001年索尼公司更推出全新的NetMD标准以及基于这种标准的NetMD录放设备，包括MD随身听、MD座、NetMD电脑等，而这一切产品都是围绕着ATRAC3格式，ATRAC3的广泛应用，无疑把ATRAC家族推向更高峰。