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未来音乐的格式——Opus格式

薛滨海
2023-12-01

  最近还在搞桌面化视频网站系统,因为播放技术才用的是html5里标签,所以经常去了解该标签支持的格式,今天发现其支持的一个音频格式Opus格式,发现这个音频格式真的会成为未来音频发展的趋势。下面我具体介绍下Opus格式。

一、Opus格式简介:
 

Opus是一款开源、免费、自由度高的有损音频编解码器,融合了Skype的SILK和XVID的CELT 技术,拥有比AAC、OGG等其它有损格式更大的压缩率。它已经被标准化互联网组织IETF认证通过,是AAC后新一代的编码格式,目前处在开放阶段就已经获得foobar、Skype、Firefox等的大力支持和推广,并且为HTML5标准加入了一股重要力量。
官方网站:opus-codec, 内有源代码下载。

二、特性
Opus的前身是celt编码器。在当今的有损音频格式争夺上,拥有众多不同编码器的AAC格式打败了同样颇有潜力的mpc、ogg等格式,而在Opus格式诞生后,情况似乎不同了,Opus单单是在目前的开发阶段就已经取得了技术上诸多的优势。通过诸多的对比测试,低码率下Opsu完胜曾经优势明显的HEAAC,中码率就已经可以媲敌码率高出30%左右的AAC格式,而高码率下更接近原始音频。
Opus的优势可以参看官方的测试对比:https://people.xiph.org/~greg/opus/ha2011/ 以及著名的hydrogenaudio论坛的公开测试:http://listening-tests.hydrogenaudio.org/igorc/results.html

    三、播放
Opus格式音频可以使用gstreamer, libavcodec,Foobar2000,Firefox(15 Beta或更新)等播放,推荐Foobar2000 1.1.14beta 1或者更新的版本播放。我这样的Firefox高度依赖者用Firefox播放也很爽,只是不能控制音量。

四、编码(含教程)
编码毫无疑问是重头戏,同AAC一样,Opus支持vbr cbr cvbr三种编码模式,vbr当然依旧是编码效率最高的模式。不同于Itunes AAC动不动就是20Kbps的码率估算差值,Opus的VBR码率控制的非常出色,平均码率和估算值一般只有4Kbps以内。
Opus的码率支持6 kbps到510kbps,采样率支持8 kHz到48 kHz(这点和qtaac相似,但都比不上Nero aac最高的96kHz,不过一般的CD级别的足够了)最大支持255声道……
值得注意的是,普通的CD级音频所用的44.1kHz采样率通过Opus编码后会重采样到48kHz,至于为什么这么做OpusFAQ上有解释,下面的测试环节同样证明重采样到48kHz并无任何坏处。

http://www.saunalahti.fi/~cse/Opus/
有国外的网站出了一个相当详细的转换教程,不过适用于自定义编码需要输入命令行(用熟练了推荐命令行,非常方便)。附上命令行参数:

Quote:

Usage: opusenc [options] input_file output_file.opus

Encodes input_file using Opus. It can read the WAV, AIFF, or raw files.

General options:
-h, --help        This help
-v, --version      Version information
--quiet            Quiet mode

input_file can be:
  filename.wav      file
  -                stdin

output_file can be:
  filename.opus    compressed file
  -                stdout

Encoding options:
--speech          Optimize for speech
--music            Optimize for music
--bitrate n.nnn    Encoding bitrate in kbit/sec (6-256 per channel)
--vbr              Use variable bitrateencoding (default)
--cvbr            Use constrained variablebitrate encoding
--hard-cbr        Use hard constant bitrate encoding
--comp n          Encoding complexity (0-10, default:10)
--framesize n      Maximum frame size in milliseconds (2.5, 5,10, 20, 40, 60, default: 20)
--expect-loss      Percentage packet loss to expect (default: 0)
--downmix-mono    Downmix to mono
--downmix-stereo  Downmix to stereo (if >2 channels)
--max-delay n      Maximum container delay in milliseconds(0-1000, default: 1000)

Diagnostic options:
--save-range file  Saves check values for every frame to a file
--set-ctl-int x=y  Pass the encoder control x with value y (advanced)
                     Preface with s: to direct the ctl to multistream s
                     This may be used multiple times
--uncoupled        Use one mono stream per channel

Metadata options:
--comment          Add the given string as an extracomment This may be used multiple times
--artist          Author of this track
--title            Title for this track

Input options:
--raw              Raw input
--raw-bits n      Set bits/sample for raw input (default: 16)
--raw-rate n      Set sampling rate for raw input (default:48000)
--raw-chan n      Set number of channels for raw input (default:2)
--raw-endianness n 1 for bigendian, 0 for little (defaults to 0)
--ignorelength    Always ignore the datalength in Wave headers


     新版的Foobar已经有了更简单的可视化转换界面,下面就分步骤详细讲解:
1、从 http://opus-codec.org/downloads/下载最新版的Windows平台的opus工具包。



2、解压工具包,将其中的 opusenc.exe程序放置到Foobar 根目录下。





3、打开Foobar,打开转换器设置界面,在“输出格式”中打开“新建”。




4、在“编码器”中选择“Opus”,“比特率”选项中选择合适的码率( 无损转换Opus推荐选择256,下面的对比测试中会解释的),“比特率管理”中用默认的 VBR即可,“调整”选项中最好选择“ 音乐





5、点击确定,你就可以在“选择输出格式”中看到“Opus”啦,然后转换即可。





五、对比测试
测试条件(都是些低端但有口碑的设备,见笑了):
声    卡——乐之邦 茉莉
耳    机——拜亚动力DT235
操作系统——Windows 7 Ultimate 32bit SP1
播放软件——Foobar2000 1.1.14a Final
音    源——无损音轨:
   Coldplay - Viva La Vida 《Greatest Hits》16Bit/44.1KHz
   Coldplay - Yellow 《Greatest Hits》16Bit/44.1KHz
Coldplay - Clocks 《Greatest Hits》16Bit/44.1KHz
Vivaldi - 4 Seasons Spring Allegro 《Gala Stradivarius Concert》16Bit/44.1KHz
Gamma Ray - My Temple 《Majesty》16Bit/44.1KHz
Eric Clapton - Wonderful Tonight 《Slowhand》(StereoSACD) 24bit/88.2KHz
Hans Zimmer & James Newton Howard - Why SoSerious 《The Dark Knight OST》24bit/96kHz
所选曲目有流行、古典、民谣、金属等,覆盖范围较广。
     测试方法——
    44.1KHz采样的音源直接用Foobar转换成VBR模式的苹果Quciktime aac(简称qtaac)和opus,高于48KHz的音源SSRC重采样到16Bit/48KHz的Wave,再用生成的Wave用Foobar转换成VBR模式的qtaac和opus,进行盲听测试。

测试结果——
    从听感来讲,256K的Opus让我虎躯一震,它蕴含的音频素质超过了我的预期,低频上同qtaac对比好不少,与Lame编码的MP3格式刻意下潜的低频不同,Opus饱满丰盈的低频与无损差别甚微,中频扎实,既没有Nero稍稍的刻意渲染也无削弱感,高频没有qtaac稍稍毛刺那样的感觉,干净利落,一句话概括, opus 的特点就是扎实,还原度非常优秀。

频谱对比:
无损——



Opus 音乐优化——


Opus 默认——


qtaac——


对众多的频谱党来说,这才是他们关心的环节。我再次(也不知多少次)强调: 频谱和听感是完全不同甚至多数时候是完全相反的!!无损的频谱好看,那是因为有充足的码率,对于码率有限的有损音频来说,频谱几乎是一无是处!!! 同编码器、同码率的有损音频,频谱越好看听感其实越差,与其将码率用于人耳难以分辨的20KHz以上远远不如省下码率用在20KHz以下!
现在我还是要将无损、qtaac和Opus的频谱做对比,是用来解释为什么Opus的声音素质要强于qtaac,同时也能看到Opus令我极为惊讶的超强表现!!
频谱图赏析:
1、同码率下qtaac的范围到了22KHz,Opus到20KHz, Opus 的实际听感更好
2、Opus的音乐模式编码和默认模式编码的频谱 看不出有丝毫的不同,但是用hash工具又能得出两个文件并不一样。
3、仔细对比一下,Opus的频谱图就像是 无损的频谱图等比缩放到20KHz以内,强悍到令人震惊啊!!我捣鼓有损音频格式也有些年头了,还真是第一次见到和无损音频如此接近的频谱图,其它有损格式即使码开到最高,频谱图也有很大的改变。

再把无损转化为48K 80K 128K 192K 224K 288K320K 512K,分析频谱图(不贴图了,所有原图可以在下面的链接中下载)+盲听可以得到三点结论:
1、频谱范围全在0-20KHz之间,可以说从频谱上看不出音质好坏。
2、从我的设备上讲192K以上的编码想要听出差别已经相当难了。
3、320K以下的编码在频谱上有些异同,而320K以上几乎没有异同了。
结论: 码率选择最好在192K-320K之间,所以256K很合适。




    再看看这两张频谱图,你能想像的到有 一张是40K的码率一张是512K码率的吗?频谱党们开开眼界吧。

    更多的频谱对比原图下载链接: http://dl.vmall.com/c01djlgha1


六、结束语
不可否认,在AAC已经很难有进步的现在,Opus格式的发展潜力是巨大的,虽然现在还处在开发阶段,目前很多移动设备和解码工具并不支持,但目前的形势相当乐观,无论是技术的先进性还是foobar、Skype、Firefox等的大力支持和推广,都昭示着 新一代的音频格式Opus很有可能在未来替代AAC成为音频格式霸主。
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