FLAC

Свободный аудиокодек, обеспечивающий сжатие без потерь

Тип	Аудио кодек, формат аудиофайлов
Разработчик	Xiph.Org Foundation
Операционная система	Кросплатформенный
Последняя версия	1.2.1 (17 сентября 2007)
Лицензия	GNU GPL; BSD (Parts)
Сайт	http://flac.sourceforge.net

FLAC

Расширение	.flac
MIME	audio/x-flac
Тип формата	Аудио
Стандарт(ы)	Спецификация

FLAC (англ. Free Lossless Audio Codec) — популярный свободный кодек, предназначенный для сжатия аудиоданных без потерь.

В отличие от аудио-кодеков, обеспечивающих сжатие с потерями (MP3, AAC, WMA, Ogg Vorbis) FLAC, как и любой другой lossless-кодек, не удаляет никакой информации из аудиопотока и подходит как для прослушивания музыки на высококачественной звуковоспроизводящей аппаратуре, так и для архивирования аудиоколлекции.

На сегодня формат FLAC поддерживается множеством аудиоприложений и портативных аудиоплееров, а также имеет большое количество аппаратных реализаций^[1].

Сведения о формате

Аудиопоток

Основными частями потока являются:

• Строка из четырёх байтов «fLaC»
• Блок метаданных STREAMINFO
• Другие необязательные блоки метаданных
• Аудио фреймы

Первые четыре байта идентифицируют поток FLAC. Следующие за ними метаданные содержат информацию о потоке, затем идут сжатые аудиоданные.

Метаданные

По состоянию на 10.03.2010 в libflac-1.2.1 определены следующие типы блоков: StreamInfo, Padding, Application, SeekTable, VorbisComment, CueSheet, Picture, Unknown. Блоки метаданных могут быть любого размера, новые блоки могут быть легко добавлены. Декодер имеет возможность пропускать неизвестные ему блоки метаданных.

Блок STREAMINFO является обязательным. В нём содержатся данные, позволяющие декодеру настроить буферы, частоту дискретизации, количество каналов, количество бит на семпл и количество семплов. Также в блок записывается подпись MD5 несжатых аудиоданных. Это полезно для проверки всего потока после его передачи.

Другие блоки предназначены для резервирования места, хранения таблиц точек поиска, тегов, список разметки аудиодисков, а также данных для конкретных приложений. Опции для добавления блоков PADDING или точек поиска приведены ниже. FLAC не нуждается в точках поиска, однако они позволяют значительно увеличить скорость доступа, а также могут быть использованы для расстановки меток в аудио редакторах.

Точное описание структур стандартных блоков можно найти в файле format.h библиотеки libflac, доступной с сайта формата.

Аудиоданные

За метаданными следуют сжатые аудиоданные. Метаданные и аудиоданные не чередуются. Как и большинство кодеков, FLAC делит входной поток на блоки и кодирует их независимо друг от друга. Блок упаковывается во фрейм и добавляется к потоку. Базовый кодер использует блоки постоянного размера для всего потока, однако формат предусматривает наличие блоков разной длины в потоке.

Разбиение на блоки

Размер блока — очень важный параметр для кодирования. Если он очень мал, то в потоке будет слишком много заголовков фреймов, что уменьшит уровень сжатия. Если размер большой, то кодер не сможет подобрать эффективную модель сжатия. Понимание процесса моделирования поможет Вам увеличить уровень сжатия для некоторых типов входных данных. Обычно при использовании линейного прогнозирования на аудиоданных с частотой дискретизации 44.1 кГц оптимальный размер блока лежит в диапазоне 2-6 тысяч семплов.

Межканальная декорреляция

Если на вход поступают стерео аудиоданные, они могут пройти через стадию межканальной декорреляции. Правый и левый канал преобразуются к среднему и разностному по формулам: средний = (левый + правый)/2, разностный = левый — правый. В отличие от joint stereo, используемом в lossy кодерах, в lossless кодировании этот процесс не приводит к потерям. Для данных с аудио компакт-дисков это обычно приводит к значительному увеличению уровня сжатия.

Моделирование

На следующем этапе кодер пытается аппроксимировать сигнал такой функцией, чтобы полученный после её вычитания из оригинала результат (называемый разностью, остатком, ошибкой) можно было закодировать минимальным количеством битов. Параметры функций тоже должны записываться, поэтому они не должны занимать много места. FLAC использует два метода формирования аппроксимаций:

• подгонка простого полинома к сигналу
• общее кодирование с линейными предикторами (LPC).

Во-первых, постоянное полиномиальное предсказание (-l 0) работает значительно быстрее, но менее точно, чем LPC. Чем выше порядок LPC, тем медленнее, но лучше будет модель. Однако с увеличением порядка выигрыш будет все менее значительным. В некоторой точке (обычно около 9) процедура кодера, определяющая наилучший порядок, начинает ошибаться и размер получаемых фреймов возрастает. Чтобы преодолеть это, можно использовать полный перебор, что приведёт к значительному увеличению времени кодирования.

Во-вторых, параметры для постоянных предикторов могут быть описаны тремя битами, а параметры для модели LPC зависят от количества бит на семпл и порядка LPC. Это значит, что размер заголовка фрейма зависит от выбранного метода и порядка и может повлиять на оптимальный размер блока.

Остаточное кодирование

Когда модель подобрана, кодер вычитает приближение из оригинала, чтобы получить остаточный (ошибочный) сигнал, который затем кодируется без потерь. Для этого используется то обстоятельство, что разностный сигнал обычно имеет распределение Лапласа и есть набор энтропийных кодов, называемый кодами Райса, позволяющий эффективно и быстро кодировать эти сигналы без использования словаря.

Кодирование Райса состоит из нахождения одного параметра, отвечающего распределению сигнала, а затем использования его для составления кодов. При изменении распределения меняется и оптимальный параметр, поэтому имеется метод позволяющий пересчитывать его по необходимости. Остаток может быть разбит на контексты или разделы, у каждого из которых будет свой параметр Райса. FLAC позволяет указать, как нужно производить разбиение. Остаток может быть разбит на 2ⁿ разделов.

Составление фреймов

Аудиофрейму предшествует заголовок, который начинается с кода синхронизации и содержит минимум информации, необходимой декодеру для воспроизведения потока. Сюда также записывается номер блока или семпла и восьмибитная контрольная сумма самого заголовка. Код синхронизации, CRC заголовка фрейма и номер блока/семпла позволяют осуществлять пересинхронизацию и поиск даже в отсутствие точек поиска. В конце фрейма записывается его шестнадцатибитная контрольная сумма. Если базовый декодер обнаружит ошибку, будет сгенерирован блок тишины.

Разное

Чтобы поддерживать основные типы метаданных, базовый декодер умеет пропускать теги ID3v1 и ID3v2, поэтому их можно свободно добавлять. Теги ID3v2 должны располагаться перед маркером «fLaC», а теги ID3v1 — в конце файла.

Существуют модификации FLAC кодера: Improved FLAC encoder и Flake.

29 января 2003 г. Xiphophorus (сейчас называется Xiph.Org Foundation) анонсировали включение формата FLAC в линейку своих продуктов, таких, как Ogg Vorbis, Theora и Speex^[2].

Аппаратно поддерживается во многих устройствах. Среди них:

• DUNE HD
• Weiss Minerva
• Blackberry
• Blacknote DSS 30
• Cowon
• DIGMA (Insomnia 1 — Insomnia 5)
• Rio Karma
• ICONBIT HD390DVD; HD400L; HD400DVD
• iRiver, Gigabeat (Toshiba) (через прошивку RockBox)
• iAudio (Cowon)
• Ritmix (Meizu)
• SanDisk Sansa Fuze, Clip
• TeXet (T-560, T-589, T-590, T-660, T-790, T-860, T-890)
• Transcend (MP 330, MP 860, MP 870)
• iPod (через прошивку RockBox)
• Networked Media Tank (Popcorn Hour — A100, A110, B110, C200)
• Explay
• Nationite S:Flo 2 (Teclast T51)
• Philips Xenium K700
• Hifiman HM-801
• Huawei Honor U8860
• SanDisk Sansa Clip+
• Samsung Galaxy Note
• Samsung Galaxy S
• Samsung Galaxy S II
• Samsung Galaxy S III
• Samsung Wave
• Samsung Wave II
• Sony Ericsson W20(Zylo)
• Sony Ericsson Xperia x10i
• Sony Ericsson Xperia Arc
• Oysters PMP-200
• Sony Ericsson Xperia Play
• Nokia N900 с пакетом OGG support
• Nokia N9 на MeeGo
• Meizu M8
• Mystery MMD-584U
• Nokia N8, Nokia E7, C7, C6-01, (смартфоны на Symbian^3, с помощью FolderPlay 1.8)
• Nokia 5800. Nokia N95 и т. д. (смартфоны на S60, с помощью FolderPlay 1.8)
• и другие^[1].

Примечания

1. ↑ ^{1 2} Supported Hardware  (англ.). Архивировано из первоисточника 10 февраля 2012. Проверено 30 октября 2008.
2. ↑ FLAC Joins Xiph!  (англ.).(недоступная ссылка — история) Проверено 30 октября 2008.

Ссылки

• FLAC  (рус.). — Официальная страница проекта FLAC на SourceForge.net. Архивировано из первоисточника 10 февраля 2012. Проверено 26 июля 2011.
• Xiph.Org: QuickTime Components  (англ.). — поддержка FLAC в Quicktime. Архивировано из первоисточника 10 февраля 2012. Проверено 30 октября 2008.