Noções de codificação e compressão de som digital: formatos de ficheiro de áudio e codecs sem compressão e com compressão

Codificação e compressão de áudio

A compressão de áudio é empregado para diminuir a largura de banda (medida da faixa de frequência, em hertz do sinal) e/ou espaço físico do ficheiro áudio. Porém há alguma confusão com os conceitos “ compressão” e “codificação de áudio”.

Compressão de áudio:

Antes do aparecimento da compressão de áudio, os dados digitais de um ficheiro áudio de boa qualidade ocupava uma gigantesca quantidade de espaço no disco.

Por exemplo: Uma música com qualidade de CD (44.1 kHz, estéreo (2 canais), com 16 bits por amostra) significava cerca de 10 megabytes por minuto de áudio.

Neste âmbito, a codificação de áudio é sinónimo de compressão de áudio pois só através destes conceito é que é possível diminuir o tamanho dos ficheiros áudio.

Os formatos de ficheiros actuais (MP3, por exemplo) exploram as capacidades da audição humana para adquirir uma diminuição do tamanho de um ficheiro áudio sem perda perceptível de qualidade.

A compressão de áudio apresenta-se dividida em dois pontos:

• Codificação: transformação de dados do ficheiro áudio armazenados num arquivo sem compressão para um arquivo comprimido (dentro de uma estrutura chamada “bitstream”). O software que efectua a codificação chama-se codificador de áudio. Existem muitos codificadores, o software LAME é um deles.
• Decodificação: analisar o “bitstream” e reexpandi-lo. O software que efectua este processo chama-se decodificador de áudio

Taxas de Compressão, “bitrate” e qualidade

O que se obtém após uma decodificação não é igual ao ficheiro original, toda a informação sem importância foi eliminada. Porem o ficheiro continua com o mesmo som (mais ou menos)  dependendo da taxa de compressão do ficheiro.

Normalmente, quando mais baixa for a compressão melhor será a qualidade do ficheiro. Quando se fala em ‘biltrate’ refere-se á força de compressão. ‘Biltrate’ denuncia o número médio de bits que em um segundo trará em seu bitsream (serie tempotal de bits) comprimido.

Tabela: ‘Bitrate’ X Qualidade
Bitrate	Faixa (Bandwidth)	Qualidade igual/melhor a
16 kbps	4.5 kHz	Rádio ondas curtas
32 kbps	7.5 kHz	Rádio AM
96 kbps	11 kHz	Rádio FM
128 kbps	16 kHz	próxima do CD
160-180 kbps (variable bitrate)	20 kHz	transparência perceptiva
256 kbps	22 kHz	Estúdio de som

Formatos de Ficheiro Áudio

A música digital evoluiu imenso ao longo dos tempos. Os ficheiros MP3 são os ficheiros audio mais usados porém existem mais formatos que se têm vindo a tornar mais populares, por exemplo: FLAC, WAV e AAC.

Formatos com perda: São ficheiros nos quais existem perda de dados quando se efectua ripagem do CD para o computador. O benefício deste processo de compressão é a diminuição do ficheiro. MP3 e ACC são exemplos deste tipo de categoria.

Formatos sem perda: Este tipo de formatos não apresenta perdas de qualidade em relação ao CD. Porém o tamanho do ficheiro ocupa em média quatro vezes mais espaço. Além disso, iPod e leitores de MP3 não suportam os principais formatos áudio desta categoria ( FLAC e WAV).

MP3

Principal ficheiro áudio na internet e é sustentado por todos os reprodutores de musica. Apesar de ser um ficheiro com perda de dados se o arquivonMP3 tiver uma taxa de bitrate de 224-320 kbps ou 192 kbps não se consegue praticamente diferenciar os arquivos desta qualidade com os de CD.

 

AAC (Advanced Audio Coding)

Este formato tem vindo a ganhar popularidade graças à empresa Apple. Apesar do iPod e do iPhone suportarem o MP3, estes têm como padrão o formato AAC. Tal como o formato MP3, o formato AAC também possui perda de dados.

Diferenças entre MP3 e AAC

O formato MP3 tem uma frequência de amostragem entre 16 a 48 kHz, enquanto o AAC tem entre os 8 a 96 kHz. O número de canais também é maior no AAC: 48 contra 5.1. A taxa de compressão no AAC também origina em ficheiros com maior qualidade e de menor tamanho.

FLAC

FLAC é um acrónimo de Free Lossless Audio Codec, que como o próprio nome o diz, é um formato de áudio sem perda de informação. Este formato tem-se tornado popular, este é usado por usuários que querem manter a sua colecção de CD’s no computador. Já existem leitores portáteis que suportam este tipo de ficheiros. O Flac pode ser usado livremente por qualquer pessoa.

WAV

Este formato foi criado pela empresa Microsoft já há algum tempo, porém também é compatível com o Macintosh. Contem a mesma qualidade do FLAC porém é um formato pouco usado pois é em media duas vezes maior que um ficheiro FLAC.

MPEG 1: 3 camadas

Este formato foi criado pelo instituto Fraunhofer IIS e corresponde a um esquema de compressão de três camadas. Existem muitas perdas com a compressão dos dados de áudio, limitada apenas pela qualidade pretendida para o ouvido humano. A compressão padrão é de 10:1.

HD-AAC

É a sucessão do AAC, que concede qualidade para ficheiros de áudio ripados. Este formato fornece novas capacidades de armazenar música porque tem menor compressão e é suportado por iPods e telemóveis. Este formato fornece também qualidade melhor do que em CDs (gravados com compressão de 16 bits e taxa de amostragem de 44,1 kHz). HD-AAC é superior pois preserva todos bits de informação da música original, graças a uma compressão de 24 bits com amostragem de 96 kHz.

WMA

WMA é um acrónimo para Windows Media Áudio criado pela Microsoft. Permite criar arquivos até 50% menores que o MP3, mas com uma pequena perda de qualidade.

Codecs de áudio

Um codec de áudio é uma peça de hardware ou um software que codifica/decodifica dados de ficheiros áudio de acordo com um certo tipo de ficheiro áudio ou áudio streaming.

Codec de audio

Este termo é a junção de coder com decoder (compressor/descompressor).

Os codecs representam sinais de alta qualidade áudio com a quantidade mínima de bits, o que reduz o espaço de armazenamento e a largura de banda

Em alguns contextos, codec de áudio refere-se à implementação de hardware duma placa de som. Quando é usada desta forma, codec de áudio designa o dispositivo que codifica um sinal de áudio analógico.

Tipos de codec de áudio, segundo o tipo de compressão:

• Codecs de áudio com perdas: codificam som, originando uma perda de qualidade de modo a atingir maiores taxas de compressão. Muitos destes codecs possuem perda de qualidade insignificante.
• Codecs de áudio sem perdas: codificam som, comprimindo o arquivo sem alterar a qualidade. Este tipo de codec geram ficheiros codificados que são entre 2 a 3 vezes menores que os arquivos originais. São geralmente usados por rádios.

Codecs com perda:

• MP3
• AC3
• WMA

Codecs sem perda:

• Flac,
• Shorten,
• Wavpack