未来音乐的格式——Opus格式

  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。