Что такое FLAC, его особенности и отличия?

Первые цифровые носители звука, компакт-диски, хранили музыку в дискретном формате, с частотой дискретизации 44 кГц. Это значит, что одна секунда звука записывается с помощью 44 тысяч импульсов. Такая дискретизация выбрана согласно теореме Котельникова, которая гласит: для записи и передачи сигнала без потерь его разрешение должно быть в 2 раза выше, чем разрешение исходного сигнала. А порог слышимых человеком частот как раз находится в районе 20 кГц. Однако такая музыка занимала много места: компакт-диск, как и аудиокассета, максимум вмещает около 20 треков.

В условиях, когда емкость жестких дисков составляла всего несколько сотен мегабайт (в 90-х годах прошлого века), много музыки в формате AudioCD на них не влезало. Для хранения аудио на HDD были придуманы форматы сжатия с потерями, самыми известными среди которых стали MP3, OGG и AAC. Однако для аудиоаппаратуры Hi-Fi они недостаточно хороши, и когда проблема памяти была решена (емкость HDD достигла десятков и сотен гигабайт), специалисты активизировали разработку кодеков хранения звука для сжатия без потерь. Самым известным из таких форматов сейчас является FLAC.

При сжатии с потерями сигнал записывается в ступенчатом виде, мелкие детали теряются

FLAC – это свободный аудио-кодек, лишенный потерь: именно так расшифровывается аббревиатура Free Lossless Audio Codec. Кодек позволяет записывать сигнал в исходном качестве, но при этом обеспечивает до 50% меньший размер файла, чем в формате AudioCD аналогичного качества.

Чем FLAC отличается от форматов сжатия с потерями

Кодеки для сжатия с потерями, такие как MP3, работают по принципу упрощения сигнала, для уменьшения занимаемого им места. При этом некоторые данные сигнала, считающиеся менее значимыми и хуже воспринимаемыми на слух, удаляются. В итоге при воспроизведении музыки она теряет детали, которые делают звук более сухим и бедным на некоторые частоты. Если проводить более наглядную аналогию, то со звуковым сигналом происходит примерно то же самое, что с фотографией, которую сперва сжали с 8 до 2 МП, а потом обратно растянули до 8 МП. Несмотря на возврат к исходным размерам, изначальной четкости на картинке уже не будет.

Сжатие с потерями на примере фотографии

Формат FLAC работает по иному принципу. Он не вносит изменений в звуковой поток, а только переводит его в цифровой формат. Музыка в формате AudioCD или DVD записывается аналогично, но формат FLAC отличается тем, что сжимает трек для уменьшения его объема в мегабайтах. Для сжатия используются те же принципы, что при создании архива RAR или ZIP. То есть, в самой цифровой записи находятся закономерности, которые записываются в упрощенном виде, но могут быть восстановлены к исходному виду при разархивировании. Например, последовательность из 100 единиц занимает 100 ячеек (бит), но если записать ее в виде 100*1, то размер уменьшится до 5 бит, а зная формулу, можно легко восстановить исходный вид этой последовательности.

Основным отличием алгоритма сжатия FLAC от алгоритмов ZIP является разбиение файла на мелкие блоки, размером по несколько килобайт. Для каждого из блоков подбирается оптимальная формула сжатия, поэтому если AudioCD (700 Мб) просто архивировать в ZIP, он займет около 550-650 Мб, а при перегонке во FLAC можно достичь уменьшения до 350-500 Мб. Качество сигнала, опять же, никак не ухудшается в обоих случаях.

Наглядная иллюстрация потери деталей при кодировании из FLAC в MP3

Еще одной особенностью кодека FLAC является то, что он свободен и распространяется по лицензиям GNU GPL. Это значит, что бесплатно использовать его в своих целях может любой производитель аудиотехники или издатель музыкальных произведений. Это выгодно отличает кодек от формата AudioCD, который защищается патентами Sony, Philips и других фирм, участвовавших в разработке. Формат MP3 тоже долгое время был защищен патентами. И хотя довольно быстро были придуманы «пиратские» методы кодирования аудиосигнала в MP3, официально срок действия защиты формата истек только в 2017 году.

Особенности воспроизведения музыки в FLAC на устройствах

Теоретически воспроизводить музыку, сжатую кодеком FLAC, способен любой современный компьютер. Под компьютером следует понимать не только ПК или ноутбук, но и любое другое устройство с универсальным центральным процессором, ОЗУ и прочими атрибутами вычислительной техники. Для того, чтобы играть FLAC на ПК или смартфоне, требуется только установленный программный кодек, занимающийся расшифровкой сигнала, и на актуальных версиях Android он есть «из коробки».

Минусом программного декодирования аудио является повышенная нагрузка на центральный процессор. И если в случае с настольным ПК это не критично (вычислительной мощности достаточно, автономность не имеет значения), то на смартфоне сильно сжатая музыка заставит заряд таять на глазах, а устройство будет греться. Кроме того, возможны и искажения, ухудшение качества звука из-за недостатка производительности.

Для оптимизации воспроизведения музыки во FLAC производители оснащают технику специальными аудиопроцессорами. Звуковой процессор может быть как частью чипсета (наряду с центральным и графическим процессорами), так и выполняться в виде отдельной микросхемы. Она изначально заточен на решение узкого круга задач (расшифровка звукового сигнала), а потому более эффективно расходует заряд и снимает нагрузку с ядер ЦП. Музыка на интегрированном аудиопроцессоре декодируется лучше, чем на ЦП, а на дискретном декодере с ЦАП – еще эффективнее.

Аудиотракт устройства с поддержкой FLAC: звук проходит через аппаратный декодер и цепочку фильтров и усилителей

Какие смартфоны поддерживают FLAC

Поддержка музыки в кодеке FLAC теоретически есть в любом современном смартфоне. Однако дешевые китайские трубки декодируют звук на центральном процессоре, а их звуковой тракт (конденсаторы, дорожки, усилители) упрощен и слаб, поэтому всех прелестей звука в Hi-Res на каком-нибудь Oukitel C5 оценить не получится.

Актуальные чипсеты среднего класса, такие как Snapdragon 625, оснащены достаточно продвинутым интегрированным кодеком. Он способен воспроизводить LoseLess музыку высокого разрешения, вплоть до 192 кГц. Такие решения позволяют снять нагрузку с центрального процессора, уменьшить расход батареи, но слабый звуковой тракт может накладывать ограничения на качество звука на выходе. Например, мой Redmi Note 4X крутит FLAC в формате 24/192 без заминок, при этом не создавая нагрузки на ядра. Однако слепой тест показал, что ощутимой разницы с MP3 320 кбит/с не видно (на ПК в тех же наушниках я ее заметил).

Лучше всего справляются с FLAC, да и другими кодеками для сжатия музыки без потерь, смартфоны с дискретным декодером и ЦАП, выполненными отдельно от чипсета. Сейчас к таковым относятся Apple iPhone, Samsung Galaxy серий A, S и Note, LG линеек G и V, топовые Sony Xperia. Также дискретный ЦАП, обеспечивающий эффективное декодирование кодека FLAC, есть во многих аппаратах концерна BBK (Oppo, Vivo и OnePlus), LeEco, флагманах Meizu и отдельных устройствах, заточенных на аудиофилов и меломанов, выпускаемых другими фирмами.