为什么从 MP3 转换为 WAV (PCM) 无损？

Question

我知道在不涉及流编码的音频格式之间进行转换时，例如在 WAV (PCM)、AIFF、FLAC、ALAC、WMA Lossless 等之间转换时，该过程通常是无损的，因为 PCM 音频流只是被复制到新容器。根据容器类型，它可能会通过压缩算法运行以节省空间，但它仍然是逐位相同的数据。您也可以通过将 AAC 音频流复制到 MKA 容器文件中来对 MP4(AAC) 文件执行相同的操作；这一切都是无损的，因为没有对音频流进行重新编码。

我知道在将之前列出的 WAV(PCM)、ALAC、FLAC 等格式转换为不支持音频流编码的格式时，转换应该涉及重新编码。例如，当转换为 MP3、MP4(AAC)、OGG(Vorbis)、WMA 有损等格式时，源音频流被重新编码，因此数据被丢弃。新文件的质量较差。

我无法理解的是为什么从 MP3 转换为 WAV (PCM) 是无损的（或 ALAC、FLAC 等）。音频流被重新编码，所以新音频流的质量不能比 MP3 的音频流差吗？开导我。

Answer 1

PCM 是最常用的音频编解码器之一；大多数计算机（以及许多设备）将其用作音频输出/输入的默认设置。在此设备上听到的所有音频，无论是来自文件还是麦克风输入，都采用 PCM 格式，用于重新生成原始模拟声音的近似值。

当您在使用 PCM 进行音频输出/输入的系统上使用麦克风进行数字音频录制时，音频流为 PCM。当您将该录音无损地保存为 WAV、FLAC、WMA Lossless、ALAC、AIFF 等时，没有编码过程，音频流只是放入新的容器文件中，它仍然是您的系统从模拟中解释的 PCM 流真实世界的声音。

无损格式可以分为两种类型：压缩的和未压缩的。WAV 和 AIFF 等未压缩格式仅存储 PCM 音频流。FLAC、ALAC 和 WMA Lossless 等压缩格式通过压缩算法运行流数据以节省空间，例如 zip 存档。数据没有改变，只是更有效地存储；它仍然被编码为 PCM。

如果您随后进行无损导出，并将其转换为 128kbps MP3，则需要重新编码。编码意味着以一种新的方式组织音频流数据；这是一个无损过程。但是，据我所知，没有编解码器可以做到这一点，因为这毫无意义。文件听起来是一样的，播放需要解码音频，这意味着需要更多的系统资源，并且它的大小与原始文件相同。因此，MP3、WMA 有损、AAC、Vorbis (OGG) 等编解码器也会执行额外的操作。一种常见的操作是丢弃被认为不太重要的数据。丢弃数据会导致文件变小。

以下不是一个完美的类比，但我认为它明白了这一点。

假设I hate you Sarah!写在一张纸上的“ ”代表您在录制后无损导出的WAV文件中的PCM音频流。

以不同的编码格式对数据进行编码相当于将字母混为一谈说“ h Iyae oSr! haatu”。解码软件知道这个编解码器如何排列数据，以便它可以分解消息。

但是，如前所述，像 MP3 这样的格式也会在编码过程中丢弃数据。所以MP3消息会更像“ h I Sr! h tu”，当解码（未混淆）时，它会像这样“ I h t u S r h!”。如果你再读一遍，你仍然会得到消息，但排除字母确实会改变声音。您排除的越多，情况就越糟，直到您无法再理解原始信息的地步。

MP3 音频流代表原始 PCM 音频流。当你播放 MP3 时，它被解码回 PCM，但丢弃的数据没有明显返回。在这个例子中，把丢失的字母加回来听起来似乎是合理的，但请记住，计算机没有我们那么聪明，这是一个非常非常简单的例子。

如果要将 MP3 转换为 WAV 文件，从技术上讲，您是解码为 PCM，然后保存 PCM 流，这就是 WAV 比 MP3 大的原因。没有数据丢失，因为 MP3 流始终只是 PCM 流的表示。编解码器规范告诉解码器如何将 MP3 解码回 PCM 格式。如果您要将 MP3 转换为 128kbps AAC，实际发生的是 MP3 被解码为 PCM，然后 PCM 流被编码为 AAC。从 PCM 到 AAC 的编码过程会导致进一步的数据丢失，因为“I h t u S r h!" 被视为原始消息。请注意，这些字母不会被挤压在一起。制作 AAC 文件时，在尝试找出最安全的丢弃方式时，它不会知道排除字母中的空格不是消息的一部分，这就是为什么以相同的比特率重新编码数据会导致质量下降。