Сравнение одиннадцати лучших lossless кодеров (2017)

Copyright (C) 2017, Taras Kovrijenko

Полное или частичное копирование текста допускается только с письменного разрешения автора.

Обратите внимание: это обновлённая версия теста. С результатами теста за 2011 год (для сравнения) можно ознакомиться здесь.

1. Вступление

Идея о создании этого теста родилась у меня, когда я обнаружил, что существующие на тот момент аналогичные сравнения сильно устарели (последний тест датирован 2007 годом). Большинство из них проводилось на старых слабых процессорах, с использованием давно забытых версий кодеров.

Идея же моего теста заключается в том чтобы показать возможности последних версий кодировщиков на более современном оборудовании. Значительный прирост скорости кодирования/декодирования в этом случае можно получить за счет использования таких наборов инструкций, как SSE2, SSE3, SSSE3, которые поддерживаются новыми процессорами, и конечно же — за счет многоядерности.

Стоит заметить, что в тесте рассматривается лишь три параметра: скорость кодирования, скорость декодирования и степень сжатия. Я умышленно не беру во внимание проблемы совместимости, так как это значительно затрудняет возможность сделать какое-либо конкретное заключение.

2. Подготовка к тесту

2.1 Оборудование

Все технологии энергосбережения и HyperThreading отключены в BIOS материнской платы. Чтобы исключить задержки, связаные с записью/чтением HDD, для тестов используется RAM диск (Z:, 3 Гб).

2.2 Программное обеспечение

По возможности используются 64-битные версии кодеров. Для теста была специально произведена установка портативного foobar2000 последней версии с необходимым плагинами и кодировщиками, после чего предварительно были созданы профили конвертера для каждого кодера.

[СКАЧАТЬ ТЕСТОВУЮ СБОРКУ] (4.79 МБ)

Для процесса плеера (а также для конвертера в его настройках) был установлен приоритет реального времени.

2.3 Музыкальный материал

Для теста был выбран образ диска одного из современных композиторов электронной музыки. Запись имеет широкий частотный и относительно неплохой динамический диапазоны.

2.4 Подбор параметров кодирования

Изначально я планировал провести сравнение при максимальных настройках сжатия для каждого кодера. Но по некоторым причинам это представилось невозможным, да и смысл такого теста был бы весьма сомнителен. Например, чтобы закодировать 30-секундный отрезок стандартного звукового материала кодеком OptimFROG с максимальными параметрами, уходит 230 секунд (скорость кодирования около 0.13х). Таким образом я сформулировал следующие требования:

• скорость кодирования не менее 1x
• скорость декодирования не менее 2х
• возможность использовать для сжатых файлов прокрутку (seeking).

Так как прирост сжатия по мере увеличения параметров уменьшается, степень сжатия с выбранными мною параметрами практически не отличается от максимальной.

Общие параметры конвертера:

Output bit depth: Auto
Dither: Never
Output folder: Source track folder
Fiilename pattern: %filename%
Processing: None
When finished: Do nothing

Кодеры и параметры

Примечание: для кодеров, не имеющих возможности кодировать на лету, входной файл был указан непосредственно в параметрах (вместо переменной %s). Это сделано с той целью, чтобы кодирование происходило непосредственно из файла-источника в конечный, без создания временного (что занимает значительное время и искажает результаты). Ниже параметры для упомянутых кодеров указаны с переменной %s.

3. Методика тестирования

3.1 Кодирование

После подготовки дело остается за малым. Первый этап тестирования выглядит следующим образом:

1. Закрыть в диспетчере задач все процессы, кроме необходимых.
2. Запустить foobar2000 и установить для процесса foobar2000.exe максимальный приоритет.
3. Добавить в плейлист файл Z:\Image.wav
4. Выделив файл в плейлисте, нажать кнопку конвертации, загрузить первый профиль конвертера и запустить процесс кодирования.
5. По окончании конвертирования записать время и скорость кодирования (в виде N*realtime) из консоли плеера.
6. Выполнить то же самое с использованием каждого из 9-ти профилей конвертера. Полученные файлы добавить в плейлист.
7. Записать размер сжатого файла, степень сжатия (в %) и FBR (см. ниже) для каждого кодера.

После выполнения кодирования я получил следующий результат:

В плейлисте отображается имя файла, кодек, FBR (file-based bitrate = размер файла/продолжительность), степень сжатия в % и размер файла в мебибайтах.

3.2 Верификация

Сжатый файл должен нести все необходимые для восстановления исходного потока данные. Для проверки достоверности я произвел сравнение всех полученных файлов с исходным с помощью плагина Binary Comparator. Для того чтобы провести такое сравнение, надо выделить несжатый и тестируемый сжатый файлы в плейлисте, в контекстном меню выбрать Utilities->Bit-Compare Tracks.

Для всех форматов, кроме LA, результат был положительным (No differences in decoded data found).

В случае с LA плеер закрывался с ошибкой. По этой причине, декодирование файла Image.la пришлось производить с помощью консольного кодера/декодера la.exe и библиотеки la-core.dll (которые использовались для кодирования). Полученный таким образом несжатый поток оказался идентичным исходному. Из этого можно сделать заключение, что декодер LA в foobar2000 работает некорректно, но при кодировании кодер информации не теряет и её можно восстановить.

3.3 Декодирование

Скорость декодирования оценивалась с помощью плагина Decoding Speed test. Декодирование происходило с высоким приоритетом, в 5-10 проходов. Буферизация в память отключена (файлы и так физически находятся в ОЗУ), количество потоков установлено в 1 (в стандартных условиях декодирование происходит именно в один поток). Окно плагина изображено ниже.

Для каждого кодера записывалось среднее время и скорость декодирования.

Примечание: для формата LA декодирование выполнялось через консоль (см. "Верификация").

4. Результаты

Результаты тестирования оформлены в таблицу и отсортированы по убыванию степени сжатия.

5. Заключение

1. Lossless Audio (LA) — этот весьма старый кодек (2004 г.) стал безусловным победителем по сжатию. При этом надо отметить вполне приемлемую (в сравнении с тем же OptimFROG или WavPack) скорость кодирования, а также достаточную скорость декодирования. Хоть файл LA и не декодировался с помощью плагина foo_benchmark, проигрывался он прекрасно, без запинок и задержек при прокрутке.
Остаётся только удивляться, почему автор забросил такой прекрасный кодек, даже не открыв при этом исходный код.

2. OptimFROG — не слишком отстает от LA. Но по скорости его едва ли можно назвать быстрым. Кроме того, неприятным моментом является высокая задержка при прокрутке файла — порой это сильно напрягает.

3. Monkey's Audio — популярный, но ресурсоёмкий кодек. Дает действительно высокое сжатие, но, опять же, имеет проблемы с прокруткой.

4. TAK — этот активно разрабатываемый кодек не перестает радовать. Если брать во внимание все три параметра (сжатие, кодирование, декодирование), TAK выглядит наиболее привлекательно. Высокая скорость работы объясняется активным использованием процессорных оптимизаций (в т.ч. SSSE3). А использование двух ядер дает почти двукратный прирост скорости кодирования! Таким образом, в случае с TAK преимущество от использования современных процессоров наиболее ощутимо.

5. WavPack — честно говоря, я не знаю, за счет чего этот кодек приобрел популярность. Кодирование со средней степенью сжатия дает результаты сравнимые с FLAC, а использование режимов высокого сжатия приводит к неоправданному понижению скорости. Хотя, главным плюсом этого кодека является его широкая поддержка и функциональность (в т.ч. поддержка многоканального аудио, гибридного режима), но напомню, что эту сторону вопроса мы в данном тесте не рассматриваем.

6. FLACCL — без сомнений, это очень высокопроизводительный кодер, который рекомендуется к использованию всем, у кого есть видеокарта с поддержкой CUDA. Кроме того, с его помощью можно, хоть и незначительно, но увеличить степень сжатия во FLAC.

7. True Audio (TTA) — тут надо отметить разве что очень высокую скорость кодирования и приемлемую степень сжатия (чуть выше чем у FLAC). При этом скорость декодирования нельзя назвать очень высокой.

8. Flake — преимущество от использования этого кодера с максимальным сжатием весьма сомнительно. Кроме того, такие высокие настройки сжатия могут привести к потере обратной совместимости с некоторыми аппаратными декодерами. Вероятно, этот кодек даст какое-то реальное преимущество по скорости (в сравнении с референсным flac.exe) только при уровне 8 и ниже.

9. FLAC — степень сжатия средняя, но вот скорость декодирования порадовала. Правда, главной причиной лидерства этого кодека среди общественности является открытый исходный код, и, как следствие, широчайшая аппаратная/софтовая поддержка.

10. Apple Lossless (ALAC) — низкий уровень сжатия, скорость сжатия — средняя. Стоит отметить значительный рост скорости декодирования по сравнению с результатами 2011 года (253x против 39x) — это, скорей всего, результат обновления декодера ALAC в foobar2000 (не так давно он был встроен в плеер).

11. WMA Lossless — ещё меньшая степень сжатия, чему ALAC, средняя скорость сжатия. Скорость декодирования приемлемая. Трудно представить случай, в котором возникла бы необходимость использовать именно этот lossless кодек.

Вывод: по результатам теста победителем становится самый молодой из кодеков — TAK, обеспечивщий очень высокую степень сжатия при хороших показателях скорости кодирования/декодирования.