参考地址：http://blog.csdn.net/ffgamelife/article/details/7893747
英文原文地址：http://flac.sourceforge.net/format.html
1. FLAC 编码设置只对编码时间有较大影响而对解码影响不大；因为等级越高，编码器就会花越多的时间去寻找最佳的压缩算法，而解码器则根据给定的压缩算法直接解压。
2. FLAC简介
基本结构：
4byte 字符“fLaC”：flac标志，用于识别flac数据流
STREAMINFO文件信息描述块（metadata block）：包含必须的信息（采样率、声道数…）
可选的其他描述信息块：（解码时可以不用识别）
一个以上的音频帧（frame）
3. 编码的过程
Flac把未压缩的音频流划分为块（block），并独立压缩，压缩后的数据块形成数据帧（frame），把数据帧连接形成压缩后的flac数据流（stream）
分块（blocking）：flac分块大小是可变的。分块大小应适当选择，太小影响压缩率（太多帧头信息），太大难以得到高效的压缩模型。一般44.1k线性采样，分块大小2~6k较合适（默认4096）
声道内解相关性：立体声的左右声道数据之间有许多相关性，可以利用这种相关性压缩数据。Flac有四种方式表示声道数据。
独立模式：左右声道独立编码；
Mid-side模式：转换表达式：mid = (left + right) / 2, side = left - right.。
Left-side：对left声道和side声道编码
Right-side：对right声道和side声道编码
建模（modeling）：编码器尝试使用一个数学方法（近似）描述原始信号，这种描述信息一般来说比原始信息小得多，这些数学方法是编码器和解码器都已知的（flac现在有4个种类的预测方法，并可以加入更多方法）flac运行在各个块中使用不同的预测算法。大多时候不能完全精确的描述原始信息，此时还会剩下少量数据残渣（residual, residue, or error）。Flac有两种产生近似值的方法：1）为信号找个合适的多项式。2）简单线性预测（LPC）。前者更快但不精确。
数据残渣编码 ：对建模后剩余的数据进行编码，保证数据的无损。目前flac只使用一种编码方法。
帧 （framing）：一个音频帧被一个帧头（frameheader）和帧脚（frame footer）包围。帧头以同步字开始，包含了解码这帧的最小信息如采样率，采样位数等，同时包含了这帧里的分块数或采样数及一个8位CRC校验码。帧头可以用来进行再同步。帧尾包含一个16位CRC校验码。如果解码器检测到CRC错误将产生一个silent block。
4. 定义
（block、subblock 指没有被编码的原始数据；frame、subframe指编码后的数据）
Block：一组或多组跨所有声道的采样点（flac采样组数范围16~65535）。
Subblock：一个或多个单声道的采样点，一个Block包含几个声道就有几个subblock，同个block内subblock的采样点数相同。
Blocksize：一个block中任意subblock的采样点个数（与声道数无关）。
Frame：一个frame帧头加一个或多个Subframe
Subframe：一个subframe帧头加某一声道上一个或多个编码后的采样点，一个frame中的所有subframe包含的采样点数一样。
（每次一个subblock被编码成一个subframe，多个subframe组成一个frame）
5. Flac格式（format）
Flac中所有数值都是整形，大端模式，除非特别指出，否则数值都是unsigned的。
一些概述：
Flac比特流以“fLaC”开始，接着是必须的metadata块（STREAMINFO），然后是其他可选的metadata块，接着是音频帧。
Flac做多可以支持到128类metadata，已经定义的包括下面几种：
A。STREAMINFO：包含整个比特流的一些信息，如采样率、声道数、采样总数等。他一定是第一个metadata而且必须有。之后可以接其他metadata，这些metadata可以不用识别直接跳过。
B． APPLICATION：包含第三方应用软件信息，这个段里的32位识别码是flac维护组织提供的，是唯一的。
C． PADDING：没有意义的东西，主要用来后期添加其他metadata。
D． SEEKTABLE：保存快速定位点，一个点由18bytes组成（2k就可以精确到1%的定位），表里可以有任意多个定位点。
E． VORBIS_COMMENT：存储了一系列可读的“名/值”的键值对，使用UTF-8编码。这是flac唯一官方支持的标签段。
F． CUESHEET：存储用在cue sheet中的各种信息。可以用来划分音轨，在备份CD时十分有用。
G． PICTURE：保存相关图片，同时还有url、分辨率等信息，可以有不止一个picture block。
音频数据由一个或多个音频帧组成，每一帧包含一个帧头：同步字，块大小，采样率，声道数…然后是8bitCRC校验码；同时帧头还包含本帧第一个采样点的采样序号（blocksize变长的文件）或本帧的序号（blocksize定长的文件），他们用于精确定位。接着是编码后的subframes，每个subframe代表一个声道。最后是一些有0填充的边界。每个subframe有他自己的帧头用于指出他是怎样被编码的。
当从一个文件中间开始解码时需要知道一个帧的起始点。可以通过一个14bit的同步字来判断。但是他可能会出现在subframe里面，此时可以通过检测剩余数据（没有无效数据）和CRC8.
同样当从中间某帧开始解码时，没有读取STREAMINFO，为了得到采样率和声道数等信息，需要在帧头里加入相关信息，为了减少数据，使用了查表的方法来定义常用的采样率。
表1 FLAC文件结构
|
Field Name |
Length(bit) |
Description |
|
文件标记”fLaC” |
32 |
“fLaC”， 文件标记，0x66 0x41 0x61 0x43 |
|
METADATA BLOCK |
34*8 |
STREAMINFO，必选的metadata block，说明Stream的基本特性。 |
|
METADATA BLOCK |
|
一个或者多个metadata block，可选。 |
|
AUDIO FRAMES |
|
一个或者多个Audio Frame |
表2 Metadata block结构
|
Field Name |
L(bit) |
Description |
|||
|
METADATA BLOCK HEADER |
|
1 |
‘1’表示是最后一个metadata |
||
|
BLOCK TYPE |
7 |
0 : STREAMINFO 1 : PADDING 2 : APPLICATION 3 : SEEKTABLE 4 : VORBIS_COMMEN 5 : CUESHEET 6 : PICTURE 7-126 : reserved 127 : 无效 |
|||
|
BLOCK SIZE |
24 |
数据长度，不包括header，单位byte |
|||
|
METADATA BLOCK DATA |
STREAMINFO |
16 |
最小的block size，单位sample |
||
|
16 |
最大的block size，单位sample |
||||
|
24 |
最小的frame size，单位byte，0表示未知 |
||||
|
24 |
最大的frame size，单位byte，0表示未知 |
||||
|
20 |
采样率(Hz) |
||||
|
3 |
声道数减一，flac支持1~8个声道 |
||||
|
5 |
采样位数减一，flac支持4~32位采 样位数 |
||||
|
36 |
一个声道的总采样数，0表示未知 |
||||
|
128 |
未编码时的原始信号的MD5信息 |
||||
|
PADDING |
N |
N必须为8的倍数，目前设置为0 |
|||
|
APPLICATION |
32 |
应用程序ID |
|||
|
N |
应用程序数据，N必须是8的倍数 |
||||
|
SEEK TABLE |
多个 SEEK POINT |
64 |
目标帧中第一个sample的序号 |
||
|
64 |
相对于第一帧开始的偏移(byte) |
||||
|
16 |
目标帧中的采样数 |
||||
|
VORBIS COMMENT |
N |
Vorbis comment packet的内容 |
|||
|
CUESHEET |
HEADER |
128*8 |
媒体目录号，ASCII为0x20-0x7e |
||
|
64 |
引导sample的个数 |
||||
|
1 |
1表示CUESHEET对应一个Compact Disc |
||||
|
7+258*8 |
Reserved |
||||
|
8 |
Track的个数 |
||||
|
多个 TRACK |
HEADER |
64 |
Track偏移量，单位sample |
||
|
8 |
Track号 |
||||
|
12*8 |
TrackISRC |
||||
|
1 |
Track类型：0 音乐 1非音乐 |
||||
|
1 |
pre-emphasis标记 |
||||
|
6+13*8 |
Reserved |
||||
|
8 |
索引数目 |
||||
|
多个 INDEX |
64 |
偏移，单位sample |
|||
|
8 |
索引号 |
||||
|
3*8 |
Reserved |
||||
|
PICTURE |
32 |
图片类型（同ID3v2 APIC） 0 - Other 1- 32x32 pixels 'file icon' (PNG only) 2 - Other file icon 3 - Cover (front) 4 - Cover (back) 5 - Leaflet page 6 - Media (e.g. label side of CD) 7 - Lead artist/lead performer/soloist 8 - Artist/performer 9 - Conductor 10 - Band/Orchestra 11 - Composer 12 - Lyricist/text writer 13 - Recording Location 14 - During recording 15 - During performance 16 - Movie/video screen capture 17 - A bright coloured fish 18 - Illustration 19 - Band/artist logotype 20 - Publisher/Studio logotype |
|||
|
32 |
MIME类型字符长度（byte） |
||||
|
N*8 |
MIME类型 |
||||
|
32 |
描述符长度（byte） |
||||
|
N*8 |
描述符UTF-8 |
||||
|
32 |
图片宽度 |
||||
|
32 |
图片高度 |
||||
|
32 |
图片颜色深度 |
||||
|
32 |
索引图使用的颜色数目，0非索引图 |
||||
|
32 |
图片数据长度 |
||||
|
N*8 |
图片数据 |
||||
表3 Audio Frame结构
|
Field Name |
L(bit) |
Description |
||
|
FRAME HEADER |
14 |
同步字，'11111111111110' |
||
|
1 |
0 : 强制值，1 : 保留未来使用 |
|||
|
1 |
分块策略，0：固定块大小，帧头包含帧的序号 1：块大小可变，帧头包含采样点序号 |
|||
|
4 |
块内的采样数 0000 : reserved 0001 : 192 samples 0010-0101 : 576 * (2^(n-2)) samples 0110 : get 8 bit (blocksize-1) from end of header 0111 : get 16 bit (blocksize-1) from end of header 1000-1111：256 * (2^(n-8)) 采样点 |
|||
|
4 |
采样率 0000 : get from STREAMINFO metadata block 0001 : 88.2kHz 0010 : 176.4kHz 0011 : 192kHz 0100 : 8kHz 0101 : 16kHz 0110 : 22.05kHz 0111 : 24kHz 1000 : 32kHz 1001 : 44.1kHz 1010 : 48kHz 1011 : 96kHz 1100 : 从header end 获得8位的比特率(kHz) 1101 : 从header end 获得16位的比特率(Hz) 1110 : 从header end 获得16位的比特率(ten Hz) 1111 : invalid, to prevent sync-fooling string of 1s |
|||
|
4 |
0000-0111 :独立声道减一，分配如下： 1 channel: mono 2 channels: left, right 3 channels: left, right, center 4 channels: left, right, back left, back right 5 channels: left, right, center, back/surround left, back/surround right 6 channels: left, right, center, LFE, back/surround left, back/surround right 7 channels、8 channels: not defined 1000 : left/side stereo: channel 0是left channel, channel 1是side channel 1001 : right/side stereo: channel 0 是 side channel, channel 1是right channel 1010 : mid/side stereo: channel 0 是mid channel, channel 1是side channel 1011-1111 : reserved |
|||
|
3 |
采样深度 000 : get from STREAMINFO metadata block 001 : 8 bits per sample 010 : 12 bits per sample 011 : reserved 100 : 16 bits per sample 101 : 20 bits per sample 110 : 24 bits per sample 111 : reserved |
|||
|
1 |
0 : 强制值，1 : 保留未来使用 |
|||
|
？ |
if(variable blocksize) <8-56>:"UTF-8" coded sample number (decoded number is 36 bits) else <8-48>:"UTF-8" coded frame number (decoded number is 31 bits) |
|||
|
？ |
if(blocksize bits == 011x) 8/16 bit (blocksize-1) |
|||
|
？ |
if(sample rate bits == 11xx) 8/16 bit sample rate |
|||
|
8 |
CRC-8 |
|||
|
SUBFRAME |
SUBFRAME HEADER |
1 |
填充0，prevent sync-fooling string of 1s |
|
|
6 |
Subframe类型 000000 : SUBFRAME_CONSTANT 000001 : SUBFRAME_VERBATIM 00001x : reserved 0001xx : reserved 001xxx : if(xxx <= 4) SUBFRAME_FIXED, xxx=order ; else reserved 01xxxx : reserved 1xxxxx : SUBFRAME_LPC, xxxxx=order-1 |
|||
|
1+k |
'Wasted bits-per-sample' flag 0 : no wasted bits-per-sample in source subblock, k=0 1 : k wasted bits-per-sample in source subblock, k-1 follows, unary coded; e.g. k=3 => 001 follows, k=7 => 0000001 follows. |
|||
|
SUBFRAME CONSTANT |
N |
N = Bits per Sample |
||
|
SUBFRAME FIXED |
|
N |
N = Bits per Sample * Predictor Order |
|
|
RESIDUAL |
|
Encoded Residual |
||
|
SUBFRAME LPC |
|
N |
N = Bits per Sample * Lpc Order |
|
|
|
4 |
|
||
|
|
5 |
|
||
|
|
N |
|
||
|
RESIDUAL |
|
Encoded Residual |
||
|
SUBFRAME VERBATIM |
N*I |
N = Bits per Sample，I = Block Size |
||
|
？ |
|
填充0以实现对齐 |
||
|
FRAME FOOTER |
16 |
CRC-16 |
||
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