[Guide] Audio Format - Part II : Lossless Compression

Lossless Compression

Tabel 1 - Perbandingan antara uncompressed (WAV), Lossless (FLAC), dan Lossy (Mp3)
Sample #1 : Torn Between Scylla And Charybdisa by Trivium from Shogun
Sample #2 : Air on the G String (suite in D) by J.S. Bach

Sample	Format	Avg. Bitrate	Size	Percentage	Spectrum Analyzer
Sample #1	WAV	1.411 kbps	68,92 MB	100%	http://i329.photobucket.com/albums/l363/cliffflip/f21%20Guide/wav1.png
	FLAC (Level 0)	1.142 kbps	55,78 MB	80%	http://i329.photobucket.com/albums/l363/cliffflip/f21%20Guide/flac1.png
	MP3	320 kbps	15,63	22%	http://i329.photobucket.com/albums/l363/cliffflip/f21%20Guide/mp31.png
Sample #2	WAV	1.411 kbps	43,86 MB	100%	http://i329.photobucket.com/albums/l363/cliffflip/f21%20Guide/wav2.png
	FLAC (Level 0)	760 kbps	23,63 MB	53%	http://i329.photobucket.com/albums/l363/cliffflip/f21%20Guide/flac2.png
	MP3	320 kbps	9,95 MB	22%	http://i329.photobucket.com/albums/l363/cliffflip/f21%20Guide/mp32.png

Pengertian Umum
Lossless compression adalah sebuah algoritma kompresi yg dapat merekonstruksi original data kedalam sebuah format tanpa disertai dengan pengurangan kualitas.
Proses lossless compression menghasilkan lossless format dengan tipikal persentase ukuran sekitar 55% - 65% dari original data atau uncompressed format (dihitung dengan rumus size lossless / size original * 100), namun pada prakteknya, angka ini bisa saja lebih tinggi atau bahkan lebih rendah (lihat Tabel 1).

Pertanyaan yg sering muncul adalah "Mengapa dengan kualitas sama, sebuah lossless format mempunyai size yg lebih kecil dibanding uncompressed "?
uncompressed audio yg disimpan di WAV atau AIFF bersifat 'constant bitrate' atau memiliki bitrate yg konstan, artinya pada durasi yg sama, size dari hasil recording tanpa data (silence) sama dengan size recording dengan data (audio / music). Sedangkan lossless mempunyai bitrate sesuai dari banyaknya data dan pengaturan encoder tertentu, bagian silence di sebuah audio misalnya, tidak menghasilkan data secara signifikan sehingga dapat mengefisiensikan space. Lalu lossless punya semua kelebihan uncompressed format? Tidak juga, faktanya dalam proses playback, decoder diharuskan me-decompress audio kembali menjadi PCM, dan ini memerlukan computing power lebih besar dibanding proses playback sebuah uncompressed audio.

Pada kompresi ini, bitrate tidak bisa diatur pada angka tertentu sebagaimana halnya lossy compression, melainkan tergantung pada banyak & kompleksnya data yg diterima. Contoh mudahnya, sebuah proses lossless compression untuk lagu dengan genre classical cenderung menghasilkan bitrate yg lebih rendah -dan jg ukuran file yg lebih kecil- dibanding genre 'berisik' seperti metal, yg memiliki data yg lebih kompleks. (lihat Tabel 1). Perbedaan bitrate antar format lossless juga bisa saja terjadi, ini dikarenakan persentase & mode kompresi yg juga berbeda antar format (lihat Tabel 3 dan pengertian Compression Level / Mode).

Contoh Format
Terdapat banyak format lossless saat ini, Apapun format yg dipilih tidak berpengaruh terhadap kualitas audio file.
berikut tabel komparasi antar format dari wiki.hydrogenaudio.org :

Tabel 2 - Teori Perbandingan

Compression Level / Mode.
Bagian 'Compression' pada Tabel 2 dihitung dari perbandingan lossless vs. uncompressed pada default compression level masing2 encoder. Pada beberapa encoder lossless seperti FLAC, APE atau WavPack terdapat level / mode kompresi yg dapat dipilih, ini dikenal dengan istilah level 0 s/d 8 pada FLAC, fast s/d insane di APE dan fast s/d extra high di WavPack. Semakin rendah level / mode yg dipilih, maka semakin cepat juga waktu yg dibutuhkan dalam proses encoding dan semakin besar pula bitrate & file size yg dihasilkan. Berlaku juga sebaliknya, semakin tinggi level yg dipilih, maka waktu encoding yg dibutuhkan semakin lama dan menghasilkan bitrate & file size yg lebih kecil. Lihat Tabel 3 untuk informasi dan contoh perbandingan antar level / mode kompresi. 

Tabel 3 - Praktek Perbandingan
Sample : Everything's Magic by Angels & Airwaves from I-Empire.
 

Format	Encoder	Compression Mode	Average Bitrate (kbps)	Size (MB)	Percentage (%)	Encoding Time (Sec)
FLAC	FLAC ref. LibFLAC 1.2.1 20070917	Level 0	1197	33,03	84	1
	FLAC ref. LibFLAC 1.2.1 20070917	Level 5	1142	31,50	80	2
	FLAC ref. LibFLAC 1.2.1 20070917	Level 8	1140	31,46	80	5
Apple Lossless	Apple Lossless (ALAC)	default	1149	31,74	81	3
WMA Lossless	Windows Media Audio 9.2	default	1171	31,83	81	2
Monkey's Audio	Monkey's Audio 3.99	Fast	1132	31,22	80	2
	Monkey's Audio 3.99	Normal	1119	30,88	79	3
	Monkey's Audio 3.99	Insane	1110	30,63	78	15
WavPack	WavPack v4.60	Fast	1152	31,82	81	2
	WavPack v4.60	Normal	1134	31,32	80	2
	WavPack v4.60	Very High	1122	31,02	79	3
OptimFROG	OptimFROG v4.6	Fast	1121	30,94	79	5
	OptimFROG v4.6	Normal	1116	30,79	79	7
	OptimFROG v4.6	Best	1107	30,54	78	67
Real Lossless	Helix v6	Low	1151	31,70	81	6
	Helix v6	Normal	1134	31,24	80	12
	Helix v6	High	1136	31,29	80	16
Shorten	Shorten v3.6.0	default	1191	32,87	84	1
True Audio	TTAEnc v3.4	default	1133	31,28	80	2

Hybrid/Lossy
Beberapa format lossless seperti WavPack, OptimFROG dan MPEG-4 SLS mempunyai fitur unik yg disebut Hybrid/Lossy. Selain dapat menyimpan data hasil encoding pada satu file seperti format lainnya, format2 ini juga memiliki opsi untuk membuat 2 file, satu file playable yg berukuran kecil (bersifat lossy) dan satu file 'corrections' yg berukuran lebih besar (unplayable). Ketika kedua file disimpan dalam folder yg sama dan playable file diputar, maka kualitas yg didengar adalah lossless (berkat file 'corrections'). berlaku untuk sebaliknya, jika kedua file ditempatkan pada folder yg berbeda, maka kualitas playable file tersebut adalah lossy.

Fitur ini bisa jadi alternatif menarik daripada menyimpan 2 file dengan format berbeda untuk sebuah lagu / album, seperti contohnya 1 format FLAC (lossless) dan 1 format mp3 (lossy) untuk lagu yg sama.
Diantara 3 format yg sudah disebutkan, WavPack lebih populer karena overall features yg lebih baik daripada lainnya.