Bài này mình ghi chép chi tiết về định dạng file âm oga. Oga là container, còn Opus là audio compression algorithm. Oga có thể chứa vài kiểu dữ liệu âm thanh được nén khác nhau chứ không chỉ có Opus. Tuy nhiên Opus là thuật toán nén âm thanh tối ưu nhất để nén ghi âm giọng nói.

1. Cấu trúc file oga lưu trữ định dạng nén Opus

File .oga (Ogg Audio) sử dụng container Ogg để đóng gói dữ liệu Opus. Hãy phân tích cấu trúc chi tiết:

1. Cấu trúc tổng quan của container Ogg:

[Ogg Container]
├── [Ogg Page 1]
│   ├── Page Header
│   └── Opus Headers
├── [Ogg Page 2]
│   ├── Page Header
│   └── Opus Comment Header
├── [Ogg Page 3...n]
│   ├── Page Header
│   └── Opus Audio Data
└── [End Of Stream]

2. Chi tiết từng thành phần:

A. Ogg Page Header (27 bytes)

Byte offset| Length | Content
-----------+--------+-----------------
0x00       | 4      | "OggS" (magic number)
0x04       | 1      | Stream structure version
0x05       | 1      | Header type flag
0x06       | 8      | Granule position
0x0E       | 4      | Bitstream serial number
0x12       | 4      | Page sequence number
0x16       | 4      | CRC checksum
0x1A       | 1      | Number of segments
0x1B       | n      | Segment table

B. Opus Headers

  1. ID Header (19 bytes)
Byte offset | Length | Content
-----------+--------+-----------------
0x00       | 8      | "OpusHead" (magic)
0x08       | 1      | Version number
0x09       | 1      | Channel count
0x0A       | 2      | Pre-skip
0x0C       | 4      | Input sample rate
0x10       | 2      | Output gain
0x12       | 1      | Channel mapping family
  1. Comment Header
[Opus Tags]
├── Magic Signature ("OpusTags")
├── Vendor String Length
├── Vendor String
├── User Comment List Length
└── User Comments
    ├── Comment 1 Length + Data
    ├── Comment 2 Length + Data
    └── ...

3. Cấu trúc dữ liệu audio:

graph TD
    A[Ogg Stream] --> B[Page 1]
    A --> C[Page 2]
    A --> D[Page n]
    B --> E[Header]
    B --> F[Opus Packets]
    C --> G[Header]
    C --> H[Opus Packets]
    D --> I[Header]
    D --> J[Opus Packets]

4. Opus Packet Structure:

[Opus Packet]
├── TOC (Table of Contents) byte
│   ├── Config (5 bits)
│   ├── Stereo flag (1 bit)
│   └── Frame count (2 bits)
├── Frame Length [optional]
└── Audio Data

5. Metadata trong Comment Header:

Thông tin thường gặp:

TITLE=
ARTIST=
ALBUM=
DATE=
GENRE=
ENCODER=

6. Ví dụ đọc cấu trúc file:

# Pseudo code để đọc file .oga
def read_oga_file(filename):
    with open(filename, 'rb') as f:
        # Đọc Ogg page header
        if f.read(4) != b'OggS':
            raise Error("Not an Ogg file")
            
        # Đọc Opus ID header
        if f.read(8) != b'OpusHead':
            raise Error("Not an Opus stream")
            
        # Đọc các thông số
        version = read_byte()
        channels = read_byte()
        pre_skip = read_uint16()
        sample_rate = read_uint32()
        
        # Tiếp tục đọc data pages...

7. Lưu ý quan trọng:

  1. Granule Position:
  • Đánh dấu vị trí thời gian
  • Cho phép seek nhanh
  • Đơn vị là samples
  1. Page Sequence:
  • Đảm bảo thứ tự các page
  • Phát hiện mất/lỗi page
  1. CRC Checksum:
  • Kiểm tra tính toàn vẹn
  • Bảo vệ dữ liệu
  1. Segment Table:
  • Quản lý kích thước packet
  • Cho phép packet trải nhiều page

8. Ưu điểm của cấu trúc này:

  • ✅ Streaming friendly
  • ✅ Robust error handling
  • ✅ Flexible metadata
  • ✅ Efficient seeking
  • ✅ Low overhead

2. Cấu trúc Ogg Page - Opus Headers

Kích thước của Ogg Page lưu Opus Headers có thể thay đổi. Hãy phân tích chi tiết:
Cấu trúc Ogg Page
1. Cấu trúc Ogg Page cơ bản:

[Ogg Page]
├── Page Header (27 bytes cố định)
│   ├── "OggS" Magic (4 bytes)
│   ├── Version (1 byte)
│   ├── Header Type (1 byte)
│   ├── Granule Position (8 bytes)
│   ├── Bitstream Serial Number (4 bytes)
│   ├── Page Sequence Number (4 bytes)
│   ├── CRC Checksum (4 bytes)
│   └── Number of Segments (1 byte)
├── Segment Table (biến đổi, tối đa 255 bytes)
└── Page Data (biến đổi, tối đa 65,025 bytes)

2. Yếu tố ảnh hưởng kích thước:

  1. Segment Table:
  • Mỗi entry 1 byte
  • Số lượng entry = Number of Segments
  • Tối đa 255 segments
  1. Page Data:
  • Kích thước phụ thuộc Segment Table
  • Mỗi segment tối đa 255 bytes
  • Tổng kích thước = sum(segment_sizes)

3. Ví dụ cụ thể:

# Tính kích thước Ogg Page
min_size = 27  # Header cố định
max_segment_table = 255  # Bytes
max_data = 255 * 255  # ~65KB

# Công thức
page_size = 27 + segment_table_size + data_size

4. Các trường hợp điển hình:

  1. Opus ID Header:
Header: 27 bytes
Segment Table: 1 byte
Data: 19 bytes (OpusHead + params)
Total: 47 bytes
  1. Opus Comment Header:
Header: 27 bytes
Segment Table: 1-255 bytes
Data: Biến đổi (phụ thuộc metadata)
Total: 28 bytes + metadata size

5. Giới hạn kích thước:

graph TD
    A[Ogg Page Size] --> B[Minimum: 28 bytes]
    A --> C[Maximum: 65,307 bytes]
    C --> D[27 bytes header]
    C --> E[255 bytes segment table]
    C --> F[65,025 bytes data]

6. Các yếu tố làm thay đổi kích thước:

  1. Metadata:
  • Tên bài hát
  • Artist
  • Album
  • Năm
  • Genre
  • Custom tags
  1. Cấu hình Opus:
  • Số kênh
  • Sample rate
  • Encoding parameters
  1. Comment Header:
  • Vendor string
  • User comments
  • Additional tags

Trong file oca, cách chia nhỏ thành các Ogg Page dựa theo tiêu chí gì?

Trong file OGA, việc chia thành các Ogg Page dựa trên nhiều tiêu chí, trong đó quan trọng nhất là thời lượng (duration) của audio frame. Hãy phân tích chi tiết:

1. Tiêu chí chính để chia Ogg Page:

graph TD
    A[Tiêu chí chia Ogg Page] 
    A --> B[Thời lượng Frame]
    A --> C[Kích thước tối đa Page]
    A --> D[Opus Frame Size]
    A --> E[Granule Position]

    B --> B1[2.5ms - 60ms/frame]
    C --> C1[Tối đa ~65KB/page]
    D --> D1[Dựa theo mode và bitrate]
    E --> E1[Đánh dấu thời gian]

2. Chi tiết từng tiêu chí:

  1. Thời lượng Frame (Chính)
  • Frame duration: 2.5, 5, 10, 20, 40, 60ms
  • Thường dùng: 20ms/frame
  • Ví dụ: 1 giây = 50 frames (với 20ms/frame)
  1. Kích thước Page
max_page_size = 27 + 255 + (255 * 255)  # ~65KB
typical_page_size = 1000-4000 bytes      # Thông thường
  1. Opus Frame Size
Frame Size = (Bitrate * Frame Duration) / 8
Ví dụ: 
- 32kbps, 20ms frame
- Size = (32000 * 0.02) / 8 = 80 bytes

3. Công thức tính:

# Số frames trong 1 page
frames_per_page = min(
    floor(max_page_size / frame_size),
    max_segments_allowed,
    granule_position_increment
)

# Thời lượng của 1 page
page_duration = frames_per_page * frame_duration

4. Ví dụ cụ thể:

  1. Voice Mode (SILK)
Frame Duration: 20ms
Bitrate: 24kbps
Frame Size: 60 bytes
→ ~250 frames/page
→ ~5 seconds audio/page
  1. Music Mode (CELT)
Frame Duration: 10ms
Bitrate: 128kbps
Frame Size: 160 bytes
→ ~150 frames/page
→ ~1.5 seconds audio/page

5. Các yếu tố ảnh hưởng:

  1. Bitrate:
  • Cao → frame size lớn → ít frames/page
  • Thấp → frame size nhỏ → nhiều frames/page
  1. Frame Duration:
  • Dài → ít frames/page, độ trễ cao
  • Ngắn → nhiều frames/page, độ trễ thấp
  1. Application Mode:
VOIP: Tối ưu độ trễ
Audio: Tối ưu chất lượng
Restricted Lowdelay: Độ trễ tối thiểu

6. Best Practices:

  1. Streaming:
# Tối ưu cho streaming
optimal_page_duration = {
    'voip': 40-100ms,
    'audio': 200-1000ms,
    'lowdelay': 20-60ms
}
  1. File Storage:
# Tối ưu cho lưu trữ
optimal_page_size = {
    'min': 1000,  # bytes
    'max': 8000,  # bytes
    'typical': 4000  # bytes
}

Number of Segments = 1 byte như vậy file oga chỉ có tối đa 255 segments. Cấu trúc mỗi segment là gì?

Đúng vậy, mỗi Ogg Page có tối đa 255 segments. Hãy phân tích chi tiết về cấu trúc segment:

1. Cấu trúc cơ bản của Segment:

[Segment]
├── Size (1 byte trong Segment Table)
└── Data (0-255 bytes)

2. Đặc điểm của Segment:

graph TD
    A[Segment] --> B[Size byte trong Segment Table]
    A --> C[Data Payload]
    B --> D[0-255 bytes]
    C --> E[Packet Fragment hoặc Complete Packet]

3. Quy tắc quan trọng:

  1. Kích thước Segment:
  • Mỗi segment tối đa 255 bytes
  • Size = 255: Segment là một phần của packet lớn
  • Size < 255: Segment là kết thúc của packet
  1. Packet spanning:
[Packet > 255 bytes]
├── Segment 1 (255 bytes)
├── Segment 2 (255 bytes)
└── Segment 3 (< 255 bytes) - End of packet

4. Ví dụ cụ thể:

# Segment Table Example
segment_table = [
    255,    # Segment 1 - Packet chưa kết thúc
    255,    # Segment 2 - Packet chưa kết thúc
    123     # Segment 3 - Kết thúc packet (123 bytes)
]

# Tổng kích thước packet = 255 + 255 + 123 = 633 bytes

5. Cấu trúc chi tiết:

[Ogg Page]
├── Page Header (27 bytes)
├── Number of Segments (1 byte) = N
├── Segment Table (N bytes)
│   ├── Size_1
│   ├── Size_2
│   └── Size_N
└── Segment Data
    ├── Segment_1 Data (Size_1 bytes)
    ├── Segment_2 Data (Size_2 bytes)
    └── Segment_N Data (Size_N bytes)

6. Các trường hợp đặc biệt:

  1. Packet nhỏ (< 255 bytes):
Segment Table: [120]
Data: 120 bytes of complete packet
  1. Packet lớn (> 255 bytes):
Segment Table: [255, 255, 100]
Data: 610 bytes spanning three segments
  1. Multiple packets:
Segment Table: [100, 150, 200]
Data: Three separate complete packets

7. Code ví dụ phân tích segments:

def analyze_segments(file):
    # Đọc số lượng segments
    num_segments = ord(file.read(1))
    
    # Đọc segment table
    segment_table = [ord(file.read(1)) for _ in range(num_segments)]
    
    packets = []
    current_packet = []
    
    for size in segment_table:
        data = file.read(size)
        current_packet.append(data)
        
        # Nếu size < 255, packet kết thúc
        if size < 255:
            packets.append(b''.join(current_packet))
            current_packet = []
    
    return packets

8. Lưu ý quan trọng:

  1. Xử lý packet lớn:
  • Cần ghép nhiều segments
  • Kiểm tra sequence đúng
  • Buffer management
  1. Performance:
  • Tối ưu việc đọc/ghi
  • Tránh copy dữ liệu không cần thiết
  • Xử lý streaming hiệu quả
  1. Error handling:
  • Kiểm tra kích thước hợp lệ
  • Xử lý corrupt data
  • Validate packet boundaries