README.md · Nagisa/NCM2FLAC

# NCM2FLAC

主要以研究加密解密原理为主，每一步的操作有较详细的注释。

源码基于ncmdump项目进行改写，更新为pycryptodome库。

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## 音频基础

这部分内容部分参考于 [chuyaoxin](https://www.cnblogs.com/cyx-b/p/13443003.html) 和 [欧祎](https://www.jianshu.com/p/ec5977ef383a) 。

涉及一些数电领域知识。

### 音频采样原理

何为无损音乐？我们可以根据采样原理来一探究竟。

模数转换一般分三步走：采样=>量化=>编码，下面是一些通俗解释：

- 采样

> 声音是连续的模拟信号，通过采样，将之转变为离散的数字信号，其中要遵循的是**奈奎斯特定理**：只要采样频率不低于声音信号最高频率的两倍，采样得到的数字信号就能保真地记录、还原声音。
>
> 人耳能够听到的范围是20Hz到20kHz，所以采样频率一般为44.1kHz，这样就可以保证采样声音达到20kHz也能被数字化，从而使得经过数字化处理之后，人耳听到的声音质量不会被降低。而所谓的44.1kHz就是代表1秒会采样44100次。

- 量化

> 量化是指在幅度轴上对信号进行数字化，就是用多少位的数据来记录一个采样。比如用16比特的二进制信号来表示声音的一个采样，而16比特（一个short）所表示的范围是[-32768,32767]，共有65536个可能取值，因此最终模拟的音频信号在幅度上也分为了65536层。

- 编码

> 编码是指用二进制数来表示每个采样的量化值。如果量化是均匀的， 又采用自然二进制数表示，这种编码方法就是脉冲编码调制（PCM）。

所以，只要采样率足够，从音源角度讲，就可以称之为无损音乐（HI-FI，高保真音乐）。

### 有损音频格式/无损音频格式

常见的有损音频格式：

- MP3

> MP3是一种音频压缩技术，其全称是动态影像专家压缩标准音频层面3（Moving Picture Experts Group Audio Layer III）。MP3是利用人耳对高频声音信号不敏感的特性，将时域波形信号转换成频域信号，并划分成多个频段，对不同的频段使用不同的压缩率，对高频加大压缩比（甚至忽略信号）对低频信号使用小压缩比，保证信号不失真。这样一来就相当于抛弃人耳基本听不到的高频声音，只保留能听到的低频部分，从而将声音用1∶10甚至1∶12的压缩率压缩。由于这种压缩方式的全称叫MPEG Audio Player3，所以人们把它简称为MP3。

- AAC

> AAC，全称Advanced Audio Coding，是一种专为声音数据设计的文件压缩格式。出现于1997年，基于MPEG-2的音频编码技术。由Fraunhofer IIS、杜比实验室、AT&T、索尼等公司共同开发，目的是取代MP3格式。2000年，MPEG-4标准出现后，AAC重新集成了其特性，加入了SBR技术和PS技术，为了区别于传统的MPEG-2 AAC又称为MPEG-4 AAC。

- Ogg

> Ogg全称是OGG Vorbis， 是一种音频压缩格式，类似于MP3等的音乐格式。但有一点不同的是，它是完全免费、开放和没有专利限制的。OGG Vorbis有一个特点是支持多声道。

- Opus

> Opus是一个有损声音编码的格式，由Xiph.Org基金会开发，之后由IETF（互联网工程任务组）进行标准化，目标是希望用单一格式包含声音和语音，取代Speex和Vorbis，且适用于网络上低延迟的即时声音传输，标准格式定义于RFC 6716文件。Opus格式是一个开放格式，使用上没有任何专利或限制。

常见的无损音频格式：

- WAV

> WAV是最常见的声音文件格式之一，是微软公司专门为Windows开发的一种标准数字音频文件，该文件能记录各种单声道或立体声的声音信息，并能保证声音不失真。但WAV文件有一个致命的缺点，就是它所占用的磁盘空间太大（每分钟的音乐大约需要12兆磁盘空间）。它符合资源互换文件格式（RIFF）规范，用于保存Windows平台的音频信息资源，被Windows平台及其应用程序所广泛支持。Wave格式支持MSADPCM、CCITT A律、CCITT μ律和其他压缩算法，支持多种音频位数、采样频率和声道，是PC机上最为流行的声音文件格式；但其文件尺寸较大，多用于存储简短的声音片段。

- AIFF

> AIFF是音频交换文件格式（Audio Interchange File Format）的英文缩写，是一种文件格式存储的数字音频（波形）的数据，AIFF应用于个人电脑及其它电子音响设备以存储音乐数据。
  >
  > 本质上和WAV是一个东西，两者只是封装工艺不同，WAV是微软的，AIFF是苹果的。

- FLAC

> FLAC中文可解释为无损音频压缩编码。FLAC是一套著名的自由音频压缩编码，其特点是无损压缩。不同于其他有损压缩编码如MP3及AAC，它不会破坏任何原有的音频信息，所以可以还原音乐光盘音质。2012年以来它已被很多软件及硬件音频产品（如CD等）所支持。

- APE

> APE是流行的数字音乐无损压缩格式之一，因出现较早，在全世界特别是中国大陆有着广泛的用户群。与MP3这类有损压缩格式不可逆转地删除（人耳听力不敏感的）数据以缩减源文件体积不同，APE这类无损压缩格式，是以更精炼的记录方式来缩减体积，还原后数据与源文件一样，从而保证了文件的完整性。APE由软件Monkey's audio压制得到，开发者为Matthew T. Ashland，源代码开放，因其界面上有只“猴子”标志而出名。相较同类文件格式FLAC，ape有查错能力但不提供纠错功能，以保证文件的无损和纯正；其另一个特色是压缩率约为55%，比FLAC高，体积大概为原CD的一半，便于存储。

- ALAC

> ALAC 即Apple lossless audio codec的缩写，是苹果公司开发的一种无损音频格式，苹果在Apache v2.0许可证下开源了“苹果无损音频编解码器（Apple Lossless Audio Codec，缩写ALAC）”。是对AIFF的压缩，类似于FLAC是对WAV的压缩一样，自然文件小。ALAC同AAC一样是MPEG-4封装，扩展名是m4a。

- DSD（dsf/dff）

> DSD是Direct Stream Digital的缩写，表示直接比特流数字编码，是SACD(Super Audio CD)的编码模式。它是Sony与Philips在1996年宣布共同发展的高解析数字音响规格。

根据前人的研究，NCM格式并非是一种全新的音频格式，而是一种加密格式，下面将分析NCM的文件结构。

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## 文件结构

下图来源于 [yoki123](https://github.com/yoki123/ncmdump) 的项目。

![结构图](./img/结构图.png)

上图可以与下表结合来看，更容易理解NCM文件的整体结构。

下面的表格同样展示了NCM的结构，并给出了对应的处理策略，来源于 [charlotte-xiao](https://github.com/charlotte-xiao/NCM2MP3) 的项目。

| 信息 | 大小 | 备注 |
|:----------------------:|:--------------------------:|:----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| Magic Header | 10 bytes | 跳过 |
| KEY Length | 4 bytes | 用AES128加密RC4密钥后的长度(小端字节排序,无符号整型) |
| KEY From AES128 Decode | KEY Length (128 bytes) | 用AES128加密的RC4密钥 注意: 1.按字节对0x64异或 2.AES解密(其中PKCS5Padding填充模式会去除末尾填充部分;) 3.去除前面`neteasecloudmusic`17个字节; |
| Mata Length | 4 bytes | Mata的信息的长度(小端字节排序,无符号整型) |
| Mata Data(JSON) | Mata Length | JSON的格式的Mata的信息 注意: 1.按字节对0x63异或; 2.去除前面`163 key(Don't modify):`22个字节; 3.Base64进行decode; 4.AES解密; 5.去除前面`music:`6个字节后获得JSON |
| CRC校验码 | 4 bytes | 跳过 |
| Gap | 5 bytes | 跳过 |
| Image Size | 4 bytes | 图片大小 |
| Image | Image Size | 图片数据 |
| Music Data | - | RC4-KSA生成s盒,RC4-PRGA解密 |

## 详细步骤

建议看 [这一篇文章](https://www.cnblogs.com/cyx-b/p/13443003.html) ，讲的非常详细。

简单一点，可以直接看main.py文件，我已添加注释。

### 关于如何查看文件的16进制代码：

如果你使用notepad++，你可以在插件中安装Hex-Editor，开启此插件即可。

## 使用

执行main.py，在选择框中选择文件所在目录即可。

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