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【MJ】03_重识音频

参考:【秒懂音视频开发】03_重识音频

本文是上面文章的摘要,只用于自己快速浏览.

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PCM

录音的原理可以简单理解为:把声源的振动记录下来,需要时再让某个物体按照记录下来的振动规律去振动,就会产生与原来一样的声音。

音频数字化:模拟信号 -> 数字信号(便于计算机处理和存储,二进制编码)

将音频数字化的常见技术方案是脉冲编码调制(PCM,Pulse Code Modulation),主要过程是:采样 → 量化 → 编码。

采样

1.采样(Sampling)
每隔一段时间采集一次模拟信号的样本,是一个在时间上将模拟信号离散化(把连续信号转换成离散信号)的过程。

2.采样率
每秒采集的样本数量,称为采样率(采样频率,采样速率,Sampling Rate)。比如,采样率44.1kHz表示1秒钟采集44100个样本。

3.采样定理
根据采样定理(奈奎斯特–香农采样定理,Nyquist-Shannon sampling theorem)得知:只有当采样率高于声音信号最高频率的2倍时,才能把采集的声音信号唯一地还原成原来的声音。人耳能够感觉到的最高声音频率为20000Hz,因此为了满足人耳的听觉要求,需要至少每秒进行40000次采样(40kHz采样率)。这就是为什么常见的CD的采样率为44.1kHz。电话、无线对讲机、无线麦克风等的采样率是8kHZ。

量化

1.量化
量化(Quantization):将每一个采样点的样本值数字化。

2.位深度
位深度(采样精度,采样大小,Bit Depth):使用多少个二进制位来存储一个采样点的样本值。位深度越高,表示的振幅越精确。常见的CD采用16bit的位深度,能表示65536(2^16)个不同的值。DVD使用24bit的位深度,大多数电话设备使用8bit的位深度。

编码

编码:将采样和量化后的数字数据转成二进制码流。

其它概念

1.声道

单声道产生一组声波数据,双声道(立体声)产生两组声波数据。

采样率44.1kHZ、位深度16bit的1分钟立体声PCM数据有多大?

采样率 * 位深度 * 声道数 * 时间
44100 * 16 * 2 * 60 / 8 ≈ 10.34MB

1分钟10.34MB,这对于大部分用户来说是不能接受的。要想在不改变音频时长的前提下,降低音频数据的大小,只有2种方法:降低采样指标、压缩。降低采样指标是不可取的,会导致音频质量下降,用户体验变差,因此专家们研发了各种压缩方案

2.比特率

比特率(Bit Rate),指单位时间内传输或处理的比特数量,单位是:比特每秒(bit/s或bps)

采样率44.1kHZ、位深度16bit的立体声PCM数据的比特率是多少?

采样率 * 位深度 * 声道数
44100 * 16 * 2 = 1411.2Kbps
通常,采样率、位深度越高,数字化音频的质量就越好。从比特率的计算公式可以看得出来:比特率越高,数字化音频的质量就越好。

3.信噪比

信噪比(Signal-to-noise ratio,SNR,S/N,讯噪比),指信号与噪声的比例,用于比较所需信号的强度与背景噪声的强度,以分贝(dB)为单位。

位深度限制了信噪比的最大值。信噪比越大越好

音频的编码与解码

编码

PCM数据可以理解为是:未经压缩的原始音频数据,体积比较大,为了更便于存储和传输,一般都会使用某种音频编码对它进行编码压缩,然后再存成某种音频文件格式

无损压缩 有损压缩

压缩比 = 未压缩大小 / 压缩后大小

PCM数据 - 压缩数据 - 音频文件格式

解码

当需要播放音频时,得先解码(解压缩)出PCM数据,然后再进行播放。

音频文件格式 - 压缩数据 - PCM数据

常见的音频编码和文件格式

无损
Monkey’s
Audio
FLAC
ALAC

有损
MP3
WMA
AAC
Vorbis
Speex
Opus

文件格式
Ogg
WAV
AIFF

有损和无损

相对于自然界PCM也是有损

相对于MP3等PCM被认为是无损,因为它最大程度的接近于自然界


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