第一部分模拟声音-数字声音原理
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p6?_@$tF0` 一、模拟声音数字化原理
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Q bG8p w-\ 声音是通过空气传播的一种连续的波，叫声波。声音的强弱体现在声波压力的大小上，音调的高低体现在声音的频率上。声音用电表示时，声音信号在时间和幅度上都是连续的模拟信号。
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<br> 图1 模拟声音数字化的过程
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<br> 声音进入计算机的第一步就是数字化，数字化实际上就是采样和量化。连续时间的离散化通过采样来实现。
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|{ee*EI;w#n 声音数字化需要回答两个问题：①每秒钟需要采集多少个声音样本，也就是采样频率(fs)是多少，②每个声音样本的位数(bit per sample，bps)应该是多少，也就是量化精度。
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<br> ? 采样频率
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3p/tP s![Ez 采样频率的高低是根据奈奎斯特理论(Nyquist theory)和声音信号本身的最高频率决定的。奈奎斯特理论指出，采样频率不应低于声音信号最高频率的两倍，这样才能把以数字表达的声音还原成原来的声音。采样的过程就是抽取某点的频率值，很显然，在一秒中内抽取的点越多，获取得频率信息更丰富，为了复原波形，一次振动中，必须有2个点的采样，人耳能够感觉到的最高频率为20kHz，因此要满足人耳的听觉要求，则需要至少每秒进行40k次采样，用40kHz表达，这个40kHz就是采样率。我们常见的CD，采样率为44.1kHz。电话话音的信号频率约为3.4 kHz，采样频率就选为8 kHz。
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<br> ? 量化精度
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<br> 光有频率信息是不够的，我们还必须纪录声音的幅度。量化位数越高，能表示的幅度的等级数越多。例如，每个声音样本用3bit表示，测得的声音样本值是在0～8的范围里。我们常见的CD位16bit的采样精度，即音量等级有2的16次方个。样本位数的大小影响到声音的质量，位数越多，声音的质量越高，而需要的存储空间也越多。
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<br> ? 压缩编码
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<br> 经过采样、量化得到的PCM数据就是数字音频信号了，可直接在计算机中传输和存储。但是这些数据的体积太庞大了！为了便于存储和传输，就需要进一步压缩，就出现了各种压缩算法，将PCM转换为MP3,AAC,WMA等格式。
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<br> 常见的用于语音(Voice)的编码有：EVRC (Enhanced Variable Rate Coder) 增强型可变速率编码，AMR、ADPCM、G.723.1、G.729等。常见的用于音频(Audio)的编码有：MP3、AAC、AAC+、WMA等
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<br> 二、问题
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<br> 1、为什么要使用音频压缩技术？
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<br> 我们可以拿一个未压缩的CD文件(PCM音频流)和一个MP3文件作一下对比：
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ef/D s3E0q@ PCM音频：一个采样率为44.1KHz，采样大小为16bit，双声道的PCM编码CD文件，它的数据速率则为 44.1K×16×2 =1411.2 Kbps，这个参数也被称为数据带宽。将码率除以8 bit,就可以得到这个CD的数据速率，即176.4KB/s。这表示存储一秒钟PCM编码的音频信号，需要176.4KB的空间。
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o hn4S/C |"h[ Z.A MP3音频：将这个WAV文件压缩成普通的MP3，44.1KHz，128Kbps的码率，它的数据速率为128Kbps/8=16KB/s。如下表所示：
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-]4V&F-z)pWT:Mp2o 存1秒音频数据所占空间
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<br> 1411.2 Kbps
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<span style="font-size:0px;">E!N%lhD[%Z*oF</span>
<br> MP3
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5butT+lC5G,Ct 128Kbps
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6Xy)Gdw-Y$MaI~4p~ 16KB
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F.T'r$BG` AAC
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Lq;C`s uSXO 96Kbps
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<br> 12KB
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D`SQ2oNl.T+W%GR
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8M8|1j-}Yh mp3PRO
<span style="font-size:0px;">B@$F0V*s</span>
<br> 64Kbps
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<br> 8KB
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6GP E0OX V}
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QlpYR ? S+rq 表1 相同音质下各种音乐大小对比
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<br> 2、频率 |
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