音频编码基本概念介绍自然界中的声音非常复杂,波形极其复杂,通常我们采用的是脉冲代码调制编码,即 PCM 编码。 PCM 通过抽样、量化、编码三个步骤将连续变化的模拟信号转换为数字编码。 1-1 什么是采样率和采样大小(位/bit )。声音其实是一种能量波,因此也有频率和振幅的特征,频率对应于时间轴线,振幅对应于电平轴线。波是无限光滑的,弦线可以看成由无数点组成,由于存储空间是相对有限的,数字编码过程中,必须对弦线的点进行采样。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 。光有频率信息是不够的,我们还必须获得该频率的能量值并量化,用于表示信号强度。量化电平数为 2的整数次幂,我们常见的 CD 位 16bit 的采样大小,即 2的 16 次方。采样大小相对采样率更难理解,因为要显得抽象点,举个简单例子:假设对一个波进行 8次采样,采样点分别对应的能量值分别为 A1-A8 ,但我们只使用 2bit 的采样大小,结果我们只能保留 A1-A8 中4个点的值而舍弃另外 4个。如果我们进行 3bit 的采样大小,则刚好记录下 8个点的所有信息。采样率和采样大小的值越大,记录的波形更接近原始信号。 1-2 有损和无损根据采样率和采样大小可以得知,相对自然界的信号,音频编码最多只能做到无限接近,至少目前的技术只能这样了,相对自然界的信号,任何数字音频编码方案都是有损的,因为无法完全还原。在计算机应用中,能够达到最高保真水平的就是 PCM 编码,被广泛用于素材保存及音乐欣赏, CD 、 DVD 以及我们常见的 WAV 文件中均有应用。因此, PCM 约定俗成了无损编码,因为 PCM 代表了数字音频中最佳的保真水准,并不意味着 PCM 就能够确保信号绝对保真, PCM 也只能做到最大程度的无限接近。我们而习惯性的把 MP3 列入有损音频编码范畴,是相对 PCM 编码的。强调编码的相对性的有损和无损,是为了告诉大家, 要做到真正的无损是困难的,就像用数字去表达圆周率,不管精度多高,也只是无限接近,而不是真正等于圆周率的值。 1-3 为什么要使用音频压缩技术要算一个 PCM 音频流的码率是一件很轻松的事情,采样率值×采样大小值×声道数 bps 。一个采样率为 4 ,采样大小为 16bit ,双声道的 PCM 编码的 WAV 文件,它的数据速率则为 × 16 ×2 =1 Kbps 。我们常说 128K 的 MP3 ,对应的 WAV 的参数,就是这个 Kbps ,这个参数也被称为数据带宽,它和 ADSL 中的带宽是一个概念。将码率除以 8,就可以得到这个 WAV 的数据速率,即1 。这表示存储一秒钟采样率为 ,采样大小为 16bit ,双声道的 PCM 编码的音频信号, 需要 的空间, 1分钟则约为 ,这对大部分用户是不可接受的,尤其是喜欢在电脑上听音乐的朋友,要降低磁盘占用,只
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