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          音頻基礎(chǔ)知識(shí)

          共 2215字,需瀏覽 5分鐘

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          2021-04-16 21:06

          PS:由淺入深,慢就是快。

          本篇總結(jié)下音頻基礎(chǔ)知識(shí),音視頻相關(guān)文章如下:

          下面將從以下幾個(gè)方面進(jìn)行介紹:

          1. 聲音的產(chǎn)生

          2. 聲音的三要素

          3. 模數(shù)轉(zhuǎn)換

          4. 原始音頻數(shù)據(jù)

          5. PCM與Wav

          6. 音頻處理流程

          聲音的產(chǎn)生

          聲音是由物體振動(dòng)產(chǎn)生的,通過(guò)空氣、固體、液體等介質(zhì)進(jìn)行傳輸?shù)囊环N聲波,可以被人耳識(shí)別的聲波的范圍是 20Hz~20000Hz 之間,也叫做可聽(tīng)聲波,這種聲波稱(chēng)之為聲音,根據(jù)聲波頻率的不同可以主要分為:

          • 可聽(tīng)聲波:20Hz~20kHz

          • 超聲波:> 20kHz

          • 次聲波:< 20Hz

          此外,人的發(fā)聲范圍一般是 85Hz~1100Hz。

          聲音的三要素

          聲音的三要素分別是音調(diào)、音量、音色,具體如下:

          • 音調(diào):指的是聲音頻率的高低,表示人的聽(tīng)覺(jué)分辨一個(gè)聲音的調(diào)子高低的程度,物體振動(dòng)的快,發(fā)出的聲音的音調(diào)就高,振動(dòng)的慢,發(fā)出的音調(diào)就低。

          • 音量:又稱(chēng)音強(qiáng)、響度,指聲音的振幅大小,表示人耳對(duì)所聽(tīng)到的聲音大小強(qiáng)弱的主觀感受。

          • 音色:又稱(chēng)音品,指不同聲音表現(xiàn)在波形方面總是有與眾不同的特性,不同的物體振動(dòng)都有不同的特點(diǎn),反映每個(gè)物體發(fā)出的聲音的特有的品質(zhì),音色具體由諧波決定,好聽(tīng)的聲音絕不僅僅是一個(gè)正弦波,而是諧波。

          模數(shù)轉(zhuǎn)換

          聲音是一個(gè)模擬音頻信號(hào),如果要將聲音數(shù)字化,則需要將模擬音頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào),這就是模數(shù)轉(zhuǎn)換,主要流程包括采樣、量化、編碼,如下圖所示:
          • 采樣:連續(xù)信號(hào)轉(zhuǎn)換為離散信號(hào)的過(guò)程,每個(gè)一定時(shí)間的信號(hào)值來(lái)

            替代原來(lái)時(shí)間段連續(xù)的信號(hào)值,這個(gè) 1s 內(nèi)的采樣次數(shù)就是采樣率

            ,如 8KHz 是電話(huà)信號(hào)的采樣率,可以滿(mǎn)足通話(huà)需要,音頻 CD

            般是 44.1kHz,數(shù)字電視一般是是 48kHz,采樣率越高聲音的還

            原程度越高。

          • 量化:將采樣后 的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的過(guò)程,量化分為均

            勻量化和非均勻量化,上圖中顯然使用了均勻量化,量化級(jí)數(shù)是 8。

          • 編碼:將量化后的信號(hào)轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制代碼,最簡(jiǎn)單就是自然

            二進(jìn)制碼,其他編碼方式感興趣自行去了解,上圖中編碼指的是信

            源編碼,除此之外還有信道編碼。

          原始音頻數(shù)據(jù)

          PCM((Pulse Code Modulation)是脈沖編碼調(diào)制,實(shí)際上就是將模擬音頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字音頻信號(hào),音視頻中的 PCM 指的是未經(jīng)壓縮的音頻采樣數(shù)據(jù),是音頻信號(hào)經(jīng)采樣、量化、編碼生成的原始音頻數(shù)據(jù),PCM 數(shù)據(jù)關(guān)鍵量化指標(biāo)如下:
          • Sample Size:采樣大小,也是量化級(jí)數(shù),表示一個(gè)采樣用多少位 bit 存放,常用的是 16 位。

          • Sample Rate:采樣率,表示每次采樣的次數(shù),單位 Hz,常見(jiàn)的采樣率有 8k、16k、32k、44.1k、48k 等。

          • Number of Channels:聲道數(shù),表示當(dāng)前 PCM 數(shù)據(jù)中包含的聲道數(shù),如單聲道、雙聲道、多聲道等。

          • Byte Ordering:字節(jié)序,表示 PCM 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的字節(jié)序是大端存儲(chǔ)(big-endian)還是小端存儲(chǔ)(little-endian),為了數(shù)據(jù)處理效率的高效,通常為小端存儲(chǔ)。

          • Sign:表示當(dāng)前 PCM 數(shù)據(jù)是否有符號(hào)位

          • Integer Or Floating Point:表示當(dāng)前 PCM 數(shù)據(jù)使用整型還是浮點(diǎn)型來(lái)表示。

          了解了表示 PCM 數(shù)據(jù)的量化指標(biāo)之后,那么碼率如何計(jì)算呢,碼率就是一秒鐘采樣數(shù)據(jù)的多少,計(jì)算方式如下:
          1采樣率 * 采樣大小 * 聲道數(shù)
          舉個(gè)例子:
          采樣率 44.1KHz,采樣大小為 16bit,雙聲道的 PCM 編碼的 WAV 文件,其碼率為 44.1K *_16 *_2 = 1411.2Kb/s,假設(shè)傳輸上述音頻,每秒將超過(guò) 1M 的數(shù)據(jù)量,再加上在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中,上行速率往往遠(yuǎn)小于下行速率,這就需要壓縮音頻數(shù)據(jù)了。

          PCM與WAV

          PCM 可以查看前面小結(jié),WAV 是一種無(wú)損的音頻文件格式,其對(duì)音頻的編碼沒(méi)有硬性規(guī)定,可以是 PCM 也可以是其他編碼方式,比如 MP3編碼等,簡(jiǎn)單總結(jié)一下:
          • PCM:一種編碼方式,在音視頻領(lǐng)域則理解為原始音頻數(shù)據(jù)裸流;

          • WAV:一種音頻文件格式,可存儲(chǔ) PCM 數(shù)據(jù),相當(dāng)于在 PCM 基礎(chǔ)上添加了 WAV 頭部。

          最后附上一張 WAV 的 Header 示意圖:
          更多細(xì)節(jié)后續(xù)研究后補(bǔ)充。

          音頻處理流程

          簡(jiǎn)單講一下音頻的處理流程,一是音頻文件的生成,如在 Android 中使用 AudioRecord 、MediaRecord 等采集到的音頻數(shù)據(jù)就是 PCM 數(shù)據(jù),這種數(shù)據(jù)屬于數(shù)字音頻信號(hào),是原始的 PCM 裸流,PCM 數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)編碼也就是將 PCM 數(shù)據(jù)壓縮,在通過(guò)復(fù)用生成對(duì)應(yīng)的音頻文件,二是音頻文件的播放,經(jīng)解復(fù)用、解碼轉(zhuǎn)換成 PCM 進(jìn)行播放。


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          覺(jué)得不錯(cuò),點(diǎn)個(gè)在看唄~


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