音频基础知识汇总

自然界中的声音非常复杂，波形极其复杂，通常我们采用脉冲编码码调制编码，即PCM编码。PCM编码通过抽样、量化、编码三个步骤将连续变化的模拟信号转换为数字信号

采样（sample）

数码音频系统是通过将声波波形转换成一连串的二进制数据来再现原始声音的（原始声音是模拟信号），实现这个步骤使用的设备是模/数转换器（A/D转换器，或者ADC，或者analog to digital convert）。它以每秒上万次的速率对声波进行采样，每一次采样都记录下了原始模拟声波在某一时刻的状态，称之为样本。将一串的样本连接起来，就可以描述一段声波了，把每一秒钟所采样的数目称为采样频率或采率，单位为HZ（赫兹）。采样频率越高所能描述的声波频率就越高。采样率决定声音频率的范围（相当于音调），可以用数字波形表示。以波形表示的频率范围通常被称为带宽。要正确理解音频采样可以分为采样的位数和采样的频率。

采样位数（采样精度）

电脑中的声音文件是用数字0和1来表示的。所以在电脑上录音的本质就是把模拟声音信号转换成数字信号。反之，在播放时则是把数字信号还原成模拟声音信号输出。采样位数可以理解为采集卡处理声音的解析度。这个数值越大，解析度就越高，录制和回放的声音就越真实。采集卡的位是指采集卡在采集和播放声音文件时所使用数字声音信号的二进制位数。采集卡的位客观地反映了数字声音信号对输入声音信号描述的准确程度。8位代表2的8次方--256，16 位则代表2的16次方--64K。

采样率（sample rate）

单位时间内对媒体对象的采样次数，单位Hz。采样频率是指录音设备在一秒钟内对声音信号的采样次数，采样频率越高声音的还原就越真实越自然。在当今的主流采集卡上，采样频率一般共分为 22.05KHz、44.1KHz（44100Hz）、48KHz三个等级，22.05 KHz只能达到FM广播的声音品质，44.1KHz则是理论上的CD音质界限，48KHz则更加精确一些。对于高于48KHz的采样频率人耳已无法辨别出来了，所以在电脑上没有多少使用价值。

5kHz的采样率仅能达到人们讲话的声音质量。

11kHz的采样率是播放小段声音的最低标准，是CD音质的四分之一。

22kHz采样率的声音可以达到CD音质的一半，目前大多数网站都选用这样的采样率。

44kHz的采样率是标准的CD音质，可以达到很好的听觉效果。

通道数（channel）

分为单声道mono；立体声stereo。当然还存在更多的通道数。举个列子，声道多，效果好，两个声道，说明只有左右两边有声音传过来， 四声道，说明前后左右都有声音传过来

比特率（bitrate）

也叫码率。针对编码格式，表示压缩编码后每秒的音频数据量大小。计算公式：比特率 = 采样率 x 采样精度 x 声道数。单位kbps，这里的k为1000

VBR、ABR、CBR

VBR（Variable Bitrate）动态比特率。也就是没有固定的比特率，压缩软件在压缩时根据音频数据即时确定使用什么比特率。这是Xing发展的算法，他们将一首歌的复杂部分用高Bitrate编码，简单部分用低Bitrate编码。主意虽然不错，可惜Xing编码器的VBR算法很差，音质与CBR相去甚远。幸运的是， Lame完美地优化了VBR算法，使之成为MP3的最佳编码模式。这是以质量为前提兼顾文件大小的方式时推荐的编码模式。

ABR（Average Bitrate）平均比特率，是VBR的一种插值参数。Lame针对CBR不佳的文件体积比和VBR生成文件大小不定的特点独创了这种编码模式。ABR也被称为“Safe VBR”，它是在指定的平均Bitrate内，以每50帧（30帧约1秒）为一段，低频和不敏感频率使用相对低的流量，高频和大动态表现时使用高流量。举例来说，当指定用192kbps ABR对一段wav文件进行编码时，Lame会将该文件的85%用192kbps固定编码，然后对剩余15%进行动态优化：复杂部分用高于192kbps 来编码、简单部分用低于192kbps来编码。与192kbps CBR相比，192kbps ABR在文件大小上相差不多，音质却提高不少。ABR编码在速度上是VBR编码的2到3倍，在128-256kbps范围内质量要好于CBR。可以做为 VBR和CBR的一种折衷选择。

CBR（Constant Bitrate），常数比特率，指文件从头到尾都是一种位速率。相对于VBR和ABR来讲，它压缩出来的文件体积很大，但音质却不会有明显的提高。

有损和无损

根据采样和量化的过程可知，音频编码最多只能做到无限接近 自然界的信号 ，至少目前的技术还不可能将其完全一样。这是因为自然界的信号是连续的，而音频编码后的 值 是离散的。因此，任何数字音频编码方案都是有损的，这也就意味着任何的音频都不可能完全还原出自然界的声音。

在计算机应用中， PCM编码 能够达到最高保真水平。它已经被广泛地应用于素材保存及音乐欣赏，包括CD、DVD以及 WAV文件等等。因此，PCM约定俗成了无损编码，但是这并不意味着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。

我们习惯性地把MP3列入有损音频编码范畴，这是相对PCM编码的。

强调编码的相对性的有损和无损，要做到真正的无损是非常困难，甚至是不可能的。就如同，我们用小数去表达圆周率，不管小数精度有多高，也只能无限地接近，而不是真正等于圆周率的值。