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2024年4月23日发(作者：)
音频基本知识
第一部分 模拟声音-数字声音原理
第二部分 音频压缩编码
第三部分 和弦铃声格式
第四部分 单声道、立体声和环绕声
第五部分 3D环绕声技术
第六部分 数字音频格式和数字音频接口
第一部分 模拟声音-数字声音原理
一、模拟声音数字化原理
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。
图1 模拟声音数字化的过程
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。
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(
f
s
)
是多少，②每个声音样本的位数(bit)应该是多少，也就是量化位数。
¾ 采样频率
奈奎斯特理论（采样定理）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。
常见的音频录制时的采样率和量化位数：
镭射碟
DVD
声音录制格式
杜比数字
线性PCM
从数字音频接口输入输出
杜比数字位信号
线性PCM(48kHz采样/16bit或
48KHz采样/24bit等)
CD
VCD
线性PCM
MPEG
线性PCM(44.1kHz采样/16bit)
线性PCM(44.1kHz采样/16bit)
表1 常见音频录制及传输格式
¾ 量化精度
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，即音量等级个数有2的16次方。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。
¾ 压缩编码
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。
二、问题
1、音频压缩技术有多重要？
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：
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。再除以8将bit
换算成字节byte,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。
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：
音频格式
CD(线性PCM)
MP3
AAC
mp3PRO
WMA
比特率
1411.2 Kbps
128Kbps
96Kbps
64Kbps
64Kbps
存1秒音频数据所占空间
176.4KB
16KB
12KB
8KB
8KB
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