一 什么是音頻的采樣率和采樣大小
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自然界中的聲音非常復雜，波形極其復雜，通常我們采用的是脈沖代碼調制編碼。即PCM編碼。PCM通過抽樣、量化、編碼三個步驟將連續變化的模擬信號轉換為數字編碼。
抽樣：在音頻采集中叫做采樣率。 由於聲音其實是一種能量波，因此也有頻率和振幅的特征，頻率對應於時間軸線，振幅對應於電平軸線。波是無限光滑的，弦線可以看成由無數點組成，由於存儲空間是相對有限的，數字編碼過程中，必須對弦線的點進行采樣。采樣的過程就是抽取某點的頻率值，很顯然，在一秒中內抽取的點越多，獲取得頻率信息更豐富，為了復原波形，一次振動中，必須有2個點的采樣，人耳能夠感覺到的最高頻率為20kHz，因此要滿足人耳的聽覺要求，則需要至少每秒進行40k次采樣，用40kHz表達，這個40kHz就是采樣率。我們常見的CD，采樣率為44.1kHz。 量化：我們這里的采樣大小就是量化的過程， 將該頻率的能量值並量化，用於表示信號強度。量化電平數為 2的整數次冪，我們常見的CD位16bit的采樣大小，即2的16次方。 編碼： 根據采樣率和采樣大小可以得知，相對自然界的信號，音頻編碼最多只能做到無限接近，至少目前的技術只能這樣了，相對自然界的信號，任何數字音頻編碼方案都是有損的，因為無法完全還原。在計算機應用中，能夠達到最高保真水平的就是PCM編碼，被廣泛用於素材保存及音樂欣賞，CD、DVD以及我們常見的WAV文件中均有應用。因此，PCM約定俗成了無損編碼，因為PCM代表了數字音頻中最佳的保真水准，並不意味着PCM就能夠確保信號絕對保真，PCM也只能做到最大程度的無限接近。我們而習慣性的把MP3列入有損音頻編碼范疇，是相對PCM編碼的。強調編碼的相對性的有損和無損，是為了告訴大家，要做到真正的無損是困難的，就像用數字去表達圓周率，不管精度多高，也只是無限接近，而不是真正等於圓周率的值 為什么要使用音頻壓縮技術 要算一個PCM音頻流的碼率是一件很輕松的事情，采樣率值×采樣大小值×聲道數bps。一個采樣率為44.1KHz，采樣大小為16bit，雙聲道的PCM編碼的WAV文件，它的數據速率則為 44.1K×16×2 =1411.2 Kbps。我們常說128K的MP3，對應的WAV的參數，就是這個1411.2 Kbps，這個參數也被稱為數據帶寬，它和ADSL中的帶寬是一個概念。將碼率除以8,就可以得到這個WAV的數據速率，即176.4KB/s。這表示存儲一秒鍾采樣率為44.1KHz，采樣大小為16bit，雙聲道的PCM編碼的音頻信號，需要176.4KB的空間，1分鍾則約為10.34M，這對大部分用戶是不可接受的，尤其是喜歡在電腦上聽音樂的朋友，要降低磁盤占用，只有2種方法，降低采樣指標或者壓縮。降低指標是不可取的，因此專家們研發了各種壓縮方案。由於用途和針對的目標市場不一樣，各種音頻壓縮編碼所達到的音質和壓縮比都不一樣，在后面的文章中我們都會一一提到。有一點是可以肯定的，他們都壓縮過。 頻率與采樣率的關系 采樣率表示了每秒對原始信號采樣的次數，我們常見到的音頻文件采樣率多為44.1KHz，這意味着什么呢？假設我們有2段正弦波信號，分別為20Hz和20KHz，長度均為一秒鍾，以對應我們能聽到的最低頻和最高頻，分別對這兩段信號進行 40KHz的采樣，我們可以得到一個什么樣的結果呢？結果是：20Hz的信號每次振動被采樣了40K/20=2000次，而20K的信號每次振動只有2次采樣。顯然，在相同的采樣率下，記錄低頻的信息遠比高頻的詳細。這也是為什么有些音響發燒友指責CD有數碼聲不夠真實的原因，CD的44.1KHz采樣也無法保證高頻信號被較好記錄。要較好的記錄高頻信號，看來需要更高的采樣率，於是有些朋友在捕捉CD音軌的時候使用48KHz的采樣率，這是不可取的！這其實對音質沒有任何好處，對抓軌軟件來說，保持和CD提供的44.1KHz一樣的采樣率才是最佳音質的保證之一，而不是去提高它。較高的采樣率只有相對模擬信號的時候才有用，如果被采樣的信號是數字的，請不要去嘗試提高采樣率。 流特征 隨着網絡的發展，人們對在線收聽音樂提出了要求，因此也要求音頻文件能夠一邊讀一邊播放，而不需要把這個文件全部讀出后然后回放，這樣就可以做到不用下載就可以實現收聽了。也可以做到一邊編碼一邊播放，正是這種特征，可以實現在線的直播，架設自己的數字廣播電台成為了現實。 二 android中AudioRecord采集音頻的參數說明在android中采集音頻的api是android.media.AudioRecord類其中構造器的幾個參數就是標准的聲音采集參數 以下是參數的含義解釋 public AudioRecord (int audioSource, int sampleRateInHz, int channelConfig, int audioFormat, int bufferSizeInBytes)Since: API Level 3 Class constructor. Parameters
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// 音頻獲取源 private int audioSource = MediaRecorder.AudioSource.MIC; // 設置音頻采樣率，44100是目前的標准，但是某些設備仍然支持22050，16000，11025 private static int sampleRateInHz = 44100; // 設置音頻的錄制的聲道CHANNEL_IN_STEREO為雙聲道，CHANNEL_CONFIGURATION_MONO為單聲道 private static int channelConfig = AudioFormat.CHANNEL_CONFIGURATION_MONO; // 音頻數據格式:PCM 16位每個樣本。保證設備支持。PCM 8位每個樣本。不一定能得到設備支持。 private static int audioFormat = AudioFormat.ENCODING_PCM_16BIT;
File file = new File(Environment.getExternalStorageDirectory() .getAbsolutePath() + "/test.pcm"); // 刪除錄音文件 if (file.exists()) file.delete(); // 創建錄音文件 try { file.createNewFile(); } catch (IOException e) { throw new IllegalStateException("Failed to create " + file.toString()); } try { // Create a DataOuputStream to write the audio data into the // saved file. FileOutputStream fos = new FileOutputStream(file);// 建立一個可存取字節的文件 // Create a new AudioRecord object to record the audio. // 獲得滿足條件的最小緩沖區大小 bufferSizeInBytes = AudioRecord.getMinBufferSize( sampleRateInHz, channelConfig, audioFormat); // 創建AudioRecord對象 audioRecord = new AudioRecord(audioSource, sampleRateInHz, channelConfig, audioFormat, bufferSizeInBytes); byte[] buffer = new byte[bufferSizeInBytes]; audioRecord.startRecording(); isRecording = true; while (isRecording) { audioRecord.read(buffer, 0, bufferSizeInBytes); fos.write(buffer); } audioRecord.stop(); audioRecord.stop(); audioRecord.release();// 釋放資源 audioRecord = null; fos.close(); } catch (Throwable t) { Log.e("AudioRecord", "Recording Failed"); }
// 放音的文件 File file = new File(Environment.getExternalStorageDirectory() .getAbsolutePath() + "/test.pcm"); FileInputStream in = null; try { in = new FileInputStream(file); } catch (FileNotFoundException e) { // TODO Auto-generated catch block e.printStackTrace(); } // 獲得滿足條件的最小緩沖區大小 bufferSizeInBytes = AudioRecord.getMinBufferSize( sampleRateInHz, channelConfig, audioFormat); byte[] buffer = new byte[bufferSizeInBytes]; int byteread=0; AudioTrack audioTrack = new AudioTrack(AudioManager.STREAM_MUSIC, sampleRateInHz, channelConfig, audioFormat, bufferSizeInBytes, AudioTrack.MODE_STREAM); // 放音 audioTrack.play(); try { while ((byteread = in.read(buffer)) != -1) { System.out.write(buffer, 0, byteread); System.out.flush(); audioTrack.write(buffer, 0, bufferSizeInBytes); } } catch (Exception e) { Log.e("AudioTrack", "Playback Failed"); }
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