音頻(一)_音頻認知(3.音頻采樣)


音頻采樣

首先我們先了解一下過去和現在的音頻錄制原理

磁帶錄制與播放原理

錄音: 話筒將接收到聲音的波動大小轉化成對應強弱的電流,通過蹄形磁鐵,產生相應的磁性,

  磁鐵下有勻速通過空隙的磁帶,上面帶有磁粉,磁粉受到不同磁性強度的影響,會聚集在不同的位置,以此來實現對聲音的記錄.

播音: 上述過程逆向轉換,實現聲音的播放

 

 

 

音頻數字化

數字化音頻技術是將模擬信號進行數字編碼(AD轉換)后進行壓縮、儲存、編輯、傳輸等過程,

最終經數模轉換器再轉換成模擬信號(DA轉換),經均衡、放大后輸出到揚聲系統。

音頻數字化優點:

1、數字音頻傳輸過程中僅僅是編碼的傳輸和轉換,音頻信號無損耗,與模擬技術相比,低失真、頻響寬、動態好、信噪比高,可達到容更理想的Hi-Fi效果.

2、數字化音頻技術“能方便進行儲存、編輯、傳輸等工作.

簡言之:小體積,大存儲,低失真,高傳輸.

音頻的數字化采集與存儲

采樣,指把時間域或空間域的連續量轉化成離散量的過程 。

對聲音的采樣常用麥克風等設備將聲音信號轉換成電信號,再用模/數轉換器將電信號轉換成一串用1和0表示的二進制數字(數字信號)。

我們每秒對聲音采樣上萬次,獲得上萬個按照時間順序排列的二進制數字。於是,我們就將連續變化不斷的聲音轉化成了計算機可儲存並識別的二進制數字。

 

 

 

 

 

如windows的關機音效: 該聲音由84700個不同的數字組成。 其中的一段數字如下:(二進制數字已轉換為十進制)

… 413, 263, 137, 15, -124, -253, -369, -463, -511, -545, -587, -632, -678, -701, -687, -659, -623, -579, -539, -473, -380, -282, -162, -35, 78, 211, 341, 430, 499, 548, 551, …

 

如果用圖像的形式表示該音頻,則圖像如下:

(橫軸是時間,縱軸為振幅,兩個圖像分別代表左右聲道。由於聲音頻率較大,所以在圖像中的信號不是“正弦”,而是實心的。)

 

 

 

采樣頻率:

采樣頻率指錄音設備在一秒鍾內對聲音信號的采樣次數。采樣頻率越高,聲音的還原就越真實越自然。

 

 

量化位數:

我們不可能獲得所有時間下聲音的強度,因此聲音是等時間間隔、離散采樣的。

同樣,采樣獲得的數據不可能無限的精確,如數字為63.2222222….,這無法在計算機中儲存。

因此,采樣獲得的數據同樣也是離散的。 量化位數是音頻文件的另一個參數。量化位數越大,聲音的質量越高。常用的量化位數有8位、16位和32位

 

量化位數指用幾位二進制數來存儲采樣獲得的數據。量化位數為8即指用8位二進制數來存儲數據,如00010111

例:

 

有一段正弦聲波,假設量化位數為3,即存儲的數據只有000/001/010/011/100/101/110/111 這8種可能 即:2^3 = 8;(同理:2^8 = 256;2^16 = 65 536; 2^32 = 4 294 967 296;)

 

 

 

 

 

另外值得注意的是,不同量化位數存儲的數據不可直接比較。

如4位量化位數存儲的1111,其十進制是15,8位量化位數存儲的10000000,其十進制是64。不是因為64>15,所以后者對應的聲音比前者大。而是應該二者分別除以其總取值范圍后在比較。

 

 可見:前者對應的聲音比后大

 


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