关于采样率&位深&码率&无损的一些心得

转载自：https://blog.csdn.net/Marenow/article/details/85253283

记笔记，记下来自己的一些关于音频基础知识的总结。

采样率
外界的声音都是模拟信号，在数字设备中A/D转化成为了由0、1表示的数字信号后被储存下来。数字信号都是离散的，所以采样率是指一秒钟采样的次数，采样率越高，还原的声音也就越真实。由于人耳听觉范围是20Hz~20kHz，根据香农采样定理(也叫奈奎斯特采样定理)，理论上来说采样率大于40kHz的音频格式都可以称之为无损格式。但在40kHz采样率下得到的声音已没有细节可言，所有频率都是只采样了一个波峰一个波谷。现一般的专业设备的采样频率为44.1kHz。44.1kHz是专业音频中的最低采样率，也叫“CD级音质”(22.05kHz采样率为广播级音质)。更细化的还有96kHz，192kHz等等，当然要听到这些更高采样率中的细节取决于耳朵和设备了。

位深度
若要尽可能精确地还原声音，只有高采样率是不够的。描述一个采样点，横轴(时间)代表采样率，纵轴(幅度)代表位深度。16bit表示用16位(2个字节)来表示对该采样点的电平(通俗点来说和音量大小成正比)进行编码时所能达到的精确程度，也就是把纵轴分为16份描述电平大小，如-3dB和-3.1415926dB的精度差别。同理还有20bit和24bit。16bit被认为是专业音频领域里面最低的位深度标准，和44.1kHz的采样率一样，共同作为专业音频和消费产品的标准。位深度也直接关系到信号噪声比的大小，直接影响到所录制信号的整体动态范围。

码率
在无损无压缩格式中(如.wav)，码率=采样率x位深度x声道数。在有损压缩中(如.mp3)码率便不等于这个公式了，因为原始信息已经被破坏。码率描述了一秒钟的该音频的信息量，因而声音文件总的大小是码率x总时长。码率也叫位速，单位是比特率(bps,bit per second)。通常听歌时候的128kbps、320kbps均为码率，其中320kbps是mp3格式的最高比特率。但和44.1kHz采样率、16bit位深的wav文件比起来(计算一下双声道的码率是44.1x16x2=1411.2kbps)，相去甚远。压缩后码率便发生了变化。无损压缩中的码率与音质无关，有损压缩中的码率和音质正相关。

无损压缩
无损压缩指的是在无损格式之间的压缩(转换)，无论压缩(转换)成什么格式，音质都是相同的，并且都能还原成最初同样的文件。平时所说的无损均是指无损压缩，没有无损码率的说法。对于各种格式的压缩都是对应着一种算法(或者说编码)，播放的时候需要有解码器进行译码，而且不同的解码器也可能会影响解压出来的文件完整性。常见的无损格式有：
wav：微软公司的一种声音文件格式，是无压缩的最接近真实声音的格式(其次是midi)，支持多采样率多量化精度。所有的无损格式本质都是wav的压缩，在播放时会转回wav。
flac：Free Lossless Audio Coded，是国际通用格式，特点是压缩比高，编码算法也相当成熟，当flac文件受损时依然能正常播放。另外，该格式也是最先得到广泛硬件支持的无损格式。
ape：使用Monkey‘s Audio软件对CD抓轨而转换成的文件格式，但优势并不突出，解码较慢。
wma-lossless：也是微软公司出品，特点是压缩比高，但未成为主流。
aiff：苹果公司出品，是Apple苹果电脑上面的标准音频格式。
DSD：Sony大法的，不是很了解，欣赏不来辣种文化，但就说单纯的冲，还是要冲的。

有损压缩
有损压缩指的是声音信息在压缩过程中发生了丢失，且所丢失的声音无法用采样率和位数表示出来。但特点就是压缩后的文件变的很小，常在流媒体中使用。常见的有损格式有：
mp3：模拟人耳听觉研究出的一种复杂算法，被称为“心理声学模型”。它通过抽取音频中的一些频段来达到提高压缩比，降低码率，减少所占空间，但同时声音的细节如人声的情感、后期的混响等等都已经发生变形。盲听的话也很难较快地分辨出wav和mp3，需要借助设备。mp3目前是最为普及的声频压缩格式，可以最大程度地保留压缩前的音质。
wma：微软公司力作，特点是在较低比特率下(如64kbps)，wma可以在与mp3相同的音质条件下获得更小的体积。并且在超低比特率(如16kbps)，wma音质比mp3要好得多。
aac：苹果电脑上的声音文件储存格式。
ogg：完全免费、开放和没有专利限制，但普及性较差。

如有错误，还望各位不吝指正！
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