Audiocodierung
Abtastrate und Stichprobengröße
Schall ist eigentlich eine Art Energiewelle, also hat er auch die Eigenschaften von Frequenz und Amplitude, wobei die Frequenz der Zeitachse und die Amplitude der Pegelachse entspricht.
Die Welle ist unendlich glatt und die Kette kann als aus unzähligen Punkten zusammengesetzt angesehen werden. Da der Speicherplatz relativ begrenzt ist, müssen bei der digitalen Kodierung die Punkte der Kette abgetastet werden. Der Abtastprozess besteht darin, den Frequenzwert eines bestimmten Punktes zu extrahieren. Je mehr Punkte in einer Sekunde extrahiert werden, desto umfangreichere Frequenzinformationen können natürlich erhalten werden. Um die Wellenform wiederherzustellen, müssen zwei Abtastpunkte in einer Schwingung vorhanden sein. Die höchste wahrnehmbare Frequenz beträgt 20 kHz, um also die Höranforderungen des menschlichen Ohrs zu erfüllen, sind mindestens 40.000 Abtastungen pro Sekunde erforderlich, ausgedrückt in 40 kHz, und diese 40 kHz sind die Abtastfrequenz. Unsere gemeinsame CD hat eine Abtastrate von 44,1 kHz. Es reicht nicht aus, nur Frequenzinformationen zu haben, wir müssen auch den Energiewert dieser Frequenz erhalten und quantifizieren, um die Stärke des Signals darzustellen. Die Anzahl der Quantisierungsstufen ist eine ganzzahlige Potenz von 2, und die Abtastgröße unseres gewöhnlichen CD-Bits beträgt 16 Bit, also 2 hoch 16. Die Abtastgröße ist schwieriger zu verstehen als die Frequenzabtastung, weil sie es macht es scheint abstrakt. Angenommen, eine Welle wird 8 Mal abgetastet und die Energiewerte, die den Abtastpunkten entsprechen, sind A1-A8, aber verwenden Sie nur eine Abtastgröße von 2 Bit, als Ergebnis können wir nur die Werte von 4 Punkten beibehalten in A1 -A8 und verwerfen Sie die anderen 4. Wenn wir die Abtastgröße von 3 Bit verwenden, werden alle Informationen von 8 Punkten aufgezeichnet. Je höher die Werte für Abtastrate und Abtastgröße, desto näher kommt die aufgezeichnete Wellenform dem Originalsignal.
verlustbehaftet und verlustfrei
Je nach Samplerate und Samplegröße kann man erkennen, dass die Audiocodierung im Vergleich zum natürlichen Signal höchstens unendlich nah sein kann, zumindest kann dies die aktuelle Technologie nur. Im Vergleich zum natürlichen Signal ist jedes digitale Audiocodierungsschema verlustbehaftet, da es nicht vollständig wiederhergestellt werden kann. In Computeranwendungen kann die PCM-Codierung den höchsten Grad an Wiedergabetreue erreichen, was häufig für die Materialkonservierung und die Wertschätzung von Musik verwendet wird. Es wird auf CDs, DVDs und unseren üblichen WAV-Dateien verwendet. Daher ist PCM per Konvention zur verlustfreien Codierung geworden, da PCM das beste Maß an Wiedergabetreue bei digitalem Audio darstellt, bedeutet dies nicht, dass PCM die absolute Wiedergabetreue des Signals garantieren kann, und PCM kann nur im größeren Umfang unendlich nahe sein. Normalerweise schließen wir MP3 in die Kategorie der verlustbehafteten Audiocodierung ein, die relativ PCM-Codierung ist. Der Zweck der Betonung der Relativität von verlustbehafteter und verlustfreier Kodierung besteht darin, allen zu sagen, dass es schwierig ist, wirklich verlustfrei zu erreichen, genau wie Pi mit Zahlen auszudrücken, egal wie hoch die Genauigkeit ist, es ist unendlich nah, nicht wirklich gleich dem Pi-Wert.
Gründe für den Einsatz von Audiokompressionstechnologie
Es ist sehr einfach, die Bitrate eines PCM-Audiostroms zu berechnen, den Wert der Abtastrate × den Wert der Abtastgröße × die Anzahl der bps des Kanals. Eine WAV-Datei mit einer Abtastrate von 44,1 KHz, einer Abtastgröße von 16 Bit und Zweikanal-PCM-Codierung hat eine Datenrate von 44,1 K×16×2 = 1411,2 Kbps. Wir sagen normalerweise, dass 128K MP3 der entsprechende WAV-Parameter ist , sind das 1411,2 Kbps, dieser Parameter wird auch als Datenbandbreite bezeichnet, es ist ein Begriff mit der Bandbreite bei ADSL. Teilen Sie die Bitrate durch 8, um die Datenrate für dieses WAV zu erhalten, die 176,4 KB/s beträgt. Dies bedeutet, dass eine 1-Sekunden-Abtastrate von 44,1 KHz, eine 16-Bit-Abtastgröße und ein zweikanaliges PCM-codiertes Audiosignal gespeichert werden müssen, was 176,4 KB Speicherplatz erfordert, was ungefähr 10,34 MB in 1 Minute entspricht, was nicht akzeptabel ist . Für die meisten Benutzer, insbesondere Freunde, die gerne Musik auf dem Computer hören, gibt es nur zwei Möglichkeiten zum Downsampling oder Komprimieren, um die Festplattennutzung zu reduzieren.