[数字音频基础介绍]

早期用模拟方式来记录音频，但它存在着复制失真和因介质磨损而失效的问题，为避免这些问题，数字音频出现了！将模拟声音数字化最早采用PCM编码，即是脉冲代码调制编码，它几乎是所有数字音频格式的始祖。由于模拟声音信号非常复杂，PCM需要通过采样、量化、编码三个步骤将连续变化的模拟信号转换为数字编码。

1、采样率和量化级

声音是一种能量波，而波是无限光滑的，波的弦线我们可以看成由无数点组成，由于存储容量的原因，数字编码过程中，只能对弦线的某些点进行采样。采样的过程就是抽取某点的频率值。在一秒中内抽取的点越多，获取得频率信息则越为丰富，为了满足人耳的听觉要求，需要至少每秒进行40K次采样，用40kHz来表示，这个40kHz就是采样率，如CD，就是使用44.1KHz的采样率。只有频率信息是不够的，我们还必须获得该频率的能量值并量化。图1中的正弦线代表原始音频；黄色的方格代表采样后得到的结果，二者越吻合说明采样结果越好。横坐标表示采样率；纵坐标是量化级。格子从左到右，逐渐加密，可见采样率越大则音质越有保证；同样，当纵坐标的单位越小则越有利于音质的提高，即采样量化级越大越好。

图1

2、有损压缩与无损压缩

存储1分钟采样率为44.1KHz，量化级为16bit，双声道的PCM编码的音频信号，需要10.34MB的空间，这显然太庞大了。要降低磁盘占用有两种途径，一是降低采样率，一是进行压缩。降低采样率会严重影响音质，因而是不可取的，为此，出现了各种压缩算法来对音频进行压缩。一谈到音频压缩就会提到有损压缩与无损压缩，实际上有损压缩和无损压缩也只是相对的。音频编码最多只能做到无限接近于自然界的信号，实际上，任何数字音频编码都无法做到完全还原自然的声音信号。在所有的数字音频编码中，PCM编码代表了最高的保真水平，因此，它被约定俗成为无损编码。我们而通常上讲的有损音频编码，只是相对于PCM编码而言的。

3、压缩率和码率

压缩率通常指音乐文件压缩前和压缩后大小的比值，用来简单描述数字声音的压缩效率。码率也称比特率，也是一种表示数字音乐压缩效率的重要指标，它表示记录音频数据每秒钟所需要的比特值（bit），通常用Kbps（即每秒1024bit）作为单位。CD中的数字音乐码率为1411.2Kbps，而MP3音频的码率在112Kbps～128Kbps时即可实现接近于CD的音质。