数字音频系统

5， Codec（编解码器）
• PCM（Pulse Code Modulation）脉冲编码调制，在计算机应用中， 能够达到最高保真水平的就是PCM编码，被广泛用于素材保存 及音乐欣赏，CD、DVD以及我们常见的WAV 文件中均有应用。 PCM代表了数字音频中最佳的保真水准，因此，PCM约定俗成 了无损编码。并不意味着PCM就能够确保信号绝对保真，PCM 也只能做到最大程度的无限接近。我们把MP3列入有损音频编 码范畴，是相对PCM编码的。 • DSD（Direct Stream Digital）直接比特流数字编码，是SACD的编 码模式。它是Sony与Philips在1996年宣布共同发展的高解析数 字音响规格。用1bit比特流的方式取样，采样率2.4MHz（CD 44.1kHz取样的64倍）的高取样方式，直接把模拟音乐讯号波形 以脉冲方式转变为数字讯号，以将近四倍于CD的空间储存音乐， 因此可以提供更为优秀的声音效果，由于取样次数高，所以取 样过的波形很圆顺，比较接近原来的模拟波形。
2，MIC（麦，Microphone，麦克风）
• 麦（克风），又称话筒、传声器，是声电 转换的换能器，通过声波作用到电声元件 上产生电压，再转为电能，是一种拾音装 置。
• 目前常见的有动圈传声器、电容传声器、 驻极体（电容）传声器、硅微麦克风（硅 麦）。
2，MIC（麦，Microphone，麦克风）
5， Codec（编解码器）
• MP3（MPEG-1 Layer 3）。 MPEG（Moving Pictures Experts Group）动态图像专家组，专门 负责为CD建立视频和音频标准， MPEG标准主 要有以下五个，MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4、 MPEG-7及MPEG-21。MP3是一种音频压缩技术， 运用心理声学丢弃掉PCM音频数据中对人类听 觉不重要的数据，将音乐以1:10 甚至 1:12 的压 缩率压缩成容量较小的文件。 • 允许使用的码率：32、40、48、56、64、80、 96、112、128、160、192、224、256和320 kbps。
• 电容传声器相对动圈式 传声器，电容传声器的 灵敏度要高很多，频响 也够宽，可以满足绝大 多数专业录音的要求， 而它的缺点也十分明显， 就是对环境噪声过于敏 感，振膜脆弱，寿命短， 不是很适合室外录音。
2，MIC（麦，Microphone，麦克风）
• 驻极体（电容）传声器体 积小巧，成本低廉，在电 话、手机等设备中广泛使 用。 • 硅麦与传统驻极体麦克风 “声－电” 转换的工作方 式一样，只是制作工艺不 同。硅麦基于CMOS MEMS 技术，体积更小（如图大 小是4*4*1mm）。其一致 性将比驻极体电容器麦克 风的一致性好4倍以上。
• 动圈传声器的特点是结构简 单，价格低廉，也比较坚固， 因而有较长的寿命，因此它 被广泛地应用到了各种大众 录音场合。但是它也有灵敏 度低、频率响应不够宽等缺 点，（最佳状态为40Hz－ 16kHz），所以很难用动圈 麦克风多用来录制一些频率 宽、动态大、泛音成分多的 声源，如管弦乐队合奏。
2，MIC（麦，Microphone，麦克风）
3，ADC（模拟数字转换器）
4， DSP（数字信号处理器）
• DSP（digital signal processor数字信号处理器） 是一种独特的微处理器，是以数字信号来处理 大量信息的器件。其实时运行速度可达每秒数 以千万条复杂指令程序，远远超过通用微处理 器。它的强大数据处理能力和高运行速度，是 最值得称道的两大特色。通用微处理器成本低， 能很好执行智能定向控制任务，但是数字信号 处理功能很差。而DSP的功能正好与之相反。 • 音频系统中Codec（编解码器）、数字效果器、 EQ（均衡器）、3D环绕等经常用DSP处理。
4， DSP（数字信号处理器）
• DSP系统构成：
5， Codec（编解码器）
• 编码器（Coder、Encoder）是将信号（如比特流）或数据进行 编制、转换为可用以通讯、传输和存储的信号形式的设备或软 件。 • 解码器（Decoder），一种将信息从编码的形式恢复到其原来形 式的设备或软件。Windows media player、千千静听、QQ播放 器、酷狗、酷我等这些音乐播放器里面就集成了（软件）解码 器。电脑版的音乐播放器一般都可以解32bit的音频文件，手机 版的基本都不行，天天动听和Neutron Music Player（中子播放 器）可以。 • 编码，就是用一组二进制码组来表示每一个有固定电平的量化 值。解码与之相反。编解码器通常用DSP（数字信号处理器） 实现。编解码器有时也指具有编解码功能的软件。 • 编码分为无损编码和有损编码。无损编码：PCM（CD、WAV）、 APE、FLAC等。有损编码：MP3、WMA等。
5， Codec（编解码器）
• CD，CDDA（Compact Disc-Digital Audio）激 光数字唱盘。
5， Codec（编解码器）
5， Codec（编解码器）
• WAV为微软公司开发的一种声音文件格式，就 是声音的波形文件，几乎不需要解码就可以直 接播放。它符合RIFF(Resource Interchange File Format)文件规范，用于保存Windows平台的音 频信息资源，被Windows平台及其应用程序所 广泛支持。 WAV对音频流的编码没有硬性规定， 除了PCM之外，还有几乎所有支持ACM规范的 编码都可以为WAV的音频流进行编码。标准格 式化的WAV文件和CD格式一样，也是44.1K的 取样频率，16位量化数字，因此在声音文件质 量和CD相差无几！
• 比特率（Bit Rate）、码率、位率、位速、速率、 码流（Data Rate） ，表示经过编码（压缩）后 的音频数据每秒钟需要用多少个比特来表示。 单位为 bps。同一种编码格式，比特率越高， 音频的质量就越好，但编码后的文件就越大。 • 文件大小=比特率*播放时间。 • PCM编码的比特率=采样率*采样位数*声道数。 • CD的比特率=44.1KHz*16bit*2=1.4112Mbps。
5， Codec（编解码器）
• APE和FLAC都是无损压缩格式，解压缩还原 以后得到的WAV文件可以做到与压缩前的源 文件完全一致。与WinZip或WinRAR这类专 业数据压缩软件压缩原理类似。 • 对比： 解码速度：WAV>FLAC>APE。 所占空间： WAV>FLAC>APE 。
5， Codec（编解码器）
数字音频系统
恒诚FAE王帅 V1.1
综述
• • • • • • • • • • • • • 1，Audio（音频） 2，MIC（麦，Microphone，麦克风） 3，ADC（模拟数字转换器） 4，DSP（数字信号处理器） 5，Codec（编解码器）=Coder（编码器）+ Decoder（解码器） 6，DAC （数字模拟转换器） 7，Power Amplifier（功放，功率放大器） 8，Speaker（Loudspeaker扬声器、喇叭） 9，Headphone（Earphone；Earpiece；Headset，耳机） 10，I2S总线 11，SPDIF索尼飞利浦数字接口 12，DSD直接比特流数字编码 13， Hi-Fi和Hi-End
3，ADC（模拟数字转换器）
• 采样定理又称奈奎斯特定理，在进行模拟/数字信 号的转换过程中，当采样频率大于信号中最高频率 的2倍时，采样之后的数字信号就可以完整地保留 了原始信号中的信息。换句话说，要使实信号采样 后能够不失真还原，采样频率必须大于信号最高频 率的两倍。CD的标准采样率是44.1KHz。
5， Codec（编解码器）
• WMA的全称是Windows Media Audio，它是微软公司推出 的与MP3格式齐名的一种新的音频格式。由于WMA在压 缩比和音质方面都超过了MP3，更是远胜于 RA(RealAudio)，在较低的采样频率下也能产生较好的音 质，再加上WMA有微软的Windows MediaPlayer做其强大 的后盾，所以一经推出就赢得一片喝彩。当Bit rate小于 128K时，WMA几乎在同级别的所有有损编码格式中表现 得最出色，但似乎128k是WMA一个槛，当Bit rate再往上 提升时，不会有太多的音质改变。 • 通常码率：64、96、 128Kbps。 • 在128kbps及以下码流的试听中WMA完全超过了MP3格 式。同音源的一个320kbps的MP3与192kbps的WMA相比， 音质和渲染力很容易分别出是前者较优。
1，Audio音频
• 人耳所能听到的声音频率是从20Hz~20KHZ。 高于这个范围的波动称为超声波，低于这一 范围的称为次声波。频率越高音调越高。 • 振幅的绝对大小是没有意义的，因为它可以 用放大器放大，相对大小影响响度。振幅的 相对大小越大响度越大。 • 音色，在中国的辞典里称作“音品”或“音 质”，即某种人声（如男高音、女高音）或 某种乐器特有的声音种类。我们主要就是通 过音色来区分不同的发声体。
2，MIC（麦，Microphone，麦克风）
• 工作原理：
外力引起振膜 的机械振动 膜片和背极（驻极体） 间距的改变引起容值 的变化 容值的变化导致 交变电压的变化
MIC输出信 号到ADC
经过FET场效 应管信号放大
3，ADC（模拟数字转换器）
• 把模拟信号变成数字信号主要经过三个步骤：采样、 量化、编码。 • ADC，Analog-to-Digital Converter的缩写，指模/数转 换器或者模拟/数字转换器，是指将连续变量的模拟 Hale Waihona Puke Baidu号转换为离散的数字信号的器件。ADC的重要参数 有：采样率、采样精度、信噪比。 • F_S，采样率（sampling rate）或采样频率（sampling frequency、 frequency of sampling ），也称为采样速 度，定义了每秒从连续信号中提取并组成离散信号 的采样个数，单位用赫兹（Hz）来表示。采样率越 高越能完整地保留原始信号中的信息。采样率的倒 数就是隔多长时间采样一个点。
3，ADC（模拟数字转换器）
• 采样精度（ Sampling Accuracy ）、解析度 （ Resolution ）决定了记录声音的动态范围 （6dB*N），它反映度量声音波形幅度的精度。 它以位(Bit)为单位，比如8位、16位。8位可以 把声波分成256级，16位可以把同样的波分成 65,536级，也就是测得的声音样本值是在0～ 65535的范围里。 • 样本位数的大小影响到声音的质量，位数越多， 声音的保真度越高，而需要的存储空间也越多； CD的标准采样精度是16Bit。
5， Codec（编解码器）
• VBR（Variable Bitrate）动态比特率，压缩软件在压缩时 根据音频数据即时确定使用什么比特率，这是以质量为 前提兼顾文件大小的方式，推荐编码模式。 • ABR（Average Bitrate）平均比特率，是VBR的一种插值参 数。LAME编码器针对CBR不佳的文件体积比和VBR生成 文件大小不定的特点独创了这种编码模式。ABR在指定 的文件大小内，以每50帧（30帧约1秒）为一段，低频和 不敏感频率使用相对低的流量，高频和大动态表现时使 用高流量，可以做为VBR和CBR的一种折衷选择。 • CBR（Constant Bitrate）常数比特率。指文件从头到尾都 是一种比特率。相对于VBR和ABR来讲，它压缩出来的文 件体积很大，而且音质相对于VBR和ABR不会有明显的提 高。
综述
1，Audio音频
1，Audio音频
1，Audio音频
1，Audio音频
1，Audio音频
• 声音是一种压力波、机械波。声音作为波的 一种，频率和振幅就成了描述波的重要属性， 发声体振动频率与我们通常所说的音高对应， 即音调（高音低音），而发声体振动的振幅 影响声音的大小，即响度（音量、声强）。 声音可以被分解为不同频率不同强度正弦波 的叠加，不同的发声体由于材料、结构不同， 这种不同的叠加就产生不同的波形，发出声 音的音色（音品）也就不同。 • 音调，响度，音色是声音的三个主要特征。