数字声音的质量

判断数字化后的声音是否忠实的记录了原始的声音，而且能还原该声音，是判断数字声音质量的基本标准。

• 在声音的数字化过程中，可以清晰的看出，经过采样、量化与编码三个基本步骤后所得到的数字化声音信号

• 其质量与多个参数有关（这里暂不考虑压缩造成的音质损失问题），包括采样率、量化位数，

• 另外，声道数也是影响声音效果的一个重要参数。

请试着听一听下面三个声音文件

（1）正常的较高质量的声音文件

（2）声音质量有点问题之一

（3）声音质量有点问题之二

采样率对声音质量的影响

• 在单位时间内采样次数越多,则对信号的描述越细腻,越接近真实信号，即采样频率fs应尽量高。

• 但一味提高采样频率，增大数据量，给数据处理带来了麻烦，增加了技术实现上的困难。

量化位数对声音质量的影响

• 量化位数决定了模拟信号数字化以后的动态范围，量化位数越高，信号的动态范围越大，数字化后的音频信号就越可能接近原始信号。

• 8位量化位数表示每个采样值可以用28，即256个不同的量化值之一来表示，而16位量化位数表示每个采样值可以用216，即65536个不同的量化值之一来表示，动态范围达96 dB 。

• 但一味提高量化位数，增大数据量，给数据处理带来了麻烦。

声道数与声音质量

• 声道数是指一次采样所记录产生的声音波形个数。

• 记录声音时，如果每次生成一个声波数据，称为单声道；每次生成两个声波数据，称为双声道（立体声）。 

• 随着声道数的增加，所占用的存储容量也成倍增加。

数据率与声音质量

• 数据率（也称码率），就是数据传输时单位时间传送的数据位数，一般我们用的单位是kbps。

• 码率越高，对声音的描述就越精细，音质的损失就越小，所得到的声音就越接近于原始声音。

• 但同时也需要更大的存储空间。

• 

• 比特率表示经过编码（压缩）后的音频数据每秒钟需要用多少个比特来表示，就音频文件来讲，比特率就是码率，都是用Kbps来表示。
  
  比特率越高音频的质量就越好，但编码后的文件就越大；如果比特率越少则情况刚好翻转。
  

声音文件的大小

数字音频的压缩技术

• 音频信号转换成数字形式后，其数据量是非常大。

• 要降低音频文件的容量，从采样与量化的原理角度讲，有2种方法，即降低采样率或降低量化位数，但这样又会严重影响数字化后的声音质量，这种降低采样率或量化精度的做法是不可取的。

• 另一种方法是，在编码阶段对音频文件进行压缩编码。专家们研发了各种压缩方案，由于用途和针对的目标市场不一样，各种音频压缩编码所达到的音质和压缩比都不一样。

1. 音频压缩技术指的是对原始数字音频信号流（PCM编码）运用适当的编码方法，在不损失有用信息量，或损失可忽略的条件下降低（压缩）其码率，也称为压缩编码。

2. 它必须具有相应的逆变换，称为解压缩或解码。

3. 压缩编码的方式有多种，有的压缩后可完全还原为未压缩之前的信息，称为无损压缩；有的则无法完全还原回未压缩前的信息，称为有损压缩。

数字音频格式

• 声音要在计算机中进行存储，需要按一定的文件格式存储。

• 在对声音文件进行存储、编辑和播放时，要考虑该声音文件是何种格式的文件。

• 不同的声音文件格式，有各自的优点和缺陷，也有各自不同的用途。

声音的重建（播放）

• 声音的重建是声音信号数字化的逆过程，它也分为三个步骤。

• 先进行解码，把压缩编码的数字声音恢复为压缩编码前的状态；

• 然后进行数模转换，把声音样本从数字量转换为模拟量；

• 最后进行插值处理，通过插值，弥补采样过程中引起的声音信号的损失，把时间上离散的一组样本转换成在时间上连续的模拟声音信号，使得恢复后的声音更加自然。