MP3碼率解析:如何選擇合適的音頻比特率?
將模擬音頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字音頻信號(hào)的過(guò)程稱作采樣。采樣率是指將聲音(模擬信號(hào))轉(zhuǎn)換成mp3(數(shù)字信號(hào))時(shí)的采樣頻率,也就是單位時(shí)間內(nèi)采樣多少點(diǎn)數(shù)據(jù)。原則上采樣率越高,聲音質(zhì)量越好。
采樣頻率一般共分為22.05KHz、44.1KHz、48KHz三個(gè)等級(jí)。22.05KHz只能達(dá)到FM廣播的聲音品質(zhì),44.1KHz則是理論上的CD音質(zhì)界限,48KHz則已達(dá)到DVD音質(zhì)了。
比特率是指每秒傳送的比特(bit)數(shù),單位為bps(Bit Per Second)。比特率越高,傳送的數(shù)據(jù)越大,音質(zhì)越好。
采樣率和比特率就像是坐標(biāo)軸上的橫縱坐標(biāo)。橫坐標(biāo)的采樣率表示了每秒鐘的采樣數(shù)據(jù)點(diǎn),縱坐標(biāo)的比特率表示了用數(shù)字量來(lái)量化模擬量的時(shí)候的精度。
進(jìn)行采樣的意義:聲音其實(shí)是一種能量波,因此也有頻率和振幅的特征。頻率對(duì)應(yīng)于時(shí)間軸線,振幅對(duì)應(yīng)于電平軸線。波是無(wú)限光滑的,弦線可以看成由無(wú)數(shù)點(diǎn)組成,由于存儲(chǔ)空間是相對(duì)有限的,數(shù)字編碼過(guò)程中,必須對(duì)弦線的點(diǎn)進(jìn)行采樣。采樣的過(guò)程就是抽取某點(diǎn)的頻率值,很顯然,在一秒中內(nèi)抽取的點(diǎn)越多,獲取得頻率信息更豐富,為了復(fù)原波形,一次振動(dòng)中,必須有2個(gè)點(diǎn)的采樣。人耳能夠感覺(jué)到的最高頻率為20kHz,因此要滿足人耳的聽(tīng)覺(jué)要求,則需要至少每秒進(jìn)行40k次采樣,這個(gè)40kHz就是采樣率。
采樣大小相對(duì)采樣率更難理解,因?yàn)橐@得抽象點(diǎn)。舉個(gè)例子:假設(shè)對(duì)一個(gè)波進(jìn)行8次采樣,采樣點(diǎn)分別對(duì)應(yīng)的能量值分別為A1-A8,但我們只使用2bit的采樣大小,結(jié)果我們只能保留A1-A8中4個(gè)點(diǎn)的值而舍棄另外4個(gè)。如果我們進(jìn)行3bit的采樣大小,則剛好記錄下8個(gè)點(diǎn)的所有信息。采樣率和采樣大小的值越大,記錄的波形更接近原始信號(hào)。
音頻采樣可以分為采樣的位數(shù)和采樣的頻率。采樣的位數(shù)可以理解為采集卡處理聲音的解析度,這個(gè)數(shù)值越大,解析度就越高,錄制和回放的聲音就越真實(shí)。如今市面上所有的主流產(chǎn)品都是16位的采集卡。音頻采樣級(jí)別(音頻采樣頻率)是指數(shù)碼音頻系統(tǒng)通過(guò)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器對(duì)聲波進(jìn)行采樣的頻率。采樣頻率越高所能描述的聲波頻率就越高。關(guān)于音頻信號(hào)參數(shù)解析的詳細(xì)介紹
在數(shù)字音頻處理領(lǐng)域,音頻采樣頻率和位速都是極為重要的概念。以下,我們針對(duì)這些核心參數(shù)進(jìn)行更深入的探討。
一、采樣頻率的解析
采樣頻率是指錄音設(shè)備在一秒內(nèi)對(duì)聲音信號(hào)進(jìn)行采樣的次數(shù)。其數(shù)值決定了聲音的還原度。在現(xiàn)今主流的采集卡上,通常分為22.05KHz、44.1KHz、48KHz三個(gè)檔次。其中,22.05KHz可達(dá)到類似FM廣播的聲音品質(zhì);44.1KHz則接近理論上的CD音質(zhì)標(biāo)準(zhǔn);而48KHz則更為精確一些。當(dāng)采樣頻率超過(guò)48KHz時(shí),人耳已經(jīng)無(wú)法辨別出更高的采樣率了,在電腦應(yīng)用中并沒(méi)有過(guò)多的實(shí)用價(jià)值。
二、位速的解釋
位速指的是在數(shù)據(jù)流中每秒鐘能夠傳遞的信息量。我們?cè)谝纛l文件中常見(jiàn)的“128–Kbps MP3”或“64–Kbps WMA”等描述就是位速的體現(xiàn)。其中,Kbps即“每秒千字節(jié)數(shù)”,數(shù)值越大,數(shù)據(jù)量越大,也就意味著文件占用更多的空間。盡管如此,不同文件格式對(duì)位速的利用效率是不同的。例如,雖然128–Kbps MP3的數(shù)據(jù)量是64–Kbps WMA的兩倍,但有些情況下,兩者的音質(zhì)卻非常接近。
對(duì)于位速的選擇,通常要根據(jù)播放目標(biāo)來(lái)決定。比如,若想制作的VCD在DVD播放器上播放,那么視頻的位速必須是1150 Kbps,音頻位速需為224 Kbps。對(duì)于不同的設(shè)備和場(chǎng)景,還存在VBR(動(dòng)態(tài)比特率)、ABR(平均比特率)和CBR(常數(shù)比特率)三種位速模式的選擇。其中VBR模式能夠根據(jù)音頻數(shù)據(jù)即時(shí)調(diào)整比特率,以質(zhì)量與文件大小兼顧的方式編碼;ABR則是在指定文件大小內(nèi)靈活調(diào)整流量;而CBR則是全文件保持固定比特率,但可能導(dǎo)致文件體積偏大且音質(zhì)提升不明顯。
三、心理聲學(xué)與音頻壓縮
心理聲學(xué)涉及到的是人腦如何解釋聲音。音頻壓縮技術(shù)正是基于這一原理,利用強(qiáng)大的算法去除我們聽(tīng)不到的音頻信息,從而減小文件大小。例如,當(dāng)我們大聲喊叫同時(shí)輕踏腳步時(shí),盡管人耳可能聽(tīng)不到踏腳聲,但算法仍能識(shí)別并去除這部分信息以減小文件大小。這種壓縮方式在減小文件體積的同時(shí)并不影響音質(zhì)體驗(yàn)。
無(wú)論是采樣頻率還是位速,以及心理聲學(xué)和音頻壓縮的應(yīng)用,都展現(xiàn)了數(shù)字音頻處理技術(shù)的魅力與深度。通過(guò)合理的參數(shù)設(shè)置與模式選擇,我們能夠在保證音質(zhì)的前提下優(yōu)化文件大小與處理效率。