一、模擬聲音數字化原理
聲音是通過空氣傳播的一種連續的波，叫聲波。聲音的強弱體現在聲波壓力的大小上，音調的高低體現在 聲音的頻率上。聲音用電錶示時，聲音信號在時間和幅度上都是連續的模擬信號。
圖1 模 擬聲音數字化的過程
聲音進入計算機的第一步就是數字化，數字化實際上就是採樣和量化。連續時間的離散化通過採樣來實 現。
聲音數字化需要回答兩個問題：①每秒鐘需要採集多少個聲音樣本，也就是採樣頻率(fs ) 是多少，②每個聲音樣本的位數(bit per sample ，bps) 應該是多少，也就是量化精度。
採樣頻率的高低是根據奈奎斯特理論(Nyquist theory) 和聲音信號本身的最高頻率決定的。奈奎斯特理論指出，採樣頻率不應低於聲音信號最高頻率的兩倍，這樣才能把以數字表達的聲音 還原成原來的聲音。 採樣的過程就是抽取某點的頻率值，很顯然，在一秒中內 抽取的點越多，獲取得頻率信息更豐富，爲了復原波形，一次振動中，必須有2 個點的採樣，人耳能夠感 覺到的最高頻率爲20kHz ，因此要滿足人耳的聽覺要求，則需要至少每秒進行40k 次採樣，用40kHz 表達，這個40kHz 就是採樣率。我們常見的CD ，採樣率爲44.1kHz 。 電話話音的 信號頻率約爲3.4 kHz ，採樣頻率就選爲8 kHz 。
光有頻率信息是 不夠的，我們還必須紀錄聲音的幅度。量化位數越高，能表示的幅度的等級數越多。 例如，每個聲音樣本用3bit 表示，測得的聲音樣本值是在0 ～8 的範圍裏。 我們常見的CD 位16bit 的採樣精度，即音量等級有2 的16 次方個。 樣本位數的大小影 響到聲音的質量，位數越多，聲音的質量越高，而需要的存儲空間也越多。
Ø 壓縮編碼
經過採樣、量化得到的PCM 數據就是數字音 頻信號了，可直接在計算機中傳輸和存儲。但是這些數據的體積太龐大了！爲了便於存儲和傳輸，就需要進一步壓縮，就出現了各種壓縮算法，將PCM 轉換爲MP3,AAC,WMA 等格式。
常見的用於語音(Voice) 的編碼有： EVRC (Enhanced Variable Rate Coder) 增強型可變速率編碼，AMR 、ADPCM 、G.723.1 、G.729 等 。常見的用於音頻(Audio) 的編碼有： MP3 、AAC 、AAC+ 、WMA 等
二、問題
1 、爲什麼要使用音頻壓縮技術？
我們可以拿一個未壓縮的CD 文件(PCM 音頻流) 和一個MP3 文件作一下對比：
PCM 音頻：一個採樣率爲44.1KHz ，採樣大小 爲16bit ，雙聲道的PCM 編碼CD 文件，它的數據速率則爲 44.1K ×16 ×2 =1411.2 Kbps ，這個參數也被稱 爲數據帶寬。將碼率除以8 bit, 就可以得到這個CD 的 數據速率，即176.4KB/s 。這表示存儲一秒鐘PCM 編 碼的音頻信號，需要176.4KB 的空間。
MP3 音頻：將這個WAV 文件壓縮成普通的MP3 ，44.1KHz ，128Kbps 的碼率，它的數據速率爲128Kbps/8=16KB/s 。 如下表所示：
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比特率 |
存1 秒音頻 數據所佔空間 |
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CD( 線性PCM) |
1411.2 Kbps |
176.4KB |
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MP3 |
128Kbps |
16KB |
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AAC |
96Kbps |
12KB |
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mp3PRO |
64Kbps |
8KB |
表1 相 同音質下各種音樂大小對比
2 、頻率與採樣率的關係
採樣率表示了每秒對原始信號採樣的次數，我們常見到的音頻文件採樣率多爲44.1KHz ，這意味着什麼呢？假設我們有2 段正弦波 信號，分別爲20Hz 和20KHz ，長度均 爲一秒鐘，以對應我們能聽到的最低頻和最高頻，分別對這兩段信號進行40KHz 的採樣，我們可以得 到一個什麼樣的結果呢？結果是：20Hz 的信號每次振動被採樣了40K/20=2000 次，而20K 的信號每次振動只有2 次採樣。顯然，在相同的採樣率下，記錄低頻的信息遠比高頻的詳細。這也是爲什麼有些音響發燒友指責CD 有數碼聲不夠真實的原因，CD 的44.1KHz 採樣也無法保證高頻信號被較好記錄。要較好的記錄高頻信號，看來需要更高的採樣率，於是有些朋友 在捕捉CD 音軌的時候使用48KHz 的採樣 率，這是不可取的！這其實對音質沒有任何好處，對抓軌軟件來說，保持和CD 提供的44.1KHz 一樣的採樣率纔是最佳音質的保證之一，而不是去提高它。較高的採樣率只有相對模擬信號的時候纔有 用，如果被採樣的信號是數字的，請不要去嘗試提高採樣率。
3、流特徵
隨着網絡的發展，人們對在線收聽音樂提出了要求，因此也要求音頻文件能夠一邊讀一邊播放，而不需要把這個文件全部讀出後然後回放，這樣就可以做到不用下載就可以實現收聽了。也可以做到一邊編碼一邊播 放，正是這種特徵，可以實現在線的直播，架設自己的數字廣播電臺成爲了現實。