一、模拟声音数字化原理
声音是通过空气传播的一种连续的波，叫声波。声音的强弱体现在声波压力的大小上，音调的高低体现在 声音的频率上。声音用电表示时，声音信号在时间和幅度上都是连续的模拟信号。
图1 模 拟声音数字化的过程
声音进入计算机的第一步就是数字化，数字化实际上就是采样和量化。连续时间的离散化通过采样来实 现。
声音数字化需要回答两个问题：①每秒钟需要采集多少个声音样本，也就是采样频率(fs ) 是多少，②每个声音样本的位数(bit per sample ，bps) 应该是多少，也就是量化精度。
采样频率的高低是根据奈奎斯特理论(Nyquist theory) 和声音信号本身的最高频率决定的。奈奎斯特理论指出，采样频率不应低于声音信号最高频率的两倍，这样才能把以数字表达的声音 还原成原来的声音。 采样的过程就是抽取某点的频率值，很显然，在一秒中内 抽取的点越多，获取得频率信息更丰富，为了复原波形，一次振动中，必须有2 个点的采样，人耳能够感 觉到的最高频率为20kHz ，因此要满足人耳的听觉要求，则需要至少每秒进行40k 次采样，用40kHz 表达，这个40kHz 就是采样率。我们常见的CD ，采样率为44.1kHz 。 电话话音的 信号频率约为3.4 kHz ，采样频率就选为8 kHz 。
光有频率信息是 不够的，我们还必须纪录声音的幅度。量化位数越高，能表示的幅度的等级数越多。 例如，每个声音样本用3bit 表示，测得的声音样本值是在0 ～8 的范围里。 我们常见的CD 位16bit 的采样精度，即音量等级有2 的16 次方个。 样本位数的大小影 响到声音的质量，位数越多，声音的质量越高，而需要的存储空间也越多。
Ø 压缩编码
经过采样、量化得到的PCM 数据就是数字音 频信号了，可直接在计算机中传输和存储。但是这些数据的体积太庞大了！为了便于存储和传输，就需要进一步压缩，就出现了各种压缩算法，将PCM 转换为MP3,AAC,WMA 等格式。
常见的用于语音(Voice) 的编码有： EVRC (Enhanced Variable Rate Coder) 增强型可变速率编码，AMR 、ADPCM 、G.723.1 、G.729 等 。常见的用于音频(Audio) 的编码有： MP3 、AAC 、AAC+ 、WMA 等
二、问题
1 、为什么要使用音频压缩技术？
我们可以拿一个未压缩的CD 文件(PCM 音频流) 和一个MP3 文件作一下对比：
PCM 音频：一个采样率为44.1KHz ，采样大小 为16bit ，双声道的PCM 编码CD 文件，它的数据速率则为 44.1K ×16 ×2 =1411.2 Kbps ，这个参数也被称 为数据带宽。将码率除以8 bit, 就可以得到这个CD 的 数据速率，即176.4KB/s 。这表示存储一秒钟PCM 编 码的音频信号，需要176.4KB 的空间。
MP3 音频：将这个WAV 文件压缩成普通的MP3 ，44.1KHz ，128Kbps 的码率，它的数据速率为128Kbps/8=16KB/s 。 如下表所示：
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比特率 |
存1 秒音频 数据所占空间 |
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CD( 线性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 同音质下各种音乐大小对比
2 、频率与采样率的关系
采样率表示了每秒对原始信号采样的次数，我们常见到的音频文件采样率多为44.1KHz ，这意味着什么呢？假设我们有2 段正弦波 信号，分别为20Hz 和20KHz ，长度均 为一秒钟，以对应我们能听到的最低频和最高频，分别对这两段信号进行40KHz 的采样，我们可以得 到一个什么样的结果呢？结果是：20Hz 的信号每次振动被采样了40K/20=2000 次，而20K 的信号每次振动只有2 次采样。显然，在相同的采样率下，记录低频的信息远比高频的详细。这也是为什么有些音响发烧友指责CD 有数码声不够真实的原因，CD 的44.1KHz 采样也无法保证高频信号被较好记录。要较好的记录高频信号，看来需要更高的采样率，于是有些朋友 在捕捉CD 音轨的时候使用48KHz 的采样 率，这是不可取的！这其实对音质没有任何好处，对抓轨软件来说，保持和CD 提供的44.1KHz 一样的采样率才是最佳音质的保证之一，而不是去提高它。较高的采样率只有相对模拟信号的时候才有 用，如果被采样的信号是数字的，请不要去尝试提高采样率。
3、流特征
随着网络的发展，人们对在线收听音乐提出了要求，因此也要求音频文件能够一边读一边播放，而不需要把这个文件全部读出后然后回放，这样就可以做到不用下载就可以实现收听了。也可以做到一边编码一边播 放，正是这种特征，可以实现在线的直播，架设自己的数字广播电台成为了现实。