脉冲编码调制基本知识概念
生活随笔
收集整理的這篇文章主要介紹了
脉冲编码调制基本知识概念
小編覺得挺不錯的,現在分享給大家,幫大家做個參考.
1:波形聲音
? 波形聲音時最常用的Windows多媒體特性。波形聲音設備可以通過麥克風捕捉聲音,并將其轉化為數值,然后把它們儲存到內存或者磁盤上的波形文件中,波形文件的擴展名為:.wav。這樣聲音就可以播放了。
2:聲音和波形
? 任意周期的波形(即一個循環波形)可以分解為多個正弦波,這些正弦波的頻率是整數倍。這就是所謂的Fourier級數。周期的頻率是基礎。級數中其他正弦波的頻率是基礎頻率的2倍,3倍,4倍(等等)。這些頻率的聲音稱為泛音。基礎頻率也稱作一級諧波,第一泛音是二級諧波,以此類推。
? 正弦波諧波的相對強度給每個周期的波形唯一的聲音。這就是“音質”。
3:脈沖編碼調制(Pulse Code Modulation)
? 計算機處理的是數值,因此要使聲音進入計算機,就必須設計一種能將聲音與數字信號相互轉換的機制。 不壓縮數據就完成此功能的最常用方法即是PCM。PCM可用在光盤,數字式錄音磁帶以及Windows中。脈沖編碼調制其實只是一種概念上很簡單的處理步驟地奇怪代名詞而已。
? 利用脈沖編碼調制,波形可以按固定的周期頻率取樣,其頻率通常是每秒幾萬次。對于每個樣本都測量其波形的振幅。完成將振幅轉換成數字信號工作的硬件是模擬數字轉換器(ADC:analog-to-digital converter)。類似地,通過數字模擬轉換器(DAC:digital-to-analog converter)可將數字信號轉換回波形電子信號。但這樣轉換得到的波形與輸入的并不完全相同。合成的波形具有由高頻組成的尖銳邊緣。因此,播放硬件通常在數字模擬轉換器后還包括一個低通濾波器。此濾波器濾掉高頻,并使合成后的波形更平滑。
在輸入端,低通濾波器位于ADC前面。
? 脈沖編碼調制有兩個參數:取樣頻率,即每秒內測量波形振幅的次數;樣本大小,即用于儲存振幅級的位數。取樣頻率越高,樣本大小越大,原始聲音的復制品才更好。不過,存在一個提高取樣頻率和樣本大小的極點
,超過這個極點也就超過了人類分辨聲音的極限。另外,如果取樣頻率和樣本大小過低,將導致不能精確地復制音樂以及其他聲音。
4:取樣頻率:
? 取樣頻率決定聲音可被數字化和儲存的最大頻率。尤其是,取樣頻率必須是樣本聲音最高頻率的兩倍。這就是「Nyquist頻率(Nyquist Frequency)」,以30年代研究取樣程序的工程師Harry Nyquist的名字命名。
? 以過低的取樣頻率對正弦波取樣時,合成的波形比最初的波形頻率更低。這就是所說的失真信號。為避免失真信號的發生,在輸入端使用低通濾波器以阻止頻率大于半個取樣頻率的所有波形。在輸出端,數字模擬轉換器產生的粗糙的波形邊緣實際上是由頻率大于半個取樣頻率的波形組成的泛音。因此,位于輸出端的低通濾波器也阻止頻率大于半個取樣頻率的所有波形。
? 聲音CD中使用的取樣頻率是每秒44,100個樣本,或者稱為44.1kHz。這個特有的數值是這樣產生的:人耳可聽到最高20kHz的聲音,因此要攔截人能聽到的整個聲音范圍,就需要40kHz的取樣頻率。 然而,由于低通濾波器具有頻率下滑效應,所以取樣頻率應該再高出大約百分之十才行。現在,取樣頻率就達到了44kHz。
這時,我們要與視訊同時記錄數字聲音,于是取樣頻率就應該是美國、歐洲電視顯示格速率的整數倍,這兩種視訊格速率分別是30Hz和25Hz。這就使取樣頻率升高到了44.1kHz。
? 取樣頻率為44.1kHz的光盤會產生大量的數據,這對于一些應用程序來說實在是太多了,例如對于錄制聲音而不是錄制音樂時就是這樣。把取樣頻率減半到22.05 kHz,可由一個10 kHz的泛音來簡化復制聲音的上半部分。再將其減半到11.025 kHz就向我們提供了5 kHz頻率范圍。44.1 kHz、22.05 kHz和11.025 kHz的取樣頻率,以及8 kHz都是波形聲音設備普遍支持的標準。
5:樣本大小:
? 脈沖編碼調制的第二個參數是按位計算的樣本大小。樣本大小決定了可供錄制和播放的最低音與最高音之間的區別。這就是通常所說的動態范圍。
? 聲音強度是波形振幅的平方(即每個正弦波一個周期中最大振幅的合成)。與頻率一樣,人對聲音強度的感受也呈對數變化。兩個聲音在強度上的區別是以貝爾(以電話發明人Alexander Graham Bell的名字命名)和分貝(dB)為單位進行測量的。1貝爾在聲音強度上呈10倍增加。1dB就是以相同的乘法步驟成為1貝爾的十分之一。由此,1dB可增加聲音強度的1.26倍(10的10次方根),或者增加波形振幅的1.12倍(10的20次方根)。1分貝是耳朵可感覺出的聲強的最小變化。從開始能聽到的聲音極限到讓人感到疼痛的聲音極限之間的聲強差大約是100 dB。
? 如果樣本大小是8位,則最大振幅與最小振幅之間的比例就是256。這樣,動態范圍就是48分貝。48的動態范圍大約相當于非常安靜的房屋與電動割草機之間的差別。將樣本大小加倍到16位產生的動態范圍是96分貝。這非常接近聽覺極限和
疼痛極限,而且人們認為這就是復制音樂的理想值。
? Windows同時支持8位和16位的樣本大小。儲存8位的樣本時,樣本以無正負號字節處理,靜音將儲存為一個值為0x80的字符串。16位的樣本以帶正負號整數處理,這時靜音將儲存為一個值為0的字符串。
? 要計算未壓縮聲音所需的儲存空間,可用以秒為單位的聲音持續時間乘以取樣頻率。如果用16位樣本而不是8位樣本,則將其加倍,如果是錄制立體聲則再加倍。例如,1小時的CD聲音(或者是在每個立體聲樣本占2字節、每秒44 ,100個
樣本的速度下進行3 600秒)需要635MB,這快要接近一張CD-ROM的儲存量了。
? 波形聲音時最常用的Windows多媒體特性。波形聲音設備可以通過麥克風捕捉聲音,并將其轉化為數值,然后把它們儲存到內存或者磁盤上的波形文件中,波形文件的擴展名為:.wav。這樣聲音就可以播放了。
2:聲音和波形
? 任意周期的波形(即一個循環波形)可以分解為多個正弦波,這些正弦波的頻率是整數倍。這就是所謂的Fourier級數。周期的頻率是基礎。級數中其他正弦波的頻率是基礎頻率的2倍,3倍,4倍(等等)。這些頻率的聲音稱為泛音。基礎頻率也稱作一級諧波,第一泛音是二級諧波,以此類推。
? 正弦波諧波的相對強度給每個周期的波形唯一的聲音。這就是“音質”。
3:脈沖編碼調制(Pulse Code Modulation)
? 計算機處理的是數值,因此要使聲音進入計算機,就必須設計一種能將聲音與數字信號相互轉換的機制。 不壓縮數據就完成此功能的最常用方法即是PCM。PCM可用在光盤,數字式錄音磁帶以及Windows中。脈沖編碼調制其實只是一種概念上很簡單的處理步驟地奇怪代名詞而已。
? 利用脈沖編碼調制,波形可以按固定的周期頻率取樣,其頻率通常是每秒幾萬次。對于每個樣本都測量其波形的振幅。完成將振幅轉換成數字信號工作的硬件是模擬數字轉換器(ADC:analog-to-digital converter)。類似地,通過數字模擬轉換器(DAC:digital-to-analog converter)可將數字信號轉換回波形電子信號。但這樣轉換得到的波形與輸入的并不完全相同。合成的波形具有由高頻組成的尖銳邊緣。因此,播放硬件通常在數字模擬轉換器后還包括一個低通濾波器。此濾波器濾掉高頻,并使合成后的波形更平滑。
在輸入端,低通濾波器位于ADC前面。
? 脈沖編碼調制有兩個參數:取樣頻率,即每秒內測量波形振幅的次數;樣本大小,即用于儲存振幅級的位數。取樣頻率越高,樣本大小越大,原始聲音的復制品才更好。不過,存在一個提高取樣頻率和樣本大小的極點
,超過這個極點也就超過了人類分辨聲音的極限。另外,如果取樣頻率和樣本大小過低,將導致不能精確地復制音樂以及其他聲音。
4:取樣頻率:
? 取樣頻率決定聲音可被數字化和儲存的最大頻率。尤其是,取樣頻率必須是樣本聲音最高頻率的兩倍。這就是「Nyquist頻率(Nyquist Frequency)」,以30年代研究取樣程序的工程師Harry Nyquist的名字命名。
? 以過低的取樣頻率對正弦波取樣時,合成的波形比最初的波形頻率更低。這就是所說的失真信號。為避免失真信號的發生,在輸入端使用低通濾波器以阻止頻率大于半個取樣頻率的所有波形。在輸出端,數字模擬轉換器產生的粗糙的波形邊緣實際上是由頻率大于半個取樣頻率的波形組成的泛音。因此,位于輸出端的低通濾波器也阻止頻率大于半個取樣頻率的所有波形。
? 聲音CD中使用的取樣頻率是每秒44,100個樣本,或者稱為44.1kHz。這個特有的數值是這樣產生的:人耳可聽到最高20kHz的聲音,因此要攔截人能聽到的整個聲音范圍,就需要40kHz的取樣頻率。 然而,由于低通濾波器具有頻率下滑效應,所以取樣頻率應該再高出大約百分之十才行。現在,取樣頻率就達到了44kHz。
這時,我們要與視訊同時記錄數字聲音,于是取樣頻率就應該是美國、歐洲電視顯示格速率的整數倍,這兩種視訊格速率分別是30Hz和25Hz。這就使取樣頻率升高到了44.1kHz。
? 取樣頻率為44.1kHz的光盤會產生大量的數據,這對于一些應用程序來說實在是太多了,例如對于錄制聲音而不是錄制音樂時就是這樣。把取樣頻率減半到22.05 kHz,可由一個10 kHz的泛音來簡化復制聲音的上半部分。再將其減半到11.025 kHz就向我們提供了5 kHz頻率范圍。44.1 kHz、22.05 kHz和11.025 kHz的取樣頻率,以及8 kHz都是波形聲音設備普遍支持的標準。
5:樣本大小:
? 脈沖編碼調制的第二個參數是按位計算的樣本大小。樣本大小決定了可供錄制和播放的最低音與最高音之間的區別。這就是通常所說的動態范圍。
? 聲音強度是波形振幅的平方(即每個正弦波一個周期中最大振幅的合成)。與頻率一樣,人對聲音強度的感受也呈對數變化。兩個聲音在強度上的區別是以貝爾(以電話發明人Alexander Graham Bell的名字命名)和分貝(dB)為單位進行測量的。1貝爾在聲音強度上呈10倍增加。1dB就是以相同的乘法步驟成為1貝爾的十分之一。由此,1dB可增加聲音強度的1.26倍(10的10次方根),或者增加波形振幅的1.12倍(10的20次方根)。1分貝是耳朵可感覺出的聲強的最小變化。從開始能聽到的聲音極限到讓人感到疼痛的聲音極限之間的聲強差大約是100 dB。
? 如果樣本大小是8位,則最大振幅與最小振幅之間的比例就是256。這樣,動態范圍就是48分貝。48的動態范圍大約相當于非常安靜的房屋與電動割草機之間的差別。將樣本大小加倍到16位產生的動態范圍是96分貝。這非常接近聽覺極限和
疼痛極限,而且人們認為這就是復制音樂的理想值。
? Windows同時支持8位和16位的樣本大小。儲存8位的樣本時,樣本以無正負號字節處理,靜音將儲存為一個值為0x80的字符串。16位的樣本以帶正負號整數處理,這時靜音將儲存為一個值為0的字符串。
? 要計算未壓縮聲音所需的儲存空間,可用以秒為單位的聲音持續時間乘以取樣頻率。如果用16位樣本而不是8位樣本,則將其加倍,如果是錄制立體聲則再加倍。例如,1小時的CD聲音(或者是在每個立體聲樣本占2字節、每秒44 ,100個
樣本的速度下進行3 600秒)需要635MB,這快要接近一張CD-ROM的儲存量了。
總結
以上是生活随笔為你收集整理的脉冲编码调制基本知识概念的全部內容,希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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