音频筑基:信噪比SNR指标

音频筑基:信噪比SNR指标

在分析音频信号中,信噪比是我们经常遇到的概念,这里谈谈自己的理解。

SNR含义


定义

  • SNR,Signal to Noise Ratio,信噪比,也常缩写为S/N

概念

  • 顾名思义,就是信号和噪声的比值,实际应用时比值结果常转到dB域中
  • 信号,原系统输出的理论信号
  • 噪声,指经过某系统后,原信号不存在的无规律的新信号

计算方式

  • 功率角度:10lg(Ps/Pn),也是能量维度
    • Ps和Pn分别代表信号和噪声的有效功率,或者说是能量单位
    • 计量单位为dB
  • 幅值角度:20lg(val/ref),也是样本维度
    • 选倍数为20的时候,是从幅值角度相除,没有平方变成能量值
  • 以上两者公式等价

指标要求

  • 越大越好
  • 信噪比一般不应该低于70dB,高保真音箱的信噪比应达到110dB以上

SNR实例


这里举一个实例深化理解SNR的内涵,请阅读以下文本:

通常简单的量化表示一个数按N bit 进行线形量化,如 PCM按 16bit 量化,即[-1,1] 之间的小数线形均匀的分成 65536份,qstep=(1/2)^15。此种量化每提高1bit,可提高 SNR 6db 左右, 16bit 量化的 SNR=90db,CD 音质即为 16bit PCM,已基本满足人类的听觉需要。------谢湘勇的《音频编码原理讲解和分析》

请思考问题:如何理解,每提高1bit位深,SNR提高6dB?

......

OK,思考完毕,这里说下俺的思路。先理解16bit位深量化时SNR=90dB,如何来的?

个人分析,整数量化时最小值为1,即噪声误差幅值为1。而信号的最大值为2^bit_depth=2^16=65536,所以信号的最大幅值为65536。于是,套用SNR幅值公式得:SNR=20lg(max_val/min_val)=90dB

理解这个后,1bit位深量化精度就清楚了,多1bit就是乘以2,换到对数域就是+6dB,计算公式:SNR=20lg(2/1)=6.02dB

从而进一步理解何为SNR,信号最大幅度(信号范围)对最小幅度的精度误差(量化精度)的比,即可表征位深量化的SNR(最大信噪比)。

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