音视频入门知识(三):音频篇

⭐三、音频篇

音频基本要素:采样率、通道数、位宽、采样格式、采样点(像素)

采样率:单位时间内对模拟信号采样的次数

通道数:音频信号的独立声道数量(单通道,双通道(立体声))

位宽:每个采样点使用的位数,通常以 比特(bits) 表示。(8 位、16 位(CD 音质)、24 位(专业音频))

采样格式:描述音频采样点的数据表示方式。(整型,浮点型)

PCM(原始格式)

模拟信号数字化的编码方法,用于将模拟音频信号转化为数字数据。

主要包括采样,量化,编码三个主要过程。

特点:

  • 无压缩:PCM 是一种无损编码方式,音质较高,因为它直接保存音频信号的幅度值。

  • 文件较大:由于不做压缩处理,PCM 音频数据量较大,一般用于音质要求高且存储空间足够的场景。

  • 采样率与量化位数:PCM 文件音质主要由采样率和量化位数决定。采样率越高、量化位数越高,音质越好,但数据量也越大。

  • 采样:将连续的模拟音频信号按一定频率(即采样率)进行取样【8kHz(电话)、44.1kHz(CD)、48kHz(DVD)】
  • 量化 :将每个采样点的幅度值转化为一个离散的数字值
    • 量化深度(如 8 位电话、16 位CD、24 位等)决定了编码的精度。量化位数越高,声音细节越丰富,噪声越小。
  • 编码:将量化后的离散值编码为二进制数字,以便存储或传输。

PCM的六个参数

采样率、量化位数、声道数(单声道、立体声)、Sign : 表示样本数据是否是有符号位、 字节序(大端、小端)、 整形或浮点型

AAC(编码格式)

AAC(Advanced Audio Coding,高级音频编码)是一种有损音频压缩格式,

AAC编码步骤:

  • 分帧:将音频数据分成小帧进行处理,以便压缩。
  • 变换编码:使用 MDCT(修正离散余弦变换)等技术将音频信号转换到频域,以捕捉音频的频谱特征。
  • 量化与熵编码:对频域数据量化并压缩,移除冗余数据以减少文件大小。
  • 心理声学模型:利用人耳对频率的感知特点,去除人耳难以察觉的部分音频数据,从而实现有损压缩。

存储格式

用于组织和传输 AAC 编码的音频数据。各自适用于不同的应用场景

ADIF

定义 :ADIF 是适合存储在文件中 的 AAC 格式。适用于需要一次性下载和完整存储音频文件的情况,如存储在本地的音频文件。

特征 :ADIF 格式通常在开头包含一个文件头,其中包含解码所需的基本信息,但没有帧头的同步信息解码必须在明确定义的开始处进行

优点:由于没有帧头和同步字节,ADIF 比 ADTS 具有更高的压缩效率。

ADTS

定义 :ADTS 是适合流式传输 的 AAC 格式。它在每个帧的前面加上一个同步头信息,适合实时传输和播放。

特征 :ADTS 包含多个连续的帧,每个帧都带有帧头信息,其中包括同步字节和解码信息,可以在任意位置开始解码

优点:因为每个帧都有同步字节,可以在流中任意位置开始解码,非常适合于不连续的网络传输。

应用场景

流媒体平台普遍使用 AAC 提供高效且高音质的音频体验。

视频格式:AAC 常被集成在 MP4、MOV 和 MKV 等视频文件格式中。

数字广播:在广播和电视领域,AAC 被用于数字广播系统(如 DAB、DVB)。

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