音视频基本概念之物理音频和数字音频

一：物理音频初中物理知识
这里列举一些重要的可能和编码相关的重要物理知识

声音的频率是周期的倒数，它表示的是声音在1秒钟内的周期数，单位是赫兹(Hz)。千赫(kHz),即1000Hz,表示每秒振动1000次。声音按频率可作如下划分:

次声 0～20Hz
人耳能听见的声音 20Hz～20KHz
超声 20KHz～1GHz
特超声 1GHz～10THz

二：数字音频

为了将模拟信号数字化分为3个概念进行讲解：
采样频率、采样量化、编码
计算机并不直接使用连续平滑的波形来表示声音，它是每隔固定的时间对波形的幅值进行采样，用得到的一系列数字量来表示声音。下图是经过数字采样的波形示意图。

PCM脉冲编码调制
PCM(Pulse Code Modulation)，脉冲编码调制。人耳听到的是模拟信号，PCM是把声音从模拟信号转化为数字信号的技术。

根据Nyguist采样定律，要从采样中完全恢复原始信号波形，采样频率必须至少是信号中最高频率的两倍。
前面提到人耳能听到的频率范围是[20H~20kHz]，所以采样频率一般为44.1Khz，这样就能保证声音到达20Khz也能被数字化，从而使得经过数字化处理之后，人耳听到的声音质量不会被降低。

采样频率：每秒钟采样的点的个数。常用的采样频率有：
22000（22kHz）：无线广播。
44100（44.1kHz）： CD音质。
48000（48kHz）：数字电视，DVD。
96000（96kHz）：蓝光，高清DVD。
192000(192kHz): 蓝光，高清DVD。

采样量化：采样是在离散的时间点上进行的，而采样值本身在计算机中也是离散的。采样值的精度取决于它用多少位来表示，这就是量化。例如8位量化可以表示256个不同值，而CD质量的16位量化可以表示65 536个值，范围为[-32768, 32767]。

下图是一个3位量化的示意图，可以看出3位量化只能表示8个值:0.75,0.5,0.25,0,─0.25,─0.5,─0.75和 ─1，因而量化位数越少，波形就越难辨认，还原后的声音质量也就越差(可能除了一片嗡嗡声之外什么都没有)

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