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一、名詞解析

PCM(Pulse Code Modulation)也被稱(chēng)為脈碼編碼調(diào)制，PCM中的聲音數(shù)據(jù)沒(méi)有被壓縮，它是由模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)采樣、量化、編碼轉(zhuǎn)換成的標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字音頻數(shù)據(jù)。采樣轉(zhuǎn)換方式參考下圖進(jìn)行了解：

(資料圖)

音頻采樣包含以下幾大要素：

1. 采樣率

采樣率表示音頻信號(hào)每秒的數(shù)字快照數(shù)。該速率決定了音頻文件的頻率范圍。采樣率越高，數(shù)字波形的形狀越接近原始模擬波形。低采樣率會(huì)限制可錄制的頻率范圍，這可導(dǎo)致錄音表現(xiàn)原始聲音的效果不佳。根據(jù)奈奎斯特采樣定理，為了重現(xiàn)給定頻率，采樣率必須至少是該頻率的兩倍。例如，一般CD唱片的采樣率為每秒 44,100 個(gè)采樣，因此可重現(xiàn)最高為 22,050 Hz 的頻率，此頻率剛好超過(guò)人類(lèi)的聽(tīng)力極限 20,000 Hz。

圖中A是低采樣率的音頻信號(hào)，其效果已經(jīng)將原始聲波進(jìn)行了扭曲，B則是完全重現(xiàn)原始聲波的高采樣率的音頻信號(hào)。

數(shù)字音頻常用的采樣率如下：

2. 位深度

位深度決定動(dòng)態(tài)范圍。采樣聲波時(shí)，為每個(gè)采樣指定最接近原始聲波振幅的振幅值。較高的位深度可提供更多可能的振幅值，產(chǎn)生更大的動(dòng)態(tài)范圍、更低的噪聲基準(zhǔn)和更高的保真度。

位深度越高，提供的動(dòng)態(tài)范圍越大。

二、PCM

在上面的名詞解析中我們應(yīng)該對(duì)PCM有了一定的理解和認(rèn)識(shí)，下面我們將對(duì)PCM做更多的講解。

PCM文件具有流媒體特性，是數(shù)字通信的編碼方式之一。

PCM文件被廣泛用于素材保存及音樂(lè)欣賞，CD、DVD以及我們常見(jiàn)的 WAV文件中均有應(yīng)用，PCM文件能夠一邊讀一邊播放，而不需要把這個(gè)文件全部讀出后然后回放，這樣就可以做到不用下載 就可以實(shí)現(xiàn)收聽(tīng)了。

1. PCM音頻數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式

如果是單聲道的文件，采樣數(shù)據(jù)按時(shí)間的先后順序依次存入。如果是單聲道的音頻文件，采樣數(shù)據(jù)按時(shí)間的先后順序依次存入（也可能采用 LRLRLR 方式存儲(chǔ)，只是另一個(gè)聲道的數(shù)據(jù)為 0）。

如果是雙聲道的話(huà)通常按照 LRLRLR 的方式存儲(chǔ)，存儲(chǔ)的時(shí)候還和機(jī)器的大小端有關(guān)。

PCM的存儲(chǔ)方式為小端模式，存儲(chǔ)Data數(shù)據(jù)排列如下圖所示：

2. PCM 音頻數(shù)據(jù)的參數(shù)

描述 PCM 音頻數(shù)據(jù)的參數(shù)的時(shí)候有如下描述方式：

44100HZ 16bit stereo: 每秒鐘有 44100 次采樣, 采樣數(shù)據(jù)用 16 位（2 字節(jié)）記錄, 雙聲道（立體聲）22050HZ 8bit  mono: 每秒鐘有 22050 次采樣, 采樣數(shù)據(jù)用 8 位（1 字節(jié)）記錄, 單聲道48000HZ 32bit 51ch: 每秒鐘有 48000 次采樣, 采樣數(shù)據(jù)用 32 位（4 字節(jié)浮點(diǎn)型）記錄, 5.1 聲道

44100Hz 指的是采樣率，它的意思是每秒取樣 44100 次。采樣率越大，存儲(chǔ)數(shù)字音頻所占的空間就越大。

16bit 指的是采樣精度，意思是原始模擬信號(hào)被采樣后，每一個(gè)采樣點(diǎn)在計(jì)算機(jī)中用 16 位（兩個(gè)字節(jié)）來(lái)表示。采樣精度越高越能精細(xì)地表示模擬信號(hào)的差異。

Stereo 指的是聲道數(shù)，也即采樣時(shí)用到的麥克風(fēng)的數(shù)量，麥克風(fēng)越多就越能還原真實(shí)的采樣環(huán)境（當(dāng)然麥克風(fēng)的放置位置也是有規(guī)定的）。

3. PCM文件格式簡(jiǎn)介

PCM文件：模擬音頻信號(hào)經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換（A/D變換）直接形成的二進(jìn)制序列，該文件沒(méi)有附加的文件頭和文件結(jié)束標(biāo)志。Windows的Convert工具可以把PCM音頻格式的文件轉(zhuǎn)換成Microsoft的WAV格式的文件。

將音頻數(shù)字化，其實(shí)就是將聲音數(shù)字化。最常見(jiàn)的方式是透過(guò)脈沖編碼調(diào)制PCM(Pulse Code Modulation) 。運(yùn)作原理如下:首先我們考慮聲音經(jīng)過(guò)麥克風(fēng)，轉(zhuǎn)換成一連串電壓變化的信號(hào)，如下圖所示。這張圖的橫座標(biāo)為秒，縱座標(biāo)為電壓大小。要將這樣的信號(hào)轉(zhuǎn)為 PCM 格式的方法，是使用三個(gè)參數(shù)來(lái)表示聲音，它們是：聲道數(shù)、采樣位數(shù)和采樣頻率。

采樣頻率：即取樣頻率,指每秒鐘取得聲音樣本的次數(shù)。采樣頻率越高,聲音的質(zhì)量也就越好,聲音的還原也就越真實(shí)，但同時(shí)它占的資源比較多。由于人耳的分辨率很有限,太高的頻率并不能分辨出來(lái)。在16位聲卡中有22KHz、44KHz等幾級(jí),其中，22KHz相當(dāng)于普通FM廣播的音質(zhì)，44KHz已相當(dāng)于CD音質(zhì)了，目前的常用采樣頻率都不超過(guò)48KHz。

采樣位數(shù)：即采樣值或取樣值（就是將采樣樣本幅度量化）。它是用來(lái)衡量聲音波動(dòng)變化的一個(gè)參數(shù)，也可以說(shuō)是聲卡的分辨率。它的數(shù)值越大，分辨率也就越高，所發(fā)出聲音的能力越強(qiáng)。

聲道數(shù)：很好理解，有單聲道和立體聲之分，單聲道的聲音只能使用一個(gè)喇叭發(fā)聲（有的也處理成兩個(gè)喇叭輸出同一個(gè)聲道的聲音），立體聲的PCM 可以使兩個(gè)喇叭都發(fā)聲（一般左右聲道有分工） ，更能感受到空間效果。

下面再用圖解來(lái)看看采樣位數(shù)和采樣頻率的概念。讓我們來(lái)看看這幾幅圖。圖中的黑色曲線(xiàn)表示的是PCM 文件錄制的自然界的聲波，紅色曲線(xiàn)表示的是PCM 文件輸出的聲波，橫坐標(biāo)便是采樣頻率；縱坐標(biāo)便是采樣位數(shù)。這幾幅圖中的格子從左到右，逐漸加密，先是加大橫坐標(biāo)的密度，然后加大縱坐標(biāo)的密度。顯然，當(dāng)橫坐標(biāo)的單位越小即兩個(gè)采樣時(shí)刻的間隔越小，則越有利于保持原始聲音的真實(shí)情況，換句話(huà)說(shuō)，采樣的頻率越大則音質(zhì)越有保證；同理，當(dāng)縱坐標(biāo)的單位越小則越有利于音質(zhì)的提高，即采樣的位數(shù)越大越好。

在計(jì)算機(jī)中采樣位數(shù)一般有8位和16位之分，但有一點(diǎn)請(qǐng)大家注意，8位不是說(shuō)把縱坐標(biāo)分成8份，而是分成2的8次方即256份； 同理16位是把縱坐標(biāo)分成2的16次方65536份； 而采樣頻率一般有11025HZ（11KHz），22050HZ（22KHz）、44100Hz（44KHz）三種。

那么，現(xiàn)在我們就可以得到PCM文件所占容量的公式：存儲(chǔ)量 = (采樣頻率*采樣位數(shù)*聲道)*時(shí)間/8(單位：字節(jié)數(shù)).

例如，數(shù)字激光唱盤(pán)(CD－DA，紅皮書(shū)標(biāo)準(zhǔn))的標(biāo)準(zhǔn)采樣頻率為44.lkHz，采樣數(shù)位為16位，立體聲(2聲道)，可以幾乎無(wú)失真地播出頻率高達(dá)22kHz的聲音，這也是人類(lèi)所能聽(tīng)到的最高頻率聲音。激光唱盤(pán)一分鐘音樂(lè)需要的存儲(chǔ)量為：　　　　　

(44.1*1000*l6*2)*60/8=10，584，000(字節(jié))=10.584MBytes

這個(gè)數(shù)值就是PCM聲音文件在硬盤(pán)中所占磁盤(pán)空間的存儲(chǔ)量。

計(jì)算機(jī)音頻文件的格式?jīng)Q定了其聲音的品質(zhì)，日常生活中電話(huà)、收音機(jī)等均為模擬音頻信號(hào)，即不存在采樣頻率和采樣位數(shù)的概念，我們可以這樣比較一下：

44KHz，16BIT的聲音稱(chēng)作：CD音質(zhì)；

22KHz、16Bit的聲音效果近似于立體聲（FM Stereo）廣播，稱(chēng)作：廣播音質(zhì)；

11kHz、8Bit的聲音，稱(chēng)作：電話(huà)音質(zhì)。

微軟的WAV文件就是PCM編碼的一種。

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