家庭影院DIY攻略 认识篇 – 3.2 数字化音频

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胶片相片是模拟的,数码相片是数字的。录音带和黑胶唱片是模拟的,CD、DVD是数字的。模拟(Analog)和数字(Digital)的分别,在于信号是否连续。下图的红色曲线是连续的模拟信号,蓝色是数字信号,存在不连续的锯齿。

家庭影院DIY攻略 认识篇 – 3.2 数字化音频

模拟信号分布在自然界的每个角落,如温度、声音、色彩等等。模拟信号的变化是连续的、无限的,比如温度从低到高、声音从小到大、颜色从浅到深,为了量化变化的幅度,就要假设变化的单位,比如温度的1度和0.0001度。

数字信号只有0和1,要表示模拟信号的变动,就要进行抽样、量化和编码。抽样和量化越精细,对模拟信号的描述就越准确,比如以0.0001度为单位来表示温度的变化,当然会比0.1度更精确。下图的抽样率比上图多一倍,所以还原红色曲线的锯齿较小,也就是失真更小、保真度更高。

家庭影院DIY攻略 认识篇 – 3.2 数字化音频

但即使再精细,也是有限的。有限的数字信号,与无限的模拟信号相比,先天就处于劣势,也就是我们通常说的,数字永远都是虚拟的、不够真实。既然如此,为什么还要数字化?因为模拟信号在复制和存储过程中会产生损失,而数字信号不会。

录音带用久了音质会变差,而且复录的永远比不上原装的。照片放久了会变黄,胶片重新冲晒也不如第一次。但是,数码照片无论你什么时候看、什么时候打印,都是一模一样的。因为它是一个电脑文件,本质上是很多的1和0,除非储存介质(硬盘、光盘、U盘等)损坏,数据是永远不会丢失的。而且拷给别人的文件,也是一模一样的。

数字信号的品质,也就是还原模拟信号的真实程度,决定于抽样、量化和编码的精细程度。数码照片的像素越多,就越真实,颜色越多,也越真实。当精细程度超过人可以感知的程度时,数字就会变得跟真的一样,就像《2012》。

用数字信号存储模拟信号、把数字信号转换为模拟信号(重播、还原)的技术,就是数字化技术。博大精深,需要由各专业的教授分别讲解。

声音的数字化,抽样精度:采样率(kHz),量化精度:比特率(bit),编码精度:有损、无损、是否压缩。比如:HDMI最高支持8声道LPCM(最高192kHz/24-bit),192kHz是抽样的采样率,24-bit是量化的比特率,LPCM是无损无压缩的编码方式。

采样率:电话8kHz,收音机22.05kHz,翻一倍44.1kHz就是CD。而DVD、数字电视比CD略高,是48kHz,也是专业音频的标准。48kHz×2或×4,即96kHz和192kHz,就是高清音频。

比特率:普通CD是16-bit。因为16-bit无法完美重现大动态,后来就有了20-bit和24-bit。别看24-bit和16-bit好像差别不大,但前者的取样值比后者高出256倍!负责数字(Digital)模拟(Analog)转换(Convert)的DAC芯片,目前最高可以支持32-bit。

编码方式:有损、无损是啥分别?比如数码相片,RAW是无损的,文件很大,一张照片几兆甚至几十兆。JPG是有损的,忽略了一些细节,所以只是RAW的几分之一甚至十几分之一。所以RAW比JPG色彩更丰富,立体感更强,更真实。

有损编码可以选择压缩比例,比例越大,文件越小,损失越多。就如上网看视频,默认大小感觉还可以,但放大到全屏幕,就变得模糊,很多细节都看不清楚了。声音也是一样的道理。

有损和无损各有利弊。无损的RAW当然好,但文件大,所以拍照数量少,而且存取速度也慢。同理,对声音抽样和量化的精度越高,数据量就越大,对音频编码、解码能力的要求就越高,相当于CPU要越快、内存和硬盘也要越大。


本文出自谢劲宇的《家庭影院DIY攻略》微信公众号

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  • 本文由 发表于 2017年3月13日18:57:28
匿名

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