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pcm是什麼文件

青灯夜游
發布: 2023-03-10 16:53:24
原創
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pcm是一種多媒體音訊文件,被廣泛用於素材保存及音樂欣賞;PCM文件能夠一邊讀一邊播放,而不需要把這個文件全部讀出後然後回放,這樣就可以做到不用下載就可以實現收聽了。 PCM被稱為脈碼編碼調製,PCM中的聲音資料沒有被壓縮,它是由類比訊號經過取樣、量化、編碼轉換成的標準的數位音訊資料。

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本教學操作環境:windows7系統、Dell G3電腦。

一、名詞解析

PCM(Pulse Code Modulation)也被稱為脈碼編碼調製,PCM中的聲音資料沒有被壓縮,它是由模擬訊號經過取樣、量化、編碼轉換成的標準的數位音訊資料。取樣轉換方式參考下圖來了解:

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音訊取樣包含以下幾大要素:

1. 取樣率

取樣率表示音訊訊號每秒的數位快照數。此速率決定了音訊檔案的頻率範圍。取樣率越高,數位波形的形狀越接近原始類比波形。低取樣率會限制可錄製的頻率範圍,這可導致錄音表現原始聲音的效果不佳。根據奈奎斯特取樣定理,為了重現給定頻率,取樣率必須至少是該頻率的兩倍。例如,一般CD唱片的取樣率為每秒 44,100 個取樣,因此可重現最高為 22,050 Hz 的頻率,此頻率剛好超過人類的聽力極限 20,000 Hz。

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圖中A是低取樣率的音訊訊號,其效果已經將原始聲波進行了扭曲,B則是完全重現原始聲波的高取樣率的音頻訊號.

數位音訊常用的取樣率如下:

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#2. 位元深度 

位元深度決定動態範圍。取樣聲波時,為每個取樣指定最接近原始聲波振幅的振幅值。較高的位元深度可提供更多可能的振幅值,產生更大的動態範圍、更低的雜訊基準和更高的保真度。

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位元深度越高,提供的動態範圍越大。 

二、PCM

在上面的名詞解析中我們應該對PCM有了一定的理解和認識,下面我們將對PCM做更多的解說。

PCM檔案具有串流特性,是數位通訊的編碼方式之一。

PCM檔案被廣泛用於素材保存及音樂欣賞,CD、DVD以及我們常見的WAV檔案中都有應用,PCM檔案能夠一邊讀一邊播放,而不需要把這個檔案全部讀出後然後回放,這樣就可以做到不用下載就可以實現收聽了。

1. PCM音訊資料儲存方式

如果是單聲道的文件,取樣資料依時間的先後順序依序存入。如果是單聲道的音訊文件,則採樣資料依時間的先後順序依序存入(也可能採用 LRLRLR 方式存儲,只是另一個聲道的資料為 0)。

如果是雙聲道的話通常按照 LRLRLR 的方式存儲,存儲的時候還和機器的大小端有關。

PCM的儲存方式為小端模式,儲存Data資料排列如下圖所示:

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2. PCM 音訊資料的參數

描述PCM 音訊資料的參數的時候有如下描述方式:

44100HZ 16bit stereo: 每秒钟有 44100 次采样, 采样数据用 16 位(2 字节)记录, 双声道(立体声)
22050HZ 8bit  mono: 每秒钟有 22050 次采样, 采样数据用 8 位(1 字节)记录, 单声道
48000HZ 32bit 51ch: 每秒钟有 48000 次采样, 采样数据用 32 位(4 字节浮点型)记录, 5.1 声道
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44100Hz 指的是采样率,它的意思是每秒取样 44100 次。采样率越大,存储数字音频所占的空间就越大。

16bit 指的是采样精度,意思是原始模拟信号被采样后,每一个采样点在计算机中用 16 位(两个字节)来表示。采样精度越高越能精细地表示模拟信号的差异。

Stereo 指的是声道数,也即采样时用到的麦克风的数量,麦克风越多就越能还原真实的采样环境(当然麦克风的放置位置也是有规定的)。

3. PCM文件格式简介

 PCM文件:模拟音频信号经模数转换(A/D变换)直接形成的二进制序列,该文件没有附加的文件头和文件结束标志。Windows的Convert工具可以把PCM音频格式的文件转换成Microsoft的WAV格式的文件。    

 将音频数字化,其实就是将声音数字化。最常见的方式是透过脉冲编码调制PCM(Pulse Code Modulation) 。运作原理如下:首先我们考虑声音经过麦克风,转换成一连串电压变化的信号,如下图所示。这张图的横座标为秒,纵座标为电压大小。要将这样的信号转为 PCM 格式的方法,是使用三个参数来表示声音,它们是:声道数、采样位数和采样频率。

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  • 采样频率:即取样频率,指每秒钟取得声音样本的次数。采样频率越高,声音的质量也就越好,声音的还原也就越真实,但同时它占的资源比较多。由于人耳的分辨率很有限,太高的频率并不能分辨出来。在16位声卡中有22KHz、44KHz等几级,其中,22KHz相当于普通FM广播的音质,44KHz已相当于CD音质了,目前的常用采样频率都不超过48KHz。 

  • 采样位数:即采样值或取样值(就是将采样样本幅度量化)。它是用来衡量声音波动变化的一个参数,也可以说是声卡的分辨率。它的数值越大,分辨率也就越高,所发出声音的能力越强。

  • 声道数:很好理解,有单声道和立体声之分,单声道的声音只能使用一个喇叭发声(有的也处理成两个喇叭输出同一个声道的声音),立体声的PCM 可以使两个喇叭都发声(一般左右声道有分工) ,更能感受到空间效果。 

下面再用图解来看看采样位数和采样频率的概念。让我们来看看这几幅图。图中的黑色曲线表示的是PCM 文件录制的自然界的声波,红色曲线表示的是PCM 文件输出的声波,横坐标便是采样频率;纵坐标便是采样位数。这几幅图中的格子从左到右,逐渐加密,先是加大横坐标的密度,然后加大纵坐标的密度。显然,当横坐标的单位越小即两个采样时刻的间隔越小,则越有利于保持原始声音的真实情况,换句话说,采样的频率越大则音质越有保证;同理,当纵坐标的单位越小则越有利于音质的提高,即采样的位数越大越好。

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在计算机中采样位数一般有8位和16位之分,但有一点请大家注意,8位不是说把纵坐标分成8份,而是分成2的8次方即256份; 同理16位是把纵坐标分成2的16次方65536份; 而采样频率一般有11025HZ(11KHz),22050HZ(22KHz)、44100Hz(44KHz)三种。

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那么,现在我们就可以得到PCM文件所占容量的公式:存储量 = (采样频率*采样位数*声道)*时间/8(单位:字节数).

 例如,数字激光唱盘(CD-DA,红皮书标准)的标准采样频率为44.lkHz,采样数位为16位,立体声(2声道),可以几乎无失真地播出频率高达22kHz的声音,这也是人类所能听到的最高频率声音。激光唱盘一分钟音乐需要的存储量为:     

(44.1*1000*l6*2)*60/8=10,584,000(字节)=10.584MBytes
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这个数值就是PCM声音文件在硬盘中所占磁盘空间的存储量。

 计算机音频文件的格式决定了其声音的品质,日常生活中电话、收音机等均为模拟音频信号,即不存在采样频率和采样位数的概念,我们可以这样比较一下:

  • 44KHz,16BIT的声音称作:CD音质;

  • 22KHz、16Bit的声音效果近似于立体声(FM Stereo)广播,称作:广播音质;

  • 11kHz、8Bit的声音,称作:电话音质。 

微软的WAV文件就是PCM编码的一种。

擴充知識:與PCM檔案相關的其他檔案類型

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#檔案類型開發人員 檔案類別 檔案類型描述
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