第二章2各种音频压缩格式
了解电脑音频格式MPWAVFLAC等
了解电脑音频格式MPWAVFLAC等了解电脑音频格式 MP3、WAV、FLAC 等现如今，电脑音频格式已经成为了日常生活中不可或缺的一部分。
我们在平时的音乐欣赏、视频观看、游戏娱乐等多个方面都需要用到各种音频格式。
在这篇文章中，我们将带您深入了解电脑音频格式，包括MP3、WAV、FLAC等，它们分别有何特点以及应用场景。
一、MP3MP3 是最为常见的音频格式之一，它的全称为 "MPEG-1 Audio Layer 3"。
MP3 这种格式对音频进行了压缩，从而使音频文件的体积大大减小，且不明显损失音质。
这种压缩方式称为“有损压缩”，即通过一定算法去除了一些人耳难以察觉的音频细节。
由于其较小的体积和良好的音质，MP3 格式在互联网上的音乐分享、存储以及传输中得到了广泛应用。
二、WAVWAV 是一种原始的音频格式，全称为 "Waveform Audio File Format"。
WAV 格式的特点是无损音质，即存储和传输的音频会保持原始的音质，并且不会损失细节。
由于其无损特性，WAV 格式的音频文件相对较大，适合在对音质要求较高的领域应用，比如专业音频制作、音频存档等。
然而，由于其较大的文件体积，WAV 格式在网络传输和存储上不如 MP3 等压缩格式便捷。
三、FLACFLAC 是一种开放源代码的音频编码格式，全称为 "Free Lossless Audio Codec"。
FLAC 格式属于无损音质格式，它能够提供和原始音频完全一致的音质，同时比原始音频体积更小。
这种格式的压缩方式称为无损压缩，即通过去除音频中的冗余信息，但不损失音频的质量和细节。
FLAC 格式适用于那些对音质有较高要求的耳朵，比如音乐厂牌、发烧友等。
由于其相对较小的文件体积和无损音质，FLAC 格式在音频存储和传输中也得到了一定的应用。
四、其他音频格式除了 MP3、WAV、FLAC 外，还有一些其他常见的音频格式，比如AAC、OGG、ALAC等。
音频压缩——精选推荐
音频压缩技术指的是对原始数字音频信号流（PCM编码）运用适当的数字信号处理技术，在不损失有用信息量，或所引入损失可忽略的条件下，降低（压缩）其码率，也称为压缩编码。
它必须具有相应的逆变换，称为解压缩或解码。
音频信号在通过一个编解码系统后可能引入大量的噪声和一定的失真。
、音频压缩算法的主要分类及典型代表一般来讲，可以将音频压缩技术分为无损（lossless）压缩及有损（lossy）压缩两大类，而按照压缩方案的不同，又可将其划分为时域压缩、变换压缩、子带压缩，以及多种技术相互融合的混合压缩等等。
各种不同的压缩技术，其算法的复杂程度（包括时间复杂度和空间复杂度）、音频质量、算法效率（即压缩比例），以及编解码延时等都有很大的不同。
各种压缩技术的应用场合也因之而各不相同。
（1）时域压缩（或称为波形编码）技术是指直接针对音频PCM码流的样值进行处理，通过静音检测、非线性量化、差分等手段对码流进行压缩。
此类压缩技术的共同特点是算法复杂度低，声音质量一般，压缩比小（CD音质> 400kbps），编解码延时最短（相对其它技术）。
此类压缩技术一般多用于语音压缩，低码率应用（源信号带宽小）的场合。
时域压缩技术主要包括G.711、ADPCM、LPC、CELP，以及在这些技术上发展起来的块压扩技术如NICAM、子带ADPCM（SB-ADPCM）技术如G.721、G.722、Apt-X等。
（2）子带压缩技术是以子带编码理论为基础的一种编码方法。
子带编码理论最早是由Crochiere等于1976年提出的。
其基本思想是将信号分解为若干子频带内的分量之和，然后对各子带分量根据其不同的分布特性采取不同的压缩策略以降低码率。
通常的子带压缩技术和下面介绍的变换压缩技术都是根据人对声音信号的感知模型（心理声学模型），通过对信号频谱的分析来决定子带样值或频域样值的量化阶数和其它参数选择的，因此又可称为感知型（Perceptual）压缩编码。
音频压缩
音频压缩CD音质的音频信号需要1.411Mbps传输带宽。
如果要使网络传输成为现实，显然需要进行实质性压缩。
各种各样的音频压缩算法开发出来了，MPEG音频算法或许是最流行的一种。
MPEG算法分为三层，其中MP3最有效，最著名。
在互联网上，人们可以获得大量MP3格式的音乐。
不过，并非所有这些音乐都是合法取得的；因此，就出现了大量由艺术家和版权所有人提起的诉讼。
MP3是MPEG视频压缩标准中的音频部分。
音频压缩可以通过两种方式实现。
在“波形编码”中，用“傅里叶变换”这种数学方法将波形信号变换为频率分量。
每个分量的幅度采用最小方式进行编码，目的是用尽可能少的比特数在另一端准确重现波形。
另一种方法就是“知觉编码”。
这种方法利用了人类听觉系统的缺陷，采用让人耳听不出来差别的方式对信号进行编码，尽管在示波器上观看重放波形差别很大。
知觉编码技术是建立在“心理声学”基础之上的。
“心理声学”研究的是人类感知声音的方式。
而MP3建立在知觉编码基础之上。
知觉编码的一个关键特性是：一些声音可以掩蔽另一些声音。
想象一下，在一个温暖的夏日，你正在收听长笛演奏会的实况广播。
突然，附近有一组工人开动了手提钻，并开始切割街道路面。
谁也听不见长笛的声音了，它的声音被手提钻的声音掩盖了。
从传输的角度看，现在只要对手提钻所在的频率进行编码就足够了，因为听众再也无法听到长笛声。
这种现象称作“频率掩蔽”——某个频率上响度较大的声音能掩盖另一个频率上响度较小的声音。
假如响度大的声音不存在的话，这个响度小的声音本来是可以听到的。
事实上，即使在手提钻停止工作后的一小段时间内，还是听不到长笛的。
因为手提钻开始工作的时候，人耳调低了其增益；而将人耳增益再次调高需要一段时间。
这个效应称作“暂时掩蔽”。
为了使这些效应更加量化，想象一下实验1.在安静的房间里，一个人将耳机连至计算机的声卡上，计算机产生一个小功率100Hz纯净正弦波，正弦波的功率在缓慢增加。
了解电脑中常见的音频文件压缩格式
了解电脑中常见的音频文件压缩格式在电脑中，音频文件压缩格式是指将音频文件进行压缩处理，以减小文件大小并提高传输和存储效率。
常见的音频文件压缩格式有MP3、WMA、AAC等。
本文将介绍这些常见的音频文件压缩格式，包括其特点、优缺点以及适用场景。
一、MP3压缩格式MP3（MPEG-1 Audio Layer 3）是一种流行的音频压缩格式，由MPEG组织（Moving Picture Experts Group）制定。
MP3格式以其较小的文件大小和较高的音质广泛应用于音乐存储和传输领域。
MP3的压缩算法采用了人耳听觉特性和音频信号分析技术，通过去除听觉上不敏感的音频信号部分，达到压缩音频文件大小的目的。
尽管MP3可以显著减小文件大小，但会损失一定的音质。
压缩比率和音质之间存在一定的权衡，用户可以根据自己的需求进行调整。
MP3格式具有广泛的兼容性，可以在各种音频播放器和设备上播放。
此外，大多数音频编辑软件都支持MP3格式的导入和导出，方便用户进行编辑和分享音频文件。
二、WMA压缩格式WMA（Windows Media Audio）是由微软开发的一种音频压缩格式，旨在提供比MP3更高的音质和更小的文件大小。
WMA的压缩算法采用了和MP3类似的原理，但对音频信号进行了更高级的编码和解码处理。
相比MP3，WMA格式在相同的比特率下可以提供更好的音质，尤其在低比特率下的表现更为突出。
然而，WMA格式的兼容性相对较差，可能不适用于所有音频播放器和设备。
在选择WMA格式时，建议确认目标设备是否支持该格式。
三、AAC压缩格式AAC（Advanced Audio Coding）是一种广泛应用于移动设备和互联网音频传输的高级音频编码格式。
AAC可提供更佳的音质和更小的文件大小，与MP3相比，能够在相同的比特率下实现更高的音质。
AAC的压缩算法在音质和压缩效率之间取得了良好的平衡。
与MP3和WMA相比，AAC格式通常具有更小的文件大小和更好的音质。
各种音频压缩格式
参数编码把音频信号表示成某种模型的输出， 利用特征提取的方法抽取必要的模型参数和激 励信号的信息，并对这些信息编码，最后在输 出端合成原始信号。
混合编码介于波形编码和参数编码之间，集中
了这两种方法的优点，可以在较低的误码率上
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WAV波形音频文件
➢ 是微软和IBM共同开发的PC标准声音格式， 文件后缀名.wav ，是一种通用的音频数据 文件
MP3的好处在于大幅降低数字声音文件的容 量，而不会破坏原来的音质。通过MP3格式 压缩后，文件便可压缩为原来的1/10～l/12。
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3 MP3音频文件压缩标准
表3.2.1 MPEG的压缩等级与压缩比率
MPEG编码等级
压缩比率
数字流码率
Layer 1
1:4
384 kbit/s
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MP3
MP3對音頻信號採用的是有損壓縮方式 為了降低聲音失真度，MP3採取了「感官
編碼技術」─利用人耳聽覺的特性，從聲音 中去除人耳聽不到的資訊。 人耳因為構造的關係，在接收聲音時均會 在頻率與時間上產生遮蔽效果(masking)。
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遮蔽效果(masking)
➢ 编辑修改灵活方便，可通过音序器自由的 改变MIDI文件的曲调、音色、速度等，甚 至可以改换不同的乐器
➢ MIDI声音仅适于重现打击乐或一些电子乐 器的声音（音源窄）
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MP3
MP3是MPEG 1 Layer III的簡稱 是由MPEG(Moving Pictures Expert Group)
WMA的另一个优点是内容提供商可以通过 DRM（DigitalcentersManagement）方案 如Windows Media centersManager7加入 防拷贝保护。
如何进行音频编码与压缩
如何进行音频编码与压缩音频编码与压缩是现代科技领域中的重要技术，它可以将音频信号转换为数字形式并压缩存储，从而实现音频的传输和处理。
在本文中，我将介绍如何进行音频编码与压缩的基本原理及常用方法。
第一章：音频编码基础音频编码是将连续的模拟音频信号转换为数字信号的过程。
其目的是减小信号的数据量和提高传输效率。
音频编码可以分为有损压缩和无损压缩两种方法。
1.1 有损压缩有损压缩是指在压缩过程中丢失一部分音频信号的信息，从而实现更高的压缩比例。
常用的有损音频编码方法包括MP3、AAC和OGG等。
1.2 无损压缩无损压缩是指在压缩过程中不丢失任何音频信号的信息，但压缩比例相对较低。
常见的无损音频编码方法有FLAC和ALAC等。
第二章：MP3音频编码与压缩MP3是目前最为广泛应用的音频编码与压缩格式。
它的优势在于压缩比例高且音质损失较小。
2.1 MP3编码原理MP3采用了以人耳听觉特性为基础的心理声学模型，并结合了离散余弦变换(DCT)、量化和哈夫曼编码等技术。
首先，通过DCT将时域信号转换为频域信号；然后，对频域信号进行量化，去除一些听觉上不敏感的信号成分；最后，再使用哈夫曼编码对量化后的频域信号进行进一步压缩。
2.2 MP3压缩方法MP3的压缩方法主要包括有损压缩和无损压缩两种。
有损压缩主要通过减少和丢弃不重要的信号成分来实现，而无损压缩则通过优化编码算法来达到较高的压缩比例。
第三章：AAC音频编码与压缩AAC是一种高级音频编码格式，具有更高的音质和更低的比特率，被广泛应用于音乐和视频领域。
3.1 AAC编码原理AAC采用了一种叫做MDCT（Modified Discrete Cosine Transform）的分析变换技术，能够更好地提取音频信号的频率特征。
在量化和编码过程中，AAC还引入了更加精细的量化表和自适应编码算法，以提升音频质量和压缩比。
3.2 AAC压缩方法AAC压缩方法主要包括有损压缩和无损压缩两种。
多媒体文件格式
多媒体文件格式多媒体文件格式是用于存储、传输和呈现各种类型多媒体内容的文件格式。
多媒体文件可以包括音频、视频、图像和文本等多种形式的数据。
本文将介绍一些常见的多媒体文件格式，以及它们的特点和用途。
一、音频文件格式1·MP3格式MP3是一种常用的音频压缩格式，它能够在保持较高音质的同时，将音频文件的大小大大减小。
MP3格式广泛应用于音乐播放和存储设备中。
2·WAV格式WAV是一种无损的音频文件格式，它能够保持较高的音质，但文件大小较大。
WAV格式通常用于专业音频处理和录制过程中。
3·FLAC格式FLAC是一种无损的音频文件格式，它能够保持原始音质，同时将文件大小大大减小。
FLAC格式适用于对音质要求高的应用场合，如音乐制作和无损音乐存储。
二、视频文件格式1·AVI格式AVI是一种常见的视频文件格式，它可以包含多种编码和压缩方式。
AVI格式适用于在计算机和各种播放设备上播放和编辑视频。
2·MP4格式MP4是一种常用的视频文件格式，它采用较高的压缩比，能够在保持较好画质的同时，减小文件大小。
MP4格式广泛应用于在线视频播放和移动设备上。
3·MKV格式MKV是一种开放、通用的多媒体容器格式，可以包含多种音频、视频和字幕等文件。
MKV格式适用于存储高清视频和特殊功能的需要。
三、图像文件格式1·JPEG格式JPEG是一种常用的图像文件格式，它采用有损压缩方法，能够在减小文件大小的同时，保持较好的图像质量。
JPEG格式广泛应用于数字照片和网络图片。
2·PNG格式PNG是一种无损压缩的图像文件格式，它能够保持图像的细节和透明效果。
PNG格式适用于需要保持图像质量和透明背景的应用场合。
3·GIF格式GIF是一种支持动画和透明效果的图像文件格式，它能够将多张图像合并成一个文件进行播放。
GIF格式适用于制作简单动画和图标等应用。
哪个压缩格式好
哪个压缩格式好第一章：压缩格式的种类现在，我们使用电脑来处理各种资料的工作已经非常普遍了。
在处理大量数据的时候，为了节省存储空间和方便传输，我们通常会使用压缩格式。
下面，我们来看一下常见的压缩格式种类。
1. ZIP：ZIP格式是最常用的压缩格式之一。
它由PKWARE公司于1989年发布，目前已经成为了业界的标准之一。
2. RAR：RAR格式是由俄罗斯软件公司WinRAR GmbH于1995年开发的。
RAR格式可以高效地压缩数据，并且具有很好的加密和拆分功能。
RAR格式通常用于压缩大文件，例如高清电影和音乐等。
3. 7Z：7Z格式是由俄罗斯程序员伊戈尔·帕夫洛夫于1999年发布的。
7Z格式可以使用不同的压缩算法来压缩文件，例如LZMA、LZMA2和BCJ2等。
4. TAR：TAR格式是Unix操作系统中的标准压缩格式之一。
TAR格式通常用于打包多个文件。
压缩后的文件扩展名通常为.tar。
5. GZIP：GZIP格式是Unix操作系统中的流行压缩格式。
它使用DEFLATE算法来压缩数据。
GZIP格式通常用于压缩网页和文本文件等。
第二章：压缩格式的评价标准现在，我们来看一下评价压缩格式好坏的标准。
以下是一些常见的评价标准：1. 压缩率：压缩率是指压缩前后文件的大小比率。
压缩率越高，说明压缩效果越好，存储空间也就被节省得更多。
2. 压缩速度：压缩速度是指压缩文件所需时间。
压缩速度越快，说明用户在压缩、解压缩文件时的等待时间被减少了。
3. 解压缩速度：解压缩速度是指解压缩文件所需时间。
解压缩速度越快，说明用户在访问压缩文件时的等待时间被减少了。
4. 功能和易用性：好的压缩格式应当具有完善的功能和良好的易用性。
可以轻松地将文件压缩和解压缩，并且支持压缩和解压缩加密文件。
第三章：不同压缩格式的比较下面，我们来对不同的压缩格式进行比较。
1. ZIP格式优点：(1) 即使在比较老的操作系统中也能轻松使用。
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2 音频压缩编码的基本方法
音频信号的压缩方法有多种。基本上分为两大 类：有损压缩和无损压缩。无损压缩法包括不引 入任何数据失真的各种墒编码；有损压缩又可分 为波形编码、模型编码和同时利用这两种技术的 混合编码方法。
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2 音频压缩编码的基本方法
有损压缩
波形编码利用采样和量化过程来表示音频信号
>15kH 立体声 z
16:1
14-12:1
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4 MP4音频文件压缩编码
MP4并不是MPEG-4或者MPEG-1 Layer 4， 它的出现是针对MP3的大众化、无版权的 一种保护格式，由美国网络技术公司开发， 美国唱片行业联合会倡导公布的一种新的 网络下载和音乐播放格式。MP4使用的是 MPEG-2 AAC技术也就是俗称的a2b或AAC。
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RA文件
RA是Real Audio的缩写，是RealNetwork公司 推出的一种流式压缩声音格式,和MP3相比，
也是为了解决网络传输带宽资源而设计的
– – –
96:1，因此在网络上比较流行 可以在速率为14.4Kb/s的Modem上网 的计算机中流畅的回放 但是为了确保在网络上的传输效率，在 压缩时声音质量损失较大
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MP3
MP3是MPEG 1 Layer III的簡稱 是由MPEG(Moving Pictures Expert Group) 所制定的影音壓縮─聲音部分。 MPEG聲音部分，根據壓縮質量和編碼複雜 程度劃分為三層，即Layer-1、Layer2、 Layer3，且分別對應MP1、MP2、MP3這 三種聲音文件。
MP3對音頻信號採用的是有損壓縮方式 為了降低聲音失真度，MP3採取了「感官 編碼技術」─利用人耳聽覺的特性，從聲音 中去除人耳聽不到的資訊。 人耳因為構造的關係，在接收聲音時均會 在頻率與時間上產生遮蔽效果(masking)。
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遮蔽效果(masking)
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WMA文件
相对于MP3的主要优点是在较低的采样频 率下音质要好些
缺点是算法相对复杂，且封闭
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特点
音质要强于MP3格式，更远胜于RA格式， 它是以减少数据流量但保持音质的方法来 达到比MP3压缩率更高的目的，WMA的压 缩率一般都可以达到1：18左右. WMA的另一个优点是内容提供商可以通过 DRM（DigitalcentersManagement）方案 如Windows Media centersManager7加入 防拷贝保护。
–
CD唱片包含的就是WAVE格式的波形数据， 只是扩展名没写成“.wav”而是“.cda”
–
注意：WAV文件也可以存放压缩音频， 但其本身的文件结构使之更加适合于存放 原始音频数据并用作进一步的处理
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WAV文件组成
1)
文件头：标明是WAVE文件、文件结 构和数据的总字节数
2)
WAV波形音频文件
是微软和IBM共同开发的PC标准声音格式， 文件后缀名.wav ，是一种通用的音频数据
文件
–
通常使用WAV格式用来保存一些没有压缩 的音频，也就是经过PCM编码后的音频， 因此也称为波形文件，依照声音的波形进
行存储，因此要占用较大的存储空间
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WAV波形音频文件
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MID文件特点
数据量小，占用存储空间极小，适合在网 络上传输 WAV文件记录声音数据，MID文件记录一 系列乐谱指令 编辑修改灵活方便，可通过音序器自由的 改变MIDI文件的曲调、音色、速度等，甚 至可以改换不同的乐器 MIDI声音仅适于重现打击乐或一些电子乐 器的声音（音源窄）
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取樣 (Sampling)
將聲波波形轉換成一連串的二進制數據來再現原 始聲音 使用類比/數位轉換器(analog-to-digital,A/D）
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取樣率(Sampling)
每一秒鐘所取樣的數目(times per second) 單位為HZ（赫茲）。 CD : 44,100 (44.1 kHz). DAT (Digital Audio Tape) : 32, 44.1 and 48 kHz. 其他常見之取樣率: 22.05 and 11.025 kHz.
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RA
就是RealAudio格式 完全針對網路的數位音樂格式 可以根據聽眾的頻寬來控制自己的位元率，在保 證流暢的前提下盡可能提高音質。 支援串流技術，即一邊讀一邊播放，可以很輕鬆 的實現線上廣播。 也支援使用特殊通訊協定來隱匿音樂文件的真實 網路地址，實現只線上播放而不提供下載的欣賞 方式。
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MID文件
MID是通过数字化乐器接口MIDI输入 的声音文件的扩展名，这种文件只是 像记乐谱一样地记录下演奏的符号， 所以体积是所有音频格式中最小的。
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MID文件结构
1) 2)
文件头：描述文件的类型和音轨数等 音轨： 记录MIDI数据，主要是命令 序列，9 28
MP3
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全名是MPEG Audio Layer-3，简单的说就 是一种声音文件的压缩格式。1987年德国 的研究机构IIS(Institute Integrierte Schaltungen)开始着手一项声音编码及数字 音频广播的计划，名称叫做EUREKA EUl47，即MP3的前身。之后，这项计划由 IIS与Erlangen大学共同合作，开发出一套 非常强大的算法，经由150国际标准组织认 证之后，符合ISO-MPEG Audio Layer-3标 准，就成为现在的MP3。
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聲音的單位
一般以分貝（dB）來表示，就是指聲波施 加在我們耳膜上的壓力。
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削波 (Clipping)
是一種形式的波形失真。 當源訊號的波形振幅，超過程式所考慮的 取樣峰值時，超過的部分會被削除
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位元率(Bit-rates) v.s. 檔案大小
率的情況下，SBR將如同虛設.
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MP3PRO
mp3PRO將音頻的分成兩個部分
mp3部分
分析低頻段（Low Frequency Band），並將其編碼成 通常的mp3格式。 PRO部分 分析的則是高頻段（High Frequency Band）信息，並 將其編碼成mp3數據流的一部分，而這些通常在老的 mp3解碼器裡是被忽略的。 新的mp3PRO解碼器會有效地利用這部分數據流，將 兩段（高頻段和低頻段）合併起來產生完全的音頻帶， 達到增強音質的效果。）
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取樣率(Sampling)
取樣頻率越高所能描述的聲波頻率就越高
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量化精度(Resolution)
每個取樣均會分配一 定的位元數(bit)來表達 聲波的聲波振幅狀態
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量化誤差(Quantization Error)
指當所採用的量化精度過低，造成無法正 確地還原出原始音頻信號。
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MP3
MPEG音頻編碼的層次越高，編碼器越複雜， 壓縮率也越高
MP1壓縮率分別為4：1， MP2的壓縮率分別為6：1-8：1， MP3的壓縮率則高達10：1-12：1，
一分鐘CD音質的音樂
未經壓縮需要10MB MP3壓縮編碼後只需1MB左右。
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MP3
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MP3文件
– –
高压缩比10:1;12:1 保持良好的音质：利用人耳的特性，削 减音乐中人耳听不到的成分，同时尝试 尽可能的维持原来的声音，几乎达到了 CD音质标准 MP3也是一种流式音乐文件格式
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3 MP3音频文件压缩标准
ISO/MPEG音频压缩标准里包括了三个使用高 性能音频数据压缩方法的感知编码方案 (perceptual coding schemes) 。按照压缩质 量(每Bit的声音效果)和编码方案的复杂程度分 别是Layer 1、Layer 2、Layer 3。 所有这三 层的编码采用的基本结构是相同的。它们在 采用传统的频谱分析和编码技术的基础上还 应用了子带分析和心理声学模型理论。 MP3的好处在于大幅降低数字声音文件的容 量，而不会破坏原来的音质。通过MP3格式 压缩后，文件便可压缩为原来的1/10～l/12。
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無損壓縮 v.s. 有損壓縮
有損壓縮(Lossy Compression ) 無損壓縮(Lossless Compression )
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主流音频文件格式
1) 2) 3) 4) 5)
WAV波形音频文件（非压缩） MP3文件（有损压缩） WMA文件（有损压缩） RA文件（有损压缩） MID文件（描述文件）
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3 MP3音频文件压缩标准
表3.2.1 MPEG的压缩等级与压缩比率
MPEG编码等级 Layer 1 Layer 2 Layer 3