数字音频Mixer算法

本文探讨了数字音频混音时可能出现的溢出问题,并提出了拓宽存储容器和使用公式Z=A+B-AB来防止溢出。Android的Mixer在处理16位立体声音频时,通过将数据转换为32位并使用clamping技术来避免溢出,但这种做法可能会导致音质损失。

摘要生成于 C知道 ,由 DeepSeek-R1 满血版支持, 前往体验 >

1.1      问题提出

Mix的意思是混音,无论在自然界,还是在音频处理领域这都是非常普遍的现象。自然界里你能同时听到鸟鸣和水声,这是因为鸟鸣和水声的波形在空气中形成了叠加,耳朵听到后能区分鸟鸣和水声这两种波形。

在数字音频领域也是一样,比如你也可以一边打CS一边听歌,这是因为计算机把两个声音波形做了叠加。但是不同的是,计算机中的叠加,很容易造成越界。

比如

int plus1(int num0, int num1){

return num0+num1;

}

如果赋值int num0=0x70000000和int num1=0x70000000,运行后的result是0xE0000000,变换为十进制为-536870912。两个正数相加得到了负数,结果自然是错的。

我们知道,一个char的补码所能表示的数值范围是[-128, 127],写成16进制是[0x80,0x7F]。而一个int的补码的范围是[0x80000000,0x7FFFFFFF]。超出这个范围就是溢出。

如何防止溢出呢?最简单的做法是拓宽存储数据的容器,比如:

long long plus1(int num0, int num1){

return (long long)num0+(long long)num1;

}

赋值int num0=0x70000000和int num1=0x70000000,运行后的result是0xE0000000,变换为十进制为3758096384。这次没有溢出。

1.2         公式

怎么能做到不溢出呢?考虑这个公式

Z=A+B−AB,

如果A和B都在[0,1]范围内,那么:

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