音频采样率/比特率

简单来讲,采样率和比特率就像是坐标轴上的横纵坐标。

横坐标的采样率表示了每秒钟的采样次数。
纵坐标的比特率表示了用数字量来量化模拟量的时候的精度。
采样率类似于动态影像的帧数,比如电影的采样率是24赫兹,PAL制式的采样率是25赫兹,NTSC制式的采样率是30赫兹。当我们把采样到的一个个静止画面再以采样率同样的速度回放时,看到的就是连续的画面。同样的道理,把以44.1kHZ采样率记录的CD以同样的速率播放时,就能听到连续的声音。显然,这个采样率越高,听到的声音和看到的图像就越连贯。当然,人的听觉和视觉器官能分辨的采样率是有限的,基本上高于44.1kHZ采样的声音,绝大部分人已经觉察不到其中的分别了。
而声音的位数就相当于画面的颜色数,表示每个取样的数据量,当然数据量越大,回放的声音越准确,不至于把开水壶的叫声和火车的鸣笛混淆。同样的道理,对于画面来说就是更清晰和准确,不至于把血和西红柿酱混淆。不过受人的器官的机能限制,16位的声音和24位的画面基本已经是普通人类的极限了,更高位数就只能靠仪器才能分辨出来了。比如电话就是3kHZ取样的7位声音,而CD是44.1kHZ取样的16位声音,所以CD就比电话更清楚。
当你理解了以上这两个概念,比特率就很容易理解了。以电话为例,每秒3000次取样,每个取样是7比特,那么电话的比特率是21000。而CD是每秒44100次取样,两个声道,每个取样是13位PCM编码,所以CD的比特率是44100*2*13=1146600,也就是说CD每秒的数据量大约是1446KB,

比特率这个词有多种翻译,比如码率等,表示经过编码(压缩)后的音频数据每秒钟需要用多少个比特来表示,而比特就是二进制里面最少的单位,要么是0,要么是1。比特率与音频压缩的关系简单的说就是比特率越高音质就越好,但编码后的文件就越大;如果比特率越少则情况刚好翻转。


VBR(Variable Bitrate)动态比特率 也就是没有固定的比特率,压缩软件在压缩时根据音频数据即时确定使用什么比特率,这是以质量为前提兼顾文件大小的方式,推荐编码模式;
ABR(Average Bitrate)平均比特率 是VBR的一种插值参数。LAME针对CBR不佳的文件体积比和VBR生成文件大小不定的特点独创了这种编码模式。ABR在指定的文件大小内,以每50帧(30帧约1秒)为一段,低频和不敏感频率使用相对低的流量,高频和大动态表现时使用高流量,可以做为VBR和CBR的一种折衷选择。
CBR(Constant Bitrate),常数比特率 指文件从头到尾都是一种位速率。相对于VBR和ABR来讲,它压缩出来的文件体积很大,而且音质相对于VBR和ABR不会有明显的提高

音频采样率比特率是两个密切相关的概念,它们共同决定了音频数据的质量大小。 ### 采样率 采样率是指每秒从连续信号中提取并组成离散信号的采个数,单位为赫兹(Hz)。例如,CD音频的标准采样率为44.1kHz,这意味着每秒采集44,100个本。采样率越高,音频信号的还原度越高,声音越连贯[^3]。然而,人的听觉系统对高于44.1kHz的采样率感知有限,因此更高的采样率并不一定带来显著的音质提升[^2]。 ### 比特率 比特率是指每秒传送的比特(bit)数,单位为bps(Bit Per Second)。它是衡量音频或视频数据传输速度的重要指标。比特率越高,传送的数据量越大,音质越好。比特率可以通过以下公式计算: $$ \text{比特率} = \text{采样率} \times \text{采位数} \times \text{声道数} $$ 以一个典型的CD音频为例,其采样率为44.1kHz,采位数为16bit,声道数为2(立体声),则其比特率为: $$ 44100 \times 16 \times 2 = 1411200 \, \text{bps} = 1378 \, \text{kbps} $$ 将bit转换为Byte(1 Byte = 8 bit),可以得到每秒钟的数据量为: $$ 1411200 / 8 = 176400 \, \text{B} $$ ### 两者的关系 采样率是影响比特率一个因素。在比特率的计算中,采样率与采位数、声道数共同作用,决定了最终的比特率。如果提高采样率,在其他参数不变的情况下,比特率也会相应增加,从而导致更高的音质更大的文件体积。反之,降低采样率会减比特率,可能导致音质下降。 此外,不同应用场景下对比特率的要求也有所不同。例如,电话音质通常使用16kbps的比特率,而CD级音质则需要192kbps甚至更高。对于MP3编码,常见的比特率设置包括64kbps(适用于手机铃声)、128kbps(适用于普通MP3播放器)以及192kbps以上(适用于高保真音频)[^4]。 ### 示例代码 以下是一个简单的Python示例,用于计算给定采样率、采位数声道数时的比特率每秒数据量: ```python def calculate_bitrate(sample_rate, sample_bits, channels): bitrate_bps = sample_rate * sample_bits * channels bitrate_kbps = bitrate_bps / 1000 data_size_per_second_bytes = bitrate_bps / 8 return bitrate_bps, bitrate_kbps, data_size_per_second_bytes # 示例:CD音频参数 sample_rate = 44100 # Hz sample_bits = 16 # bit channels = 2 # 立体声 bitrate_bps, bitrate_kbps, data_size = calculate_bitrate(sample_rate, sample_bits, channels) print(f"比特率: {bitrate_bps} bps ({bitrate_kbps:.2f} kbps)") print(f"每秒数据量: {data_size:.2f} 字节") ``` 运行结果: ``` 比特率: 1411200 bps (1411.20 kbps) 每秒数据量: 176400.00 字节 ``` ###
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