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Linux下音頻設備編程8.1音頻信號基礎音頻信號是一種連續變化的模擬信號，但電腦只能處理和記錄二進位的數字信號，而由自然音源得到的音頻信號必須經過一定的變換，成為數字音頻信號之後，才能送到電腦中做進一步的處理。數字音頻信號模擬音頻信號數位化的典型方法是對時間座標按相等的時間間隔做採樣，對振幅做量化，單位時間內的採樣次數稱為採樣頻率。這樣，一段聲波被數位化後就可以變成一串數值，每個數值對應相應抽樣點的振幅值，按順序將這些數字排列起來就是數字音頻信號了。這就是模擬-數字轉化（ADC）過程。數字-模擬轉化（DAC）過程則相反，將連續的數字按採樣時的頻率和順序轉換成對應的電壓。通俗一點講，音頻ADC/DAC就是錄音/放音。放音是數字音頻信號轉換成模擬音頻信號，以驅動耳機、功放等模擬設備，而錄音則是要將麥克風等產生的模擬音頻信號轉換成數字音頻信號，並最終轉換成電腦可以處理的通用音頻檔格式。採樣就是每隔一定時間讀一次聲音信號的幅度，而量化則是將採樣得到的聲音信號幅度轉換為數字值。從本質上講，採樣是時間上的數位化，而量化則是幅度上的數位化。採樣頻率的選擇應該遵循奈奎斯特（Nyquist）採樣理論：採樣頻率高於輸入信號最高頻率的兩倍，就能從採樣信號序列重構原始信號。為了保證聲音不失真，採樣頻率應該在40kHz左右。常用的音頻採樣頻率有8kHz、11.025kHz、22.05kHz、16kHz、37.8kHz、44.1kHz、48kHz等，如果採用更高的採樣頻率，還可以達到DVD的音質。量化是對模擬音頻信號的幅度進行數位化，量化位數決定了模擬信號數位化以後的動態範圍，常用的有8位、12位和16位。量化位越高，信號的動態範圍越大，數位化後的音頻信號就越接近原始信號，但所需要的存儲空間也越大。聲道數是反映音頻數位化品質的另一個重要因素，它有單聲道、雙聲道和多聲道之分。雙聲道又稱為身歷聲，在硬體中有兩條線路，音質和音色都要優於單聲道，但數位化後佔據的存儲空間的大小要比單聲道多一倍。多聲道能提供更好的聽覺感受，不過佔用的存儲空間也更大。音頻檔格式1．MP3MP3的全稱應為MPEG1Layer-3音頻檔。MPEG（MovingPictureExpertsGroup）在漢語中譯為活動圖像專家組，特指活動影音壓縮標準，MPEG音頻檔是MPEG1標準中的聲音部分，也叫MPEG音頻層，它根據壓縮品質和編碼複雜程度劃分為三層，即Layer-1、Layer-2、Layer-3，且分別對應MP1、MP2、MP3這三種聲音檔，並根據不同的用途，使用不同層次的編碼。MPEG音頻編碼的層次越高，編碼器越複雜，壓縮率也越高，MP1和MP2的壓縮率分別為4:1和6:1~8:1，而MP3的壓縮率則高達10:1~12:1，也就是說，一分鐘CD音質的音樂，未經壓縮需要10MB的存儲空間，而經過MP3壓縮編碼後只有1MB左右。不過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”，即編碼時先對音頻檔進行頻譜分析，然後用篩檢程式濾掉噪音電平，接著通過量化的方式將剩下的每一位打散排列，最後形成具有較高壓縮比的MP3檔，並使壓縮後的檔在回放時能夠達到比較接近原音源的聲音效果。2．WMAWMA就是WindowsMediaAudio編碼後的檔格式，由微軟開發。WMA針對的不是單機市場，而是網路。它的競爭對手就是網路媒體市場中著名的RealNetworks。微軟聲稱，在只有在64kbps的碼率情況下，WMA可以達到接近CD的音質。與以往的編碼不同，WMA支持防複製功能，它支持通過WindowsMediaRightsManager加入保護，可以限制播放時間和播放次數甚至於播放的機器等。由於WMA支持流技術，即一邊讀一邊播放，因此WMA可以很輕鬆的實現線上廣播。WMA有著優秀的技術特徵，在微軟的大力推廣下，這種格式被越來越多的人所接受。3．WAV這是一種古老的音頻檔格式，由微軟開發。WAV檔格式符合RIFF（ResourceInterchangeFileFormat，資源互換檔格式）規範。所有的WAV都有一個檔頭，這個檔頭保存了音頻流的編碼參數。WAV對音頻流的編碼沒有硬性規定，除了PCM之外，還有幾乎所有支持ACM規範的編碼都可以為WAV的音頻流進行編碼。在Windows平臺下，基於PCM編碼的WAV是被支持得最好的音頻格式，所有音頻軟體都能完美支持。由於本身可以達到較高的音質的要求，WAV也是音樂編輯創作的首選格式，適合保存音樂素材。因此，基於PCM編碼的WAV被作為一種仲介的格式，常常使用在其他編碼的相互轉換之中，例如，MP3轉換成WMA。4．OggVorbisOGG是一個龐