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  • 音频帧大小计算

    千次阅读 2018-09-30 10:23:09
    格式(编码字节数、采样位所占的字节数) format = s16(格式)=16(bit) 声道数 channels = 2 次采样(一秒中所占的位数)TotalBit = sampling * channels * format = 1411200 次采样(一秒中所占的字节数...

    采样率   sampling = 44100 

    格式(编码字节数、采样一位所占的字节数) format = s16(格式)=16(bit)

    声道数 channels = 2

    一次采样(一秒中所占的位数)TotalBit = sampling * channels * format = 1411200

    一次采样(一秒中所占的字节数)TotalByte = TotalBit/8 = 176400


    1) AAC:
    nb_samples和frame_size = 1024

    一帧数据量:1024*2*s16/8 = 4096个字节。

    ACC帧率 (一秒播放帧数)= TotalByte/4096 = 43.06640625帧


    2) MP3:
    nb_samples和frame_size = 1152

    一帧数据量:1152*2*s16/8 = 4608个字节。

    MP3帧率 (一秒播放帧数)= TotalByte/4608 = 38.28125帧


    上面带了一些数据

    转自:https://blog.csdn.net/u013187531/article/details/73292173?utm_source=copy

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  • PCM音频帧大小计算

    万次阅读 2017-11-14 13:54:42
    刚看到音频帧概念的时候有点懵,看了圈资料后发现这个概念很简单也很常用,记录二以便回查。 声道:同时采集音频的通道数,通常使用单声道或双声道,也有5.1声道,7.1声道。 采样率:1秒钟...

    刚看到音频帧概念的时候有点懵,看了一圈资料后发现这个概念很简单也很常用,记录一二以便回查。



    声道:同时采集音频的通道数,通常使用单声道或双声道,也有5.1声道,7.1声道。

    采样率:1秒钟采样的个数,常用的有16kHZ,32kHZ,44.1kHZ ,48kHZ等。

    帧:持续采样时间,可以设置的范围较大,可以使用20ms,也可以使用200ms,一般来说时间越短时延越小。


    每帧PCM数据大小:PCM Buffersize=采样率*采样时间*采样位深/8*通道数(Bytes)

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  • 音频通道数、采样率、采样个数(样本数)、采样位数的概念 1 通道数: 个人理解,就是同时有个几个设备在进行音频的采样,这样对上面的公式更好理解,最少为1,一般通道数越多,音质越好。 2 采样频率: 也称为采样...

    对于下面data和linesize的解释(参考下面3.4中的av_samples_alloc_array_and_samples函数说明):

    • 1)data是通道的意思,例如双通道,data[0[代表左声道,data[1]代表右声道。
    • 2)linesize为采样个数的最大大小字节空间。
      1. 例如aac,64位,双通道,则对于交错模式最大为:linesize = 2 x 1024 x 8 = 16384。此时也是一个音频帧的大小。
      2. 对于平面模式最大为:linesize = 1024 x 8 = 8192,平面模式时会有多个平面通道,例data[0],data[1],注意,断点看时参不一定是最大大小字节空间数,此时linesize不代表什么,他只是代表单个通道的所有样本数所占的字节数。

    一 音频通道数、采样率、采样个数(样本数)、采样位数的概念

    1 通道数: 个人理解,就是同时有个几个设备在进行音频的采样,这样对上面的公式更好理解,最少为1,一般通道数越多,音质越好。

    2 采样频率: 也称为采样速度,定义了每秒从连续信号中提取并组成离散信号的采样个数,它用赫兹(Hz)来表示。

    3 采样位数(采样格式): 既然采样频率表示每秒采样的个数,那么如何描述每个采样点呢?用什么方法独立每个采样点值的区别呢?也就是如何度量每个采样点,而这正是采样格式出现的意义。通常使用16bit(2字节),也就是2的16次方,共有65536个不同的度量值,这样采样位数越高,音频度量化的就越精细,音质同样也就越高。

    简括采样位数就是,例如我1s采样了10个采样点,那么我需要区分这10个采样点,就需要给它一个范围值区分,一般以2字节16位的来保存这个值,所以既然每个采样点占2字节,那么
    所有采样点的总字节=采样个数 x 其所占字节数。即10 x 2 = 20。若为双通道采样,那么就是2 x 10 x 2 = 40。

    4 采样个数(样本数):
    采样个数就是采样的个数。
    对于采样频率,采样频率是一秒采样的个数,例如48000HZ,每秒采样个数为48000,44100HZ,每秒采样个数为44100。

    而对于一帧音频的采样个数,AAC固定一帧采样1024个,MP3格式则为1152。
    至于为何固定,下面会进行解释。

    二 计算一帧音频的大小、每秒播放的音频字节大小、一帧音频的播放时长

    1 一帧音频的大小(字节) = 通道数 x 采样个数 x 采样位数。例如该音频帧是FLTP格式的PCM数据,那么就是aac,所以一帧中包含1024个采样个数,并且是双声道的话,那么该音频帧包含的数据量是 2 x 1024 x 4 = 8192字节。
    若格式改成AV_SAMPLE_FMT,那那么采样位数是64位8字节,数据量为 2 x 1024 x 8 = 16384字节。

    2 每秒播放的音频字节大小(字节) = 通道数 x 采样个数 x 采样位数。公式是一样的,但是由于求的是每秒的数据量而不是一帧的数据量,所以我们需要知道它的采样频率。 例如当采样频率为48kHZ时,一秒包含48k个采样个数而不是1024个,同样是双声道,FLTP格式,那么每秒的数据量是 2 x 48000 x 4 = 384000字节。

    3 一帧音频的播放时长
    以采样率44100HZ来计算,每秒44100个sample,而正常一帧为1024个sample,由于比是相等的,可知每帧播放时间/1024 = 1000ms/44100,得到每帧播放时间=1024*1000/44100 = 23.2ms(更精确的是23.21995464852608)。

    或者用另一种方式去理解公式,1s显示的帧数 = 44100 / 1024 = 43.06640625帧。所以每一帧的播放时长 = 1s / 43.06640625 = 1000ms / 43.06640625 = 23.21995464852607ms。和上面的公式一样(浮点数尾部运算存在极小误差是正常)。所以转换一下公式:
    一帧播放时间(毫秒) = 1000ms / (44100 / 1024) = 1000ms * 1024 / 44100 = 23.2ms(更精确的是23.21995464852607)。

    所以最终都是转化成下面的公式:
    一帧播放时间(毫秒) = nb_sample样本数 * 1000 / 采样率 。

    播放时长的精度是否可以舍弃呢?
    答:不能。

    例如当采样频率为44.1kHZ:

    • 1)一帧播放时间(毫秒) = nb_sample样本数 * 1000 / 采样率 = 1024 * 1000 / 44100 = 23.21995464852608ms -> 约等于23.2ms,精确损失了0.011995464852608ms,如果累计10万帧,误差 > 1199毫秒,如果有视频一起的就会出现音视频同步的问题,如果按着23.2msm去计算pts(0 23.2 46.4 …)就会有累积误差。
      这里播放10万个音频帧大概需要的时长:((23.21995464852608ms x 100000) / 1000)s / 60 = 38.699924min。乘以10万得到ms,除以1000单位变成秒,除以60单位变成分钟。

    采样频率为48kHZ时的一帧播放时长:

    • 2)1024 * 1000 / 48000 = 21.33333333333ms。同理,精度不能舍弃。

    以上是AAC格式的播放时长。

    下面是MP3的一音频帧的播放时长:

    • 1)44.1kHZ,一帧播放时间(毫秒) = nb_sample样本数 * 1000 / 采样率 = 1152 * 1000 / 44100 = 26.1224489795918367ms -> 约等于26.2ms。
    • 2)48kHZ,一帧播放时间(毫秒) = nb_sample样本数 * 1000 / 采样率 = 1152 * 1000 / 48000 = 24ms,刚好能整除。

    解释为何AAC和MP3为何一帧固定采样个数。
    从我自己的理解来看,固定AAC为1024,MP3为1152肯定是有道理的,从一帧音频帧的播放时长中就可以看出,范围在21ms,24ms,26ms范围左右,而视频一帧的时长一般是40ms,人体对图片变化的感知也在20-60ms内感知良好,所以个人认为采样数固定,是在考虑人眼,与音视频同步的方便程度,音频压缩的质量等方面因素后,最终确定下来的采样数。

    三 音频重采样

    3.1 什么是重采样
    将音频三元组(采样率,采样大小和通道数)其中任意一个值发生改变就称为重采样, 例如48000/32/2 转成 44100/16/2。

    3.2 为什么要重采样

    • 1)从设备采集的音频数据与编码器要求的数据不一致。
    • 2)扬声器要求的音频数据与要播放的音频数据不一致。
    • 3)更方便运算(回音消除须使用单声道,需要先转换)。

    3.3 重采样的步骤

    • 1)创建重采样上下文。
    • 2)设置参数。
    • 3)初始化重采样。
    • 4)进行重采样。

    3.4 几个重要的API

    • swr_alloc_set_opts(创建上下文,设置参数)。
    • swr_init(初始化)。
    • av_samples_alloc_array_and_samples(给输入源分配内存空间,其中参1为输入源,参2为采样个数的最大大小字节空间(src_linesize),例如aac,64位,双通道,则对于交错模式最大为:src_linesize = 2x1024x8 = 16384,对于平面模式最大为:src_linesize = 1024x8 = 8192,平面模式时会有多个平面通道,例data[0],data[1],注意,断点看时参不一定是最大大小字节空间数,这就是对于参2行大小的解释。参345就是参2对应的变量,参6是内存对齐,赋0即可)。
    • swr_convert(具体音频帧转换)。
    • swr_free(释放上下文占用资源)。
      在这里插入图片描述

    3.5 重采样时,输出的样本数怎么求
    进行重采样时,输入和输出时间是需要相等的。所以我们可以根据上面的公式去求出输出的样本数即采样点。
    在这里插入图片描述

    根据上面一帧音频的播放时长公式有,输入输出都去掉1000,有下面的公式:
    在这里插入图片描述
    可以看到,

    • 1)当高采样频率转低采样频率,在输入的参数一定即输入的样本数和输入采样频率一定时,输出的样本数随着低采样率而变低。
    • 2)当低采样频率转高采样频率,在输入的参数一定即输入的样本数和输入采样频率一定时,输出的样本数随着高采样频率而变高。
      即:
      在这里插入图片描述
    • 3)并且注意,计算输出的样本数后,如果是一个浮点数,将对其采用向上取整。
      即若计算出来的out_count=940.8,那么向上取整后为941。
      在这里插入图片描述
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  • LPCM,即线性脉冲编码调制,是种非压缩音频数字化技术,是种未压缩的原音重现,在普通CD、DVD及其他各种要求最高音频质量的场合中已经得到广泛的应用。 各种应用场合中的LPCM(PCM)原理是一样的,区别在于采样...

    LPCM

        LPCM: linear pulse code modulation
        LPCM,即线性脉冲编码调制,是一种非压缩音频数字化技术,是一种未压缩的原音重现,在普通CD、DVD及其他各种要求最高音频质量的场合中已经得到广泛的应用。
        各种应用场合中的LPCM(PCM)原理是一样的,区别在于采样频率和量化精度不同。
        
        声音之所以能够数字化,是因为人耳所能听到的声音频率不是无限宽的,主要在20kHz以下。按照抽样定理,只有抽样频率大于40kHz,才能无失真地重建原始声音。如CD采用44.1kHz的抽样频率,其他则主要采用48kHz或96kHz。
        
        PCM(脉冲编码调制)是一种将模拟语音信号变换为数字信号的编码方式。主要经过3个过程:抽样、量化和编码。抽样过程将连续时间模拟信号变为离散时间、连续幅度的抽样信号,量化过程将抽样信号变为离散时间、离散幅度的数字信号,编码过程将量化后的信号编码成为一个二进制码组输出。
        量化分为线性量化和非线性量化。线性量化在整个量化范围内,量化间隔均相等。非线性量化采用不等的量化间隔。量化间隔数由编码的二进制位数决定。例如,CD采用16bit线性量化,则量化间隔数L=65536。位数(n)越多,精度越高,信噪比SNR=6.02n+1.76(dB)也越高。但编码的二进制位数不是无限制的,需要根据所需的数据率确定。比如:CD可以达到的数据率为2×44.1×16=1411.2Kbit/s。
        简单的理解,LPCM就是把原始模拟声音波形经过采样和线性量化后得到的数字信号,这些数据信号还没被压缩。

    ADPCM

    ADPCM :Adaptive Differential Pulse Code Modulation
        说到ADPCM, 就得先说下DPCM。
        Differential(差异)或Delta PCM(DPCM)纪录的是目前的值与前一个值的差异值。DPCM对信号的差值进行量化,可以进一步减少量化比特数。与相等的PCM比较,这种编码只需要25%的比特数。这与一些视频的压缩理念类似,用该帧与前一帧的差异来进行记录该帧以达到压缩的目的。
        ADPCM (ADPCM Adaptive Differential Pulse Code Modulation), 是一种针对16bit (或者更高) 声音波形数据的一种有损压缩算法, 它将声音流中每次采样的 16bit 数据以 4bit 存储, 所以压缩比1:4. 而压缩/解压缩算法非常的简单, 所以是一种低空间消耗,高质量声音获得的好途径。
        该算法利用了语音信号样点间的相关性,并针对语音信号的非平稳特点,使用了自适应预测和自适应量化,即量化器和预测器的参数能随输入信号的统计特性自适应于或接近于最佳的参数状态,在32kbps◎8khz速率上能够给出网络等级话音质量。

    特性:ADPCM综合了APCM的自适应特性和DPCM系统的差分特性,是一种性能比较好的波形编码。它的核心想法是:

    1. ①利用自适应的思想改变量化阶的大小,即使用小的量化阶(step-size)去编码小的差值,使用大的量化阶去编码大的差值;
    2. ②使用过去的样本值估算下一个输入样本的预测值,使实际样本值和预测值之间的差值总是最小。
    • 优点:算法复杂度低,压缩比小,编解码延时最短(相对其它技术)
    • 缺点:声音质量一般

        简单理解,ADPCM就是对LPCM数据进行有损压缩,压缩过程中量化参数遇小则小,遇大则大,根据差值来自己调整大小;另外它可以对之前的数据统计后来预测后来的数据差值,尽量使差值比较小。

    G711

        G711是国际电信联盟ITU-T定制出来的一套语音压缩标准,它代表了对数PCM(logarithmic pulse-code modulation)抽样标准,主要用于电话。它主要用脉冲编码调制对音频采样,采样率为8k每秒。它利用一个 64Kbps 未压缩通道传输语音讯号。 起压缩率为1:2, 即把16位数据压缩成8位。G.711是主流的波形声音编解码器。 
        G.711 标准下主要有两种压缩算法。一种是u-law algorithm (又称often u-law, ulaw, mu-law),主要运用于北美和日本;另一种是A-law algorithm,主要运用于欧洲和世界其他地区。其中,后者是特别设计用来方便计算机处理的  
        G711的内容是将14bit(uLaw)或者13bit(aLaw)采样的PCM数据编码成8bit的数据流,播放的时候在将此8bit的数据还原成14bit或者13bit进行播放,不同于MPEG这种对于整体或者一段数据进行考虑再进行编解码的做法,G711是波形编解码算法,就是一个sample对应一个编码,所以压缩比固定为:
    8/14 = 57% (uLaw)
    8/13 = 62% (aLaw)
    简单理解,G.711就是语音模拟信号的一种非线性量化, bitrate 是64kbps。

    G726

        G.726是ITU-T定义的音频编码算法。1990年 CCITT(ITU前身)在G.721和G.723标准的基础上提出。G.726可将64kbps的PCM信号转换为40kbps、32kbps、24kbps、16kbps的ADPCM信号。
        最为常用的方式是 32 kbit/s,但由于其只是 G.711速率的一半,所以就将网络的可利用空间增加了一倍。G.726具 体规定了一个 64 kbpsA-law 或 μ-law PCM 信号是如何被转化为40, 32, 24或16 kbps 的 ADPCM 通道的。在这些通道中,24和16 kbps 的通道被用于数字电路倍增设备(DCME)中的语音传输,而40 kbps 通道则被用于 DCME 中的数据解调信号(尤其是4800 kbps 或更高的调制解调器)。
        实际上,G.726 encoder 输入一般都是G.711 encoder的输出:64kbit/s 的A-law或µ-law;G.726算法本质就是一个ADPCM, 自适应量化算法,把64kbit/s 压缩到32kbit/s 。

    AAC

        AAC,全称Advanced Audio Coding,中文名:高级音频编码,是一种专为声音数据设计的文件压缩格式。与MP3不同,它采用了全新的算法进行编码,更加高效,具有更高的“性价比”。利用AAC格式,可使人感觉声音质量没有明显降低的前提下,更加小巧。苹果ipod、诺基亚手机支持AAC格式的音频文件。

    • 优点:相对于mp3,AAC格式的音质更佳,文件更小。
    • 不足:AAC属于有损压缩的格式,与时下流行的APE、FLAC等无损格式相比音质存在“本质上”的差距。加之,传输速度更快的USB3.0和16G以上大容量MP3正在加速普及,也使得AAC头上“小巧”的光环不复存在。

       AAC是新一代的音频有损压缩技术,它通过一些附加的编码技术(比如PS,SBR等),衍生出了LC-AAC,HE-AAC,HE-AACv2三种主要的编码,LC-AAC就是比较传统的AAC,相对而言,主要用于中高码率(>=80Kbps),HE-AAC(相当于AAC+SBR)主要用于中低码(<=80Kbps),而新近推出的HE-AACv2(相当于AAC+SBR+PS)主要用于低码率(<=48Kbps),事实上大部分编码器设成<=48Kbps自动启用PS技术,而>48Kbps就不加PS,就相当于普通的HE-AAC
     

    格式对比:

     

    如上表,那么音频的帧长又是个什么概念呢?
        其实,音频的帧的概念没有视频帧那么清晰,几乎所有视频编码格式都可以简单的认为一帧就是编码后的一副图像。但音频帧跟编码格式相关,它是各个编码标准自己实现的。因为如果以PCM(未经编码的音频数据)来说,它根本就不需要帧的概念,根据采样率和采样精度就可以播放了。比如采样率为44.1kHZ,采样精度为16位的音频,你可以算出bitrate(比特率)是4410016kbps,每秒的音频数据是固定的4410016/8 字节。
        对采样率为44.1kHz的AAC(Advanced Audio Coding)音频进行解码时,一帧的解码时间须控制在23.22毫秒内。通常是按1024个采样点一帧。
        以上表G.711的帧长为480为例,那么一帧的时间长度即为480/8khz=0.06s=60ms。

     

    假设音频采样率 = 8000,采样通道 = 2,位深度 = 16,采样间隔 = 20ms

    首先我们计算一秒钟总的数据量,采样间隔采用20ms的话,说明每秒钟需采集50次,这个计算大家应该都懂,那么总的数据量计算为

    一秒钟总的数据量 =8000 * 2*16/8 = 32000

    所以每帧音频数据大小 = 32000/50 = 640

    每个通道样本数 = 640/2 = 320

     

     

    以上内容转自:

        《音频帧大小计算》

        《音频采样及编解码——LPCM 、ADPCM、G711、G726、AAC》

    可参考博客:

        《G711编码原理及代码》

        《G.726音频编解码原理介绍》

     

     

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  • 视频马赛克还原工具

    2013-06-04 18:28:54
    7、再下面的帧大小就是分辨率的设置,不同的文件需求,要设置不同大小。注意要设定合适的比例,否则画面会变形的,如果你不知道比率,可以使用高级模式(主界面的右边部分,左边下面的简单模式与高级模式转换按钮)...
  • ACDSee官方免费版是款简单易用、集合了各种省时省力工具的图像...自定义音频和视频参数,例如帧大小、位率、编解码器等等。借助对 Intel Quick Sync 和 Nvidia 的编码引擎支持,享受硬件加速。 ACDSee官方免费版截图
  • 音频流作为单独的音频文件保存为AAC格式,以便您可以轻松地编辑输出,而无需屠杀视频。 3、将网络摄像头视频添加到游戏画面 看自己玩游戏是娱乐的部分。当您在射击游戏中修复敌人时,希望您的粉丝能够看到您的...
  • Pr65教学.rar

    2011-01-30 04:17:15
    20世纪90年代初期,随着计算机处理速度的提高以及计算机多媒体技术的迅猛发展,一些西方发达国家开始将计算机多媒体技术与影视制作相结合,并且成功地推出了系列视音频非线性编辑工作站,使电影的制作、发行和放映...
  • 问题4-20:主机在接收个广播或多播时其CPU所要做的事情有何区别? 问题4-21:有的路由器在和广域网相连时,在该路由器的广域网接口处并没有硬件地址,这怎样解释? 问题4-22:IP地址和电话号码相比时有何异同...

空空如也

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一帧音频大小计算