pcmとはどのようなファイルですか
- 青灯夜游オリジナル
- 2023-03-10 16:52:4517161ブラウズ
pcm は、素材の保存や音楽鑑賞に広く使用されているマルチメディア オーディオ ファイルです。PCM ファイルは、ファイル全体を読み出して再生する必要がなく、読み取りと再生を同時に行うことができます。ダウンロードせずに聴くことができます。 PCMはパルス符号変調と呼ばれ、音声データは圧縮されておらず、アナログ信号からサンプリング、量子化、エンコードを経て変換された標準的なデジタル音声データです。
このチュートリアルの動作環境: Windows 7 システム、Dell G3 コンピューター。
1. 名詞分析
PCM (Pulse Code Modulation) はパルス符号変調とも呼ばれ、PCM 内の音声データは圧縮されておらず、シミュレートされた信号です。サンプリング、量子化、エンコードの後、標準デジタルオーディオデータに変換されます。サンプリング変換方法を理解するには、次の図を参照してください:
1. サンプリング レート
サンプリング レートは、1 秒あたりのオーディオ信号のデジタル スナップショットの数を表します。このレートにより、オーディオ ファイルの周波数範囲が決まります。サンプリング レートが高くなるほど、デジタル波形の形状は元のアナログ波形に近づきます。サンプルレートが低いと、録音できる周波数範囲が制限され、元のサウンドがあまり表現されない録音になる可能性があります。ナイキストのサンプリング定理によれば、特定の周波数を再現するには、サンプリング レートがその周波数の少なくとも 2 倍でなければなりません。たとえば、一般的な CD レコードのサンプリング レートは 1 秒あたり 44,100 サンプルなので、人間の可聴限界である 20,000 Hz をわずかに超える 22,050 Hz までの周波数を再生できます。
2. ビット深度
ビット深度によってダイナミック レンジが決まります。音波をサンプリングするときは、元の音波の振幅に最も近い振幅値を各サンプルに割り当てます。ビット深度が高いほど、可能な振幅値が多くなり、ダイナミック レンジが大きくなり、ノイズ フロアが低くなり、忠実度が高くなります。
上記の名詞分析では、PCMについてある程度の理解と理解が必要ですが、以下でPCMについて詳しく説明します。
PCM ファイルはストリーミング メディアの特性を持ち、デジタル通信のエンコード方式の 1 つです。
PCM ファイルは、素材の保存や音楽鑑賞に広く使用されています。CD、DVD、および一般的な WAV ファイルで使用されています。PCM ファイルは、ファイルを読み出す必要がなく、同時に読み取りと再生が可能です。ファイル全体をダウンロードしてから再生すると、ダウンロードせずに聞くことができます。
1. PCMオーディオデータの保存方法モノラルファイルの場合、サンプリングデータは時間順に保存されます。モノラルオーディオファイルの場合、サンプリングされたデータは時間順に保存されます（LRLRLRモードでも保存できますが、他のチャンネルのデータは0です）。
2 チャネルの場合、通常は LRLRLR 形式で保存されますが、ストレージはマシンの大端と小端にも関係します。
PCM の格納方式はリトルエンディアン形式であり、格納される Data データは下図のように配置されます。オーディオ データ パラメータ
PCM オーディオ データのパラメータは次のように記述されます。
44100HZ 16bit stereo: 每秒钟有 44100 次采样, 采样数据用 16 位（2 字节）记录, 双声道（立体声） 22050HZ 8bit mono: 每秒钟有 22050 次采样, 采样数据用 8 位（1 字节）记录, 单声道 48000HZ 32bit 51ch: 每秒钟有 48000 次采样, 采样数据用 32 位（4 字节浮点型）记录, 5.1 声道
44100Hz 指的是采样率，它的意思是每秒取样 44100 次。采样率越大，存储数字音频所占的空间就越大。
16bit 指的是采样精度，意思是原始模拟信号被采样后，每一个采样点在计算机中用 16 位（两个字节）来表示。采样精度越高越能精细地表示模拟信号的差异。
Stereo 指的是声道数，也即采样时用到的麦克风的数量，麦克风越多就越能还原真实的采样环境（当然麦克风的放置位置也是有规定的）。
3. PCM文件格式简介
PCM文件：模拟音频信号经模数转换（A/D变换）直接形成的二进制序列，该文件没有附加的文件头和文件结束标志。Windows的Convert工具可以把PCM音频格式的文件转换成Microsoft的WAV格式的文件。
将音频数字化，其实就是将声音数字化。最常见的方式是透过脉冲编码调制PCM(Pulse Code Modulation) 。运作原理如下:首先我们考虑声音经过麦克风，转换成一连串电压变化的信号，如下图所示。这张图的横座标为秒，纵座标为电压大小。要将这样的信号转为 PCM 格式的方法，是使用三个参数来表示声音，它们是：声道数、采样位数和采样频率。
采样频率：即取样频率,指每秒钟取得声音样本的次数。采样频率越高,声音的质量也就越好,声音的还原也就越真实，但同时它占的资源比较多。由于人耳的分辨率很有限,太高的频率并不能分辨出来。在16位声卡中有22KHz、44KHz等几级,其中，22KHz相当于普通FM广播的音质，44KHz已相当于CD音质了，目前的常用采样频率都不超过48KHz。
采样位数：即采样值或取样值（就是将采样样本幅度量化）。它是用来衡量声音波动变化的一个参数，也可以说是声卡的分辨率。它的数值越大，分辨率也就越高，所发出声音的能力越强。
声道数：很好理解，有单声道和立体声之分，单声道的声音只能使用一个喇叭发声（有的也处理成两个喇叭输出同一个声道的声音），立体声的PCM 可以使两个喇叭都发声（一般左右声道有分工） ，更能感受到空间效果。
下面再用图解来看看采样位数和采样频率的概念。让我们来看看这几幅图。图中的黑色曲线表示的是PCM 文件录制的自然界的声波，红色曲线表示的是PCM 文件输出的声波，横坐标便是采样频率；纵坐标便是采样位数。这几幅图中的格子从左到右，逐渐加密，先是加大横坐标的密度，然后加大纵坐标的密度。显然，当横坐标的单位越小即两个采样时刻的间隔越小，则越有利于保持原始声音的真实情况，换句话说，采样的频率越大则音质越有保证；同理，当纵坐标的单位越小则越有利于音质的提高，即采样的位数越大越好。
在计算机中采样位数一般有8位和16位之分，但有一点请大家注意，8位不是说把纵坐标分成8份，而是分成2的8次方即256份； 同理16位是把纵坐标分成2的16次方65536份； 而采样频率一般有11025HZ（11KHz），22050HZ（22KHz）、44100Hz（44KHz）三种。
那么，现在我们就可以得到PCM文件所占容量的公式：存储量 = (采样频率*采样位数*声道)*时间/8(单位：字节数).
例如，数字激光唱盘(CD－DA，红皮书标准)的标准采样频率为44.lkHz，采样数位为16位，立体声(2声道)，可以几乎无失真地播出频率高达22kHz的声音，这也是人类所能听到的最高频率声音。激光唱盘一分钟音乐需要的存储量为：
(44.1*1000*l6*2)*60/8=10，584，000(字节)=10.584MBytes
这个数值就是PCM声音文件在硬盘中所占磁盘空间的存储量。
计算机音频文件的格式决定了其声音的品质，日常生活中电话、收音机等均为模拟音频信号，即不存在采样频率和采样位数的概念，我们可以这样比较一下：
44KHz，16BIT的声音称作：CD音质；
22KHz、16Bit的声音效果近似于立体声（FM Stereo）广播，称作：广播音质；
11kHz、8Bit的声音，称作：电话音质。
微软的WAV文件就是PCM编码的一种。
拡張知識: PCM ファイルに関連するその他のファイルの種類
| 拡張子 | ファイルの種類の開発者 | ファイル カテゴリ | ファイル タイプの説明 |
|---|---|---|---|
| Apple | Diskイメージ ファイル | セルフ マウント ディスク イメージ | |
| さまざまな開発者 | オーディオ ファイル | Audioコーデック 3 ファイル | |
| Roxio | ビデオ ファイル | デジタル ビデオ ファイル | |
| WinXMedia ソフトウェア | ビデオ ファイル | YUV ビデオ ファイル | |
| オープンソース | ビデオ ファイル | Motion JPEG 2000 ビデオ | |
| Moving Picture Experts Group | ビデオ ファイル | MPEG-4 ビデオ ファイル | |
| Moving Picture Experts Group | ビデオ ファイル | MPEG-4 ビデオ ファイル | |
| Intel Corporation | ビデオ ファイル | Indeo ビデオ フォーマット ファイル | |
| Intel Corporation | ビデオ ファイル | Indeo ビデオ フォーマット ファイル | |
| さまざまな開発者 | ビデオ ファイル | 3GPP メディア ファイル |
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