多媒体开发(5)&音频特征:声音可以调大一点吗?

领导力:不要做个“好人”

基本上,现在常用的声音采样办法是pcm,而对于压缩音频的解码,得到的也pcm数据。这个pcm数据,只是一堆数值,有正有负,看这个值看不出什么花样。

声音采集,采的是什么呢?

采的是声音的强度变化,也是声音这种能量的强弱变化,这种强弱用分贝来表示,即dB。所以,pcm数据跟这个dB就一定有关系,这个关系是这样的:
dB=20∗log10(pcm)
pcm=pow(10,(dB/20.0))

模数转换ADC时常用的位深是16bit,也就是用16位来表示一个sample,这里不考虑偷懒而使用不足16位的情况。16位能表示65536个值,也就意味着有65536个dB可以表示出来,哪又怎么样?很厉害了吗?

的确是比较厉害的了。

16位的pcm数值,分正负,那正数的范围是0至32767,负数的范围是-1至-32768,随便挑几个来看看,对应的dB是多少,如下图:

由上面的运算可知,16位的pcm值,如果不分正负,最大可以表示96dB,如果分正负,也能表示到90dB。90dB是什么概念?有数据表明(我也不清楚什么数据),85dB就会伤害了你,90dB相当于摩托车启动的声音–你有开过吗?

所以,你的pcm数据需要去到90dB以上吗?想祸害谁?一般情况下,能表示到90dB就很够用了。

写给小白看的Mysql事务

既然知道了pcm数值与dB的关系,就可以搞点事情了,比如把pcm转成dB后再放大一点,再保存成新的文件,是不是播放就可以大声一点了呢?

来做个实验。

import math
import math
import wave
import audioread
import contextlib
import sys
import math
import struct

def gainpcm(filepath):
    try:
        with audioread.audio_open(filepath) as f:
            with contextlib.closing(wave.open(filepath+'.wav', 'w')) as of:
                of.setnchannels(f.channels)
                of.setframerate(f.samplerate)
                of.setsampwidth(2)
                for buf in f:
                    for i in range(0, len(buf)-2, 2):
                        s = buf[i] + buf[i+1]
                        pcm = struct.unpack('<h', s)[0]
                        apcm = abs(pcm)
                        if apcm==0:
                            apcm=1
                        db = 20*math.log10(apcm)
                        db = db * 1.2
                        apcm=int(math.pow(10, float(db)/20.0))
                        if apcm>32767:
                            apcm=32767
                        if pcm < 0:
                            pcm=-apcm
                        else:
                            pcm = apcm
                        tbuf = struct.pack('<h', pcm)
                        of.writeframes(tbuf)

    except audioread.DecodeError:
        print("File could not be decoded.")
        sys.exit(1)

if __name__ == '__main__':
    gainpcm('test.mp3')

这里是对代码的简单解释:

把一个mp3放过去试验,出来一个wav,发现wav文件的声音真的大了好多(好多是因为这里设置了db*1.2)。但是,另一个问题也暴露出来了,就是听起来声音失真很严重了,这是因为放大到这个程度,很多apcm都超过了32767,也就是人们说的截顶失真了,看一下原文件与放大后的文件波形图就更清楚了:

由于不能上传音频,这里就不提供直接的音频对比了。

由此可见,要想不失真,那db就不要乘那么大的数啊–另一个办法:给它限幅(压幅),或者直接使用更合适的整体技术(灵活变音量跟限幅都考虑进去了)比如agc或drc等,明显这个不是这里的内容。

好了,总结一下,本文演示了改变音量的一种最原始的办法,就是直接改pcm的值(转dB再改变,其实也可以直接改变pcm值),但这不是最好的办法,因为它会引入失真的副作用。而从pcm数据中提取出能量(dB),这个也更像是音频特征的技能。有缘再见,see you。

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2021-1-12 15:00:00

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