音頻重採樣

一、音頻重採樣演算法

音頻重採樣是指改變音頻採樣率的過程。在音頻處理中，常常需要將音頻信號轉換為不同的採樣率，以滿足不同的應用需求，例如在播放多媒體文件時，需要根據不同的硬體設備需要進行採樣率的調整。常用的音頻重採樣演算法有兩種：插值法和降採樣法。

插值法需要通過計算出缺失採樣點的數值來填補缺失數值，典型的插值方法：線性插值、樣條插值、拉格朗日插值等。而降採樣法通過丟棄部分採樣點來達到降低採樣率的目的，典型的降採樣方法：簡單降採樣、半帶通濾波器降採樣、FIR降採樣等。

二、音頻重採樣原理

音頻重採樣的原理是按照一定的規則，對原音頻信號的採樣率進行調整，使得不同採樣率的輸出信號具有相同的時間長度和頻譜解析度。重採樣可以通過放大或縮小採樣周期，從而改變採樣率。

具體來說，音頻重採樣演算法需要進行兩個主要的操作：1.上採樣；2.下採樣。上採樣是指將原始音頻信號插入新的採樣點，以增加採樣率。下採樣則是對插入的採樣點進行濾波和丟棄，以縮小採樣率。

三、音頻採樣頻率是什麼意思

音頻採樣頻率是指每秒採集的樣本的數量，表示為赫茲（Hz）。採樣率越高，表示對音頻信號採集的精度越高，但對存儲和處理系統的要求也越高。通常，CD音質採用的採樣率為44.1kHz，而高保真音頻則採用更高的採樣率，比如96kHz和192kHz。

四、音頻重採樣 影響音質

音頻重採樣對音頻質量的影響取決於採樣率的變化程度和重採樣演算法。上採樣會把噪音和混響帶進來，降低了信噪比；而下採樣會出現混疊失真，導致高頻信號失真。因此，盡量避免重採樣操作，或者在必須進行重採樣時，盡量使用高品質的演算法和濾波器來保證音質。

五、音頻重採樣代碼

// 聲明重採樣器對象
SwrContext *ctx = swr_alloc_set_opts(NULL,
                                      av_get_default_channel_layout(out_channels),
                                      (AVSampleFormat)out_sample_fmt,
                                      out_sample_rate,
                                      av_get_default_channel_layout(in_channels),
                                      (AVSampleFormat)in_sample_fmt,
                                      in_sample_rate,
                                      0,
                                      NULL);

// 初始化重採樣器
swr_init(ctx);

// 循環讀取音頻數據並重採樣
while (true) {
    AVPacket *packet = …; // 讀取音頻數據包
    AVFrame *frame = …; // 解碼音頻數據包

    // 計算並分配空間
    int dst_nb_samples = av_rescale_rnd(swr_get_delay(ctx, frame->sample_rate) + frame->nb_samples,
                                        out_sample_rate,
                                        frame->sample_rate,
                                        AV_ROUND_UP);
    av_samples_alloc(&dst_data, NULL, out_channels, dst_nb_samples, out_sample_fmt, 0);

    // 重採樣
    swr_convert(ctx, dst_data, dst_nb_samples, (const uint8_t **)frame->data, frame->nb_samples);

    // 處理重採樣後的音頻數據
}

六、音頻重採樣DSP

DSP（Digital Signal Processor，數字信號處理器）是一種基於數字電路的專用微處理器，可以高效地執行數字信號處理操作。音頻重採樣中，DSP可以用於設計高質量的濾波器、優化採樣量化誤差等。常用的DSP庫包括FIR庫、IIR庫等。

七、音頻採樣緩存

在進行音頻重採樣時，需要預先為重採樣過程分配空間，以存儲重採樣後的音頻數據。具體來說，需要為目標數據分配一個比源數據更大的緩存。在計算目標緩存大小時，應該考慮到可能有的延遲，並且使用合適的位元組對齊方式以提高效率。

八、音頻重採樣截止比率

在音頻重採樣過程中，濾波器的截止比率會影響重採樣後的音頻質量和音頻頻譜解析度。一般而言，截止比率越大，重採樣後的信號質量越好，頻譜解析度也更高。但也需要注意，截止比率過高會增加計算負載和處理延遲。

九、音頻重採樣的三種方法

常見的音頻重採樣方法包括：

1.簡單重採樣方法，即根據比例關係進行採樣率轉換，簡單易行但通常會導致失真和混響；

2.半帶通濾波器降採樣方法，該方法在降採樣前進行半帶通濾波處理，可以有效地避免混疊失真和過度濾波；

3.FIR濾波器降採樣法，該方法通過優化FIR濾波器的係數，可以在低失真的情況下實現更高的採樣率降低，但需要較高的計算複雜度和運算速度。