數位音頻相關技術

第二章文獻探討

2.2. 數位音頻相關技術

2.2.1. 音頻檔案格式（Audio File Formats）

[25], [28], [29], [33], [35], [44]

音樂數位化（digitizing）使得音樂品質更為精緻、傳遞更為方便、保存更為容易與長久。本小節將簡介數位音樂的基本概念與相關技術。Faller, C.等人將音頻編碼／解碼結構如圖5所示，聲音信號透過取樣、轉換、量化及編碼處理後，將資料輸出成位元流（bit stream），再透過解碼過程，得到聲音信號。

圖6則增加、利用緩衝區（buffer），做為傳輸通道，以提升聲音品質。

圖 5 音頻編／解碼

資料來源：Technical advances in digital audio radio broadcasting

圖 6 音頻編／解碼（透過緩衝區）

資料來源：Technical advances in digital audio radio broadcasting

聲音在大氣中，無論透過自然或人為的處理，都有不同的變化。人耳聽力能接受的頻率範圍在於20赫茲（Hz）到20K赫茲間，也就是所謂的音頻帶寬

（Audio Bandwidth，Audio BW）。Nyquist定理指出，取樣頻率（sampling frequency）至少需為原始音頻信號最高頻率的兩倍，則取樣後的訊號即可精確地還原回取樣前的原始訊號。舉例來說，人類說話的語音頻率約在200赫茲到4 K赫茲之間，故將電話語音的傳輸頻率定為8 K赫茲。ＦＭ的頻率約在20赫茲到 10K赫茲，故其取樣頻率約為22.05 K赫茲。另外，人類的聽覺器官所能辨識的自然界聲音，最高不超過20 K赫茲，因此，標準的CD品質便是以44.1 K赫茲作

為取樣頻率。下表列舉運用於網際網路之音訊檔案格式，

表 6 音頻檔案格式

檔案格式 File Extension

起源組織 Origin

建議位元率 Recommen ded bitrate

(bps)

壓縮比 Compressi

支援串流 Streaming

其他 Other

.au

.snd (audio) ^{Unix, Sun} ^{720 K} ^2:1 ^否 ^公開形式

.aif(f)

(Audio Interchange File Format)

Apple 1,4 M 無否公開形式

.aifc ^{Apple 236}^{K 1:6} ^否 ^公開形式

.ra ^RealAudio ^{96 K} ^1:14 ^是 ^專利保護

.wav

WAVE, RIFF Microsoft 128 K 1:10 否公開形式

.cda

(CD audio track) ^{N/A 1,4}^{M 無}

否 N/A

.asf (audio stream format)

.wma (windows media audio)

Microsoft 96 K 1:14 是專利保護

.mp1, .mpa MP1 384 K 1:4 是公開形式

.mpeg2, mp2, .mpa MP2 192 K 1:8 是公開形式

.mp3 stereo MP3 128 K 1:10 是公開形式

.acc stereo MPEG-2 128 K N/A 是公開形式

.acc mono MPEG-2 64 K, 96 K 1:20 是公開形式

資料來源：Web Radio: Technology and Performance

2.2.2. 多媒體協定（Multimedia Protocols）

[25], [28], [29], [33], [35]

多媒體協定規範了管理設備如何在網際網路，由伺服器到用戶端之連接、

傳輸與交換多媒體資訊的一套準則。和一般用於網際網路傳輸協定不同的是，

多媒體協定必須提供讓傳送方（sender）告知接收方（receiver）編碼架構的方法；接收方可以量測所接收資料的時序（timing），以便隨時重建音訊、多媒

體資料節省頻 server 表 7

（Multimed

HTTP, RTS

CP, UDP, R IP, IC

來源：Web

下載（dow

目前網際網下載及串流樂下載到電路架構（Co

圖 7 內源：Streami

方可以量測網整理多媒體協

方式。

協定與其對應 媒體協定

dia protoco

SP, SDP, SI

RTP, RTCP CMP, IP m E Radio: Tec

wnload）及

網路傳遞、接流技術（包括電腦播放外

ontent Deliv

內容分散傳 ing and Dig

14 multicast 網 thernet 實資 chnology an

及串流（

接收音訊媒括順序串流

，亦可直接 very Netwo

傳遞網路（C gital Media:

擁塞、封包是網路層（Int 實體層（Ph 資料連結層 nd Performa

streaming

媒體主要透過流傳輸與即時接於線上收聽 orking, CDN

Content De Understand

是否有遺失 3小節將說明

開放系統互連 OSI referen ession Layer esentation L pplication L ransport Lay ternet, Netw hysical Laye 層（Data Lin

ance

livery Netw ding the Bu

失；需要有效明媒體伺服

連參考模型 nce model）

r），

Layer），

Layer）

yer）

work Layer er），

nk Layer）

[29], [30], [33]

架構（client 輸），讓使用即為典型的內

working, CD usiness and

效地利用、

服器（media

型

）

], [35]

t-server），

用者除了能內容分散傳

DN）

Technology a

能傳

z 下載（Download），透過網路將整個音訊檔案下載後，儲存於用戶端

（硬碟或終端設備），再從其裝置中播放（音樂）。其好處為位元率（bitrate）

不受限制，因此，使用者能收聽到較好的音樂品質；且由於已將音樂下載到本身裝置，故能隨時隨地地收聽、利用音訊媒體。然而，若檔案太大或受限於頻寬，則需要較長的等待時間，方可收聽。

z 串流傳輸（Streaming），串流媒體是指，網際網路中使用串流傳輸技術之連續即時媒體。串流媒體在播放前並不會下載整個檔案，僅將開頭部分內容存入記憶體，其資料數據隨時傳送、隨時播放，即當媒體在用戶端播放時，檔案剩餘部份繼續由伺服器內下載，解決了用戶端需等待整個檔案全部下載完成方能收聽的缺點。串流傳輸主要指透過網路傳送媒體的技術總稱。

1) 順序串流傳輸（progressive streaming），使用HTTP伺服器，檔案依順序發送、下載，在下載檔案的同時，用戶端亦可線上收聽。

在特定時間內，用戶端只能收聽已下載部分，無法跳到尚未下載處。這種傳輸較適合高品質的音訊檔案。

2) 即時串流傳輸（real time streaming），需要特定的串流媒體伺服器（如QuickTime Streaming Server、RealServer或Microsoft Media Server）與傳輸協定（RTSP或MMS），其重要觀念為即時傳送，

支援隨機點選播放。用戶端可利用「快轉」或「後退」，接收整段媒體之任何地方的內容。

綜合上述技術，影音內容集成業者（Content Broker）或影音內容供應商

（Content Provider），建置影音資料庫，並架設與維護網站，廣泛集合目前存在之網路廣播電台，透過分散式架構，配合以網際網路為媒介，用戶可透過電腦或終端設備，接收、下載及甚至儲存內容供應商所提供之多媒體內容。如圖 2-6所示。圖2-7則說明多媒體伺服器（Media Server）之不同串流傳輸技術架構。

資

圖資料來源：

8 Web Se Streaming a

圖 9 資料來

erver(s)和 S and Digital

Web Serve 來源：Web R

Streaming S Media: Un

er(s)和 Strea Radio: Tech

Server(s)結合 derstanding

aming Serve hnology and

合實務之應 g the Busine

er(s)之架構 d Performan

應用架構 ess and Tech

構差異 nce

hnology

表 8 串流媒體伺服器之比較

Windows Media Server Real Server

串流檔案格式 .asf .rm

中繼檔（Metafile） .asx .ram

多媒體播放器 Windows Media Player RealOne Player 串流類型 Single Speed or Intelligent Single Speed or SureStream 串流檔案位置

Single Speed – Web Server Multi-Speed – Streaming Media Server

串流協定 MMS RTSP

其他說明 Advanced Stream Redirector (.asx) 檔為一文字檔案，提供有關的檔案資料流及其呈現方式。它不但定義了播放清單，同時也為 Windows Media Player 提供如何呈現播放清單中特定媒體項目的資訊。ASF 是可延伸的檔案格式，可以儲存已同步處理的多媒體資料，並支援跨越各種網路和通訊協定的資料傳遞。

RealMedia（rm）為RealNetworks 公司所開發之多媒體格式；ram 為其中繼檔，置於網頁裡。