音频录制一般在什么情况下会选择保存为PCM？什么情况会选择保存为WAV？

2025-02-17 404 阅读6分钟

1. 技术背景

PCM（Pulse Code Modulation）

PCM 是一种数字音频编码方法，用于将模拟音频信号转换为数字信号。
它通过对模拟信号进行采样（Sample）、量化（Quantization）和编码（Encoding）来生成数字音频数据。
PCM 是一种无压缩的音频格式，直接记录了声音的波形数据，保留了音频的全部细节。

WAV（Waveform Audio File Format）

WAV 是一种基于 RIFF（Resource Interchange File Format）的音频文件格式，由微软和 IBM 联合开发。
WAV 文件通常使用 PCM 编码来存储音频数据，但它也支持其他编码方式（如 ADPCM、MP3 等）。
WAV 文件在 PCM 数据的基础上增加了文件头（Header），用于存储元信息（如采样率、位深度、声道数等）。

2. 文件结构

PCM 文件结构

PCM 文件是最简单的音频文件格式，仅包含音频数据部分，没有文件头或元信息。
数据排列方式：
- 单声道（Mono）： 采样值按时间顺序排列。
- 立体声（Stereo）： 左声道和右声道的采样值交替排列。

WAV 文件结构

WAV 文件由两部分组成：
1. 文件头（Header）： 包含元信息，如采样率、位深度、声道数、数据长度等。
2. 音频数据（Data Chunk）： 通常是 PCM 编码的音频数据。
文件头的结构：
- RIFF Chunk： 标识文件类型为 WAV。
- Format Chunk： 描述音频格式（如 PCM 编码）、采样率、位深度、声道数等。
- Data Chunk： 存储实际的音频数据。

3. 编码方式

PCM 编码：
- PCM 是一种无压缩的编码方式，直接记录了音频信号的采样值。
- 常见参数：
  - 采样率（Sample Rate）： 每秒采样的次数（如 44.1kHz、48kHz）。
  - 位深度（Bit Depth）： 每个采样值的位数（如 16 位、24 位）。
  - 声道数（Channels）： 单声道、立体声或多声道。
WAV 编码：
- WAV 文件通常使用 PCM 编码，但也支持其他编码方式（如 ADPCM、MP3 等）。
- 如果 WAV 文件使用 PCM 编码，其音频数据部分与纯 PCM 文件完全相同。

4. 元信息

PCM 文件：
- PCM 文件不包含任何元信息，仅存储音频数据。
- 使用 PCM 文件时，必须通过外部方式记录或约定采样率、位深度、声道数等参数。
WAV 文件：
- WAV 文件头包含完整的元信息，包括采样率、位深度、声道数、数据长度等。
- 这些元信息使 WAV 文件更易于识别和使用。

5. 存储效率

PCM 文件：
- PCM 文件仅存储音频数据，没有文件头，因此在存储效率上略高于 WAV 文件。
- 但由于缺乏元信息，使用 PCM 文件时需要额外记录参数，可能增加管理复杂性。
WAV 文件：
- WAV 文件在 PCM 数据的基础上增加了文件头，文件体积略大于纯 PCM 文件。
- 但文件头的大小通常很小（几十字节），对整体文件体积的影响可以忽略不计。

6. 兼容性

PCM 文件：
- 由于没有文件头，PCM 文件无法直接被大多数音频播放器识别和播放。
- 使用 PCM 文件时，需要明确指定采样率、位深度、声道数等参数。
WAV 文件：
- WAV 是一种广泛支持的音频格式，几乎所有音频软件和设备都能识别和播放它。
- WAV 文件的通用性和兼容性远高于纯 PCM 文件。

7. 使用场景

PCM 的典型使用场景

实时音频流：
- 在实时音频传输或处理场景中，PCM 数据流可以直接传输或处理，减少延迟。
- 例如：VoIP（网络语音通信）、实时音频采集等。
嵌入式系统：
- 某些音频硬件设备（如音频解码芯片）直接使用 PCM 数据作为输入格式，省去了解析文件头的步骤。
- 例如：音频播放器芯片、数字信号处理器（DSP）等。
音频信号处理：
- 在音频算法开发、信号分析或科学研究中，PCM 数据常被使用，因为它是最原始的音频数据，便于直接进行数学运算。
中间数据格式：
- 在音频编辑或转换过程中，PCM 数据常被用作中间格式，便于后续处理。

WAV 的典型使用场景

音频编辑和制作：
- 在音频编辑、混音或制作过程中，WAV 格式常被使用，因为它既保留了高质量的音频数据，又包含了必要的元信息。
- 例如：音乐制作、电影配音、广播节目制作等。
归档和存储：
- WAV 文件适合用于长期存档，因为它包含完整的元信息，便于后续使用。
- 例如：音频档案馆、音效库等。
通用音频文件：
- 如果需要与他人共享音频文件或在不同设备上播放，WAV 是一个通用性很强的选择。
- 例如：音频样本共享、音频测试文件等。
音频采样库：
- 在音效库或采样库中，WAV 格式常被使用，因为它保留了高质量的音频数据，且易于管理。

8. 优缺点对比

特性	PCM	WAV
文件结构	仅包含音频数据，无文件头	包含文件头和音频数据
元信息	无元信息	包含采样率、位深度、声道数等元信息
兼容性	兼容性较差，需额外记录参数	兼容性强，几乎所有设备和软件都支持
文件体积	大（未压缩）	大（未压缩，略大于 PCM）
适用场景	实时音频流、嵌入式系统、信号处理	音频编辑、存档、共享、通用音频文件
复杂性	简单	较复杂

9. 实际案例分析

案例 1：实时音频传输

需求： 低延迟、高效率。
选择： PCM。
原因： PCM 数据可以直接传输或处理，无需解析文件头，减少了处理延迟。

案例 2：音乐制作

需求： 高质量音频、便于编辑。
选择： WAV。
原因： WAV 文件包含元信息，便于音频编辑软件识别和处理。

案例 3：嵌入式音频设备

需求： 简单、高效。
选择： PCM。
原因： 嵌入式设备通常直接处理 PCM 数据，省去了解析文件头的步骤。

案例 4：音频存档

需求： 长期存储、便于管理。
选择： WAV。
原因： WAV 文件包含完整的元信息，便于后续使用和管理。

10. 总结

PCM： 适合实时处理、嵌入式系统和信号分析，优点是简单高效，但缺乏元信息，兼容性较差。
WAV： 适合音频编辑、存档和共享，优点是包含元信息，兼容性强，但文件体积较大。

选择 PCM 或 WAV，取决于具体的应用需求和场景。如果需要高效处理原始数据，选择 PCM；如果需要通用性和元信息支持，选择 WAV。