声卡入门·2009版 聊聊SRC



http://www.soomal.com/doc/10100001077.htm

SRC，即Sample Rate Converter，中文意思为采样频率转换。它被声卡爱好者所关注，大部分发烧友视SRC为音质杀手，这是为什么？

在AC'97 1.x规范中，为了简化数据处理流程，约定了一个SRC的环节，不管你当前播放的信号是44.1kHz的还是16Hz，或者其他，都会被强制转换为48kHz输出。这个转换过程，会降低音质。

SRC为什么会降低音质？

这是一个数学问题。我们来举例说明。在举例之前，先重温一下什么叫做采样。

声音其实是一种能量波，因此也有频率和振幅的特征，频率对应于时间轴线，振幅对应于电平轴线。波是无限光滑的，弦线其实由无数点组成，由于存储空间是相对有限的，数字编码过程中，必须对弦线的点进行采样。采样的过程就是抽取某点的频率值，很显然，在一秒中内抽取得点越多，获取得频率信息更丰富，为了复原波形，一次振动中，必须有2个点的采样，人耳能够感觉到的最高频率为20kHz，因此要满足人耳的听觉要求，则需要至少每秒进行40k次采样，用40kHz 表达，这个40kHz就是采样率。我们常见的CD，采样率为44.1kHz。光有频率信息是不够的，我们还必须获得该频率的能量值并量化，用于表示信号强度。量化值为2的整数次幂，我们常见的CD位16bit的采样大小，即2的16次方。

采样点越多，多面体越接近球体

用数字方式表达无限光滑的波形，就如同这些多面体一样，采样越多，就越接近无限光滑的球体。同样，采样越多的数字信号，就能还原出更接近原始的音质。

SRC的作用就是改变信号的采样率，低采样率往高采样率转换时就是一个重采样的过程，重采样对象不再是原始信号，而是这个低采样率的信号，因为采样率不够需要插入更多的采样点以达到需要的采样率和采样大小，在信号频率较低的时候，重采样算法的好坏并不会影响到什么，因为波长长，采样点多，但是高频就很难对付了，因为波长短，采样点少，44.1kHz的采样率情况下，一个20kHz的波仅仅有3个不到的采样点，转换到更高频率的时候势必插入更多的点，要尽量保持原貌，这个点该怎么插，这是一个非常有难度的算法，我们举一个例子帮助大家了解SRC。

SRC示意

假设4kHz SRC到8kHz，那么在原有的采样点之间插入新的采样，就可以完成SRC，整数倍的转换，不会改变波形，不改变波形，就意味这种SRC不会破坏音质。但当44.1kHz SRC到48kHz时，情况就会不同，它会重新改变采样点的排列而生成新的波形。

可以看到，最终波形图垂直的轴对应波的能量值，这意味着波的信号强度变弱了，出现了衰减。这个例子可以说明非整数倍的频率转换将改变波形，改变是不可避免的，算法好可以尽量保证转化后的波形和转换前的相似，但好的算法非常少，现有的大部分声卡SRC算法都是很糟糕的，正如上面这个例子一样，高频衰减就是因为SRC 导致的，SRC还会导致一些其他问题，例如互调失真加剧等。总之，非整数倍的SRC应尽量避免，这也是为什么声卡发烧友关注SRC的原因。

SRC不可能完全避免

SRC实际是不可能完全避免的，即便你使用的声卡，是可以多种采样率输出的，SRC依旧会产生。比方说，你在听音乐，使用的是44.1kHz的采样率，而此时你又开启了一个桌面小游戏，这个游戏的音效是48kHz的，声卡到底使用什么采样率输出呢？声卡会使用较高的采样率，也就是48kHz输出，44.1kHz的信号会被强制SRC到48kHz。如果你在声卡驱动中强制使用44.1kHz输出，那么游戏中48kHz的信号会被强制SRC到44.1kHz后再输出。

在主要应用中避免SRC依然有意义

虽然SRC不可彻底避免，但在主要应用中，回避SRC依然是有意义的，只要回放设备稍微好一点，就很容易分辨SRC导致的音质劣化，因此在欣赏音乐时，确保44.1kHz（主要是CD的采样率为44.1kHz，而CD是最大的音乐节目载体）是有意义的。

其他领域的SRC

乐之邦SRC10异步采样率转换器-摘除外壳

制造商=OLYMPUS;型号=E-410;焦距=35毫米;日期=2007.05.24 13:40:22;光圈=F22.0;测光模式=模式;感光度=ISO100;曝光补偿=0.0EV;曝光时间=1/160秒;曝光程序=手动模式

在发烧级的CD唱机中，常常会遇到一个升频的概念，所谓升频，就是SRC，它将CD的44.1kHz SRC到 更高频率。发烧圈中充满玄学，有的厂家把44.1kHz SRC192kHz后，差点就标榜自己是高清音频设备了，这是不可能的，而且，不管SRC算法多么优秀，非整数倍转换一定是有损失的。

那么升频有什么意义？做图像处理的朋友应该知道，一张800X600的图片，放大到1600X1200，然后再进行处理，例如抠图，会要方便得多。升频的道理也差不多，升频后的信号会更加容易处理，在升频电路中，伴随着的都是时钟处理、降低抖动等处理，单纯的升频没有意义。

在录音领域，SRC也是存在的。现在的录音棚大部分都采用的是96kHz、192kHz的采样率录音，如果要刻录成CD怎么办？必须SRC。我们曾经推荐过《Secret Rabbit Code 神秘兔 SRC 插件 1.0.3 For Foobar2000 v0.9x》[作者: Soomal] ，虽然这只是一个Foobar2000的插件，但它的原始算法，来自录音棚，早年DAT（数字录音带）在录音领域非常流行，而它支持的采样率为48kHz，要灌CD，SRC也是同样不可避免的。有些产品公司在贩售“母带级”的唱片，实际是一种忽悠，除非它的母带录音也是44.1kHz的。

To楼主: 文中并没有介绍采样定律和信息恢复，这会造成一些对SRC的误解

SRC示意图有问题，根据香浓采样定理，由于音频信号是bandlimited的，因此，2X的采样率，也就是44.1KHz并不会丢失任何信息。而重采样的第一步就是interpolation就是插值，而理想的插值函数就是sinc函数，而不是图中的线性插值。因此，理论上重采样到48KHz不会有任何信息丢失。由于理想插值是双边无穷级数，需要加窗进行截断，信息损失是加窗造成的，由于窗函数的旁瓣的问题，会造成谐波，因此重采样后需要让信号通过一个截止频率24KHz的低通FIR滤波器。一般现在的算法SRC的质量已经高于DAC的噪声，所以没那么严重的影响了。