声音信号的数字化

1、 1、模拟信号、模拟信号 在时间和幅度上都是连续的信号称在时间和幅度上都是连续的信号称 为模拟信号。为模拟信号。 数字信号数字信号 在时间和幅度上都是离散的信号称在时间和幅度上都是离散的信号称 为数字信号。为数字信号。 声波是随时间而连续变化的物理量，通 过 能量转换装置，可用随声波变化而改变 的电压或电流信号来模拟。以模拟电压 的幅度来表示声音的强弱。 为使计算机能处理音频，必须对声音信 号数字化。 2数字音频 采样 模拟音频是连续的；数字音频是离散的 数字序列。把模拟音频转化成数字音频， 需要进行“采样”。 采样在一定的采样周期的模拟音频 波形上取点（幅度值）。 采样周期采样时所使用的时间

2、间隔。 量化 量化位数:量化位数叫采样精度或采样位 数,量化位数是对模拟音频信号的幅度轴 进行数字化所采用的位数。 借助于A/D或D/A转换器，模拟 信号和数字信号可以互相转换 8 位可编程 A/D 转换芯片 (1). 采样和量化采样和量化 数字化音频的过程如下图所示。 (a) 模拟音频信号(b) 音频信号的采样 (c) 采样信号的量化 模拟信号的数字化过程模拟信号的数字化过程 100101100011101 u采样与量化过程示例 以图4-1所示的原始模拟波形为例进行采样和量化。 假设采样频率为1000次/秒，即每1/1000秒A/D转 换器采样一次，其幅度被划分成09共10个量化等 级，并将

3、其采样的幅度值取最接近0 9之间的一 个数来表示，如图4-2所示。图中每个长方形表示 一次采样。 当D/A转换器从图4-2得到的数值中重构原来信号 时，得到图4-3中蓝色(直线段)线段所示的波形。 从图中可以看出，蓝色线与原波形(红色线)相比， 其波形的细节部分丢失了很多。这意味着重构后 的信号波形有较大的失真。 左图为采样率2000Hz，量化等级为20的采样量化过程 右图为采样率4000Hz，量化等级为40的采样量化过程 当采样率和量化等级提高一倍，从图中可以看出，当用当采样率和量化等级提高一倍，从图中可以看出，当用 D/AD/A转换器重构原来信号时（图中的轮廓线），信号的失真明转换器重构原

4、来信号时（图中的轮廓线），信号的失真明 显减少，信号质量得到了提高显减少，信号质量得到了提高。 (2). 影响数字音频质量的技术参数 对模拟音频信号进行采样量化编码后，得 到数字音频。数字音频的质量取决于采样频率、 量化位数和声道数三个因素。 1). 采样频率 采样频率是指一秒钟时间内采样的次数。 在计算机多媒体音频处理中，采样频率通常采 用三种： 。常见的CD唱 盘的采样频率即为44.1KHz。 2). 量化位数 量化位数也称“量化精度”，是描述每个采样 点样值的二进制位数。例如，8位量化位数表示每 个采样值可以用28即256个不同的量化值之一来表 示，而16位量化位数表示每个采样值可以用2

5、16即 65536个不同的量化值之一来表示。常用的量化位 数为8位、12位、16位。 3). 声道数 声音通道的个数称为声道数，是指一次采 样所记录产生的声音波形个数。记录声音时，如 果每次生成一个声波数据，称为单声道；每次生 成两个声波数据，称为双声道（立体声）。随着 声道数的增加，所占用的存储容量也成倍增加。 (3). 数字音频文件的存储量 以字节为单位，模拟波形声音被数字化后 音频文件的存储量(假定未经压缩)为： 存储量=采样频率量化位数/8声道数时间 例如，用44.1KHz的采样频率进行采样，量 化位数选用16位，则录制1秒的立体声节目，其 波形文件所需的存储量为： 4410016821=176400(字节) 练习： 1、在数字音频信息获取过程中，哪种顺 序是正确的？ A、采样、量化、压缩、存储 B、采样、压缩、量化、存储 C、采样、量化、存储、压缩 D、量化