聲音信號的數(shù)字化

1、1、模擬信號、模擬信號 在時間和幅度上都是連續(xù)的信號稱在時間和幅度上都是連續(xù)的信號稱為模擬信號。為模擬信號。數(shù)字信號數(shù)字信號 在時間和幅度上都是離散的信號稱在時間和幅度上都是離散的信號稱為數(shù)字信號。為數(shù)字信號。 聲波是隨時間而連續(xù)變化的物理量，通過 能量轉(zhuǎn)換裝置，可用隨聲波變化而改變的電壓或電流信號來模擬。以模擬電壓的幅度來表示聲音的強弱。 為使計算機能處理音頻，必須對聲音信號數(shù)字化。 2數(shù)字音頻 采樣 模擬音頻是連續(xù)的；數(shù)字音頻是離散的數(shù)字序列。把模擬音頻轉(zhuǎn)化成數(shù)字音頻，需要進(jìn)行“采樣”。 采樣在一定的采樣周期的模擬音頻波形上取點（幅度值）。 采樣周期采樣時所使用的時間間隔。量化 量化位數(shù):

2、量化位數(shù)叫采樣精度或采樣位數(shù),量化位數(shù)是對模擬音頻信號的幅度軸進(jìn)行數(shù)字化所采用的位數(shù)。借助于A/D或D/A轉(zhuǎn)換器，模擬信號和數(shù)字信號可以互相轉(zhuǎn)換 8 位可編程 A/D 轉(zhuǎn)換芯片 (1). 采樣和量化采樣和量化 數(shù)字化音頻的過程如下圖所示。(a) 模擬音頻信號(b) 音頻信號的采樣(c) 采樣信號的量化模擬信號的數(shù)字化過程模擬信號的數(shù)字化過程 100101100011101 u采樣與量化過程示例 以圖4-1所示的原始模擬波形為例進(jìn)行采樣和量化。假設(shè)采樣頻率為1000次/秒，即每1/1000秒A/D轉(zhuǎn)換器采樣一次，其幅度被劃分成09共10個量化等級，并將其采樣的幅度值取最接近0 9之間的一個數(shù)來表

3、示，如圖4-2所示。圖中每個長方形表示一次采樣。 當(dāng)D/A轉(zhuǎn)換器從圖4-2得到的數(shù)值中重構(gòu)原來信號時，得到圖4-3中藍(lán)色(直線段)線段所示的波形。從圖中可以看出，藍(lán)色線與原波形(紅色線)相比，其波形的細(xì)節(jié)部分丟失了很多。這意味著重構(gòu)后的信號波形有較大的失真。 左圖為采樣率2000Hz，量化等級為20的采樣量化過程右圖為采樣率4000Hz，量化等級為40的采樣量化過程 當(dāng)采樣率和量化等級提高一倍，從圖中可以看出，當(dāng)用當(dāng)采樣率和量化等級提高一倍，從圖中可以看出，當(dāng)用D/AD/A轉(zhuǎn)換器重構(gòu)原來信號時（圖中的輪廓線），信號的失真明轉(zhuǎn)換器重構(gòu)原來信號時（圖中的輪廓線），信號的失真明顯減少，信號質(zhì)量得到了

4、提高顯減少，信號質(zhì)量得到了提高。 (2). 影響數(shù)字音頻質(zhì)量的技術(shù)參數(shù)對模擬音頻信號進(jìn)行采樣量化編碼后，得到數(shù)字音頻。數(shù)字音頻的質(zhì)量取決于采樣頻率、量化位數(shù)和聲道數(shù)三個因素。1). 采樣頻率采樣頻率是指一秒鐘時間內(nèi)采樣的次數(shù)。在計算機多媒體音頻處理中，采樣頻率通常采用三種：。常見的CD唱盤的采樣頻率即為44.1KHz。2). 量化位數(shù)量化位數(shù)也稱“量化精度”，是描述每個采樣點樣值的二進(jìn)制位數(shù)。例如，8位量化位數(shù)表示每個采樣值可以用28即256個不同的量化值之一來表示，而16位量化位數(shù)表示每個采樣值可以用216即65536個不同的量化值之一來表示。常用的量化位數(shù)為8位、12位、16位。3). 聲

5、道數(shù)聲音通道的個數(shù)稱為聲道數(shù)，是指一次采樣所記錄產(chǎn)生的聲音波形個數(shù)。記錄聲音時，如果每次生成一個聲波數(shù)據(jù)，稱為單聲道；每次生成兩個聲波數(shù)據(jù)，稱為雙聲道（立體聲）。隨著聲道數(shù)的增加，所占用的存儲容量也成倍增加。(3). 數(shù)字音頻文件的存儲量 以字節(jié)為單位，模擬波形聲音被數(shù)字化后音頻文件的存儲量(假定未經(jīng)壓縮)為：存儲量=采樣頻率量化位數(shù)/8聲道數(shù)時間例如，用44.1KHz的采樣頻率進(jìn)行采樣，量化位數(shù)選用16位，則錄制1秒的立體聲節(jié)目，其波形文件所需的存儲量為：4410016821=176400(字節(jié))練習(xí)： 1、在數(shù)字音頻信息獲取過程中，哪種順序是正確的？A、采樣、量化、壓縮、存儲 B、采樣、壓縮、量化、存儲C、采樣、量化、存儲、壓縮 D、量化