3.2声音信号数字化数字化的概念采样和量化连续时间的离散化通过采样来实现，就是每隔相等的一段时简菜样一茨，这种菜样称为筠匀来释(uniform sampling)连续幅度的离散化通过量化(quantization)来实现，就是把信弯的瑾霞划穷成一尔霞一小殿，如巢檔度的等简隔的，就称为线性量化，否则就称为非线性量化。图3-2表宗了声音数学花的概念01010100001100100001000010011010101111001101图3-2声音的采样和量化2025年10月26日6 of 46第3章数字声音编码
2025年10月26日 第3章 数字声音编码 6 of 46 3.2 声音信号数字化 ◼ 数字化的概念 ➢ 采样和量化 ◼ 连续时间的离散化通过采样来实现，就是每隔相等的一段 时间采样一次，这种采样称为均匀采样(uniform sampling) ◼ 连续幅度的离散化通过量化(quantization)来实现，就是把 信号的强度划分成一小段一小段，如果幅度的划分是等间 隔的，就称为线性量化，否则就称为非线性量化。图3-2表 示了声音数字化的概念 图3-2 声音的采样和量化
3.2声音信号数字化（续1）■采样频率采样频率由根据奈奎斯特理论(Nyquist theory)确定奈奎斯特理论指出，采样频率不应低于声音信号最高频率的两倍，这样就能把以数字表达的声音还原成原来的声音，这叫做无损数字化(losslessdigitization）假设被采样信号的最高频率为fmax/则采样定律可用公式表示为f, ≥2fmax读者可这样来理解奈奎斯特理论，声音信号可看成是由许多正弦波组成的，一个振幅为A、频率为的正弦波至少需要两个采样样本表示，因此，如果一个信号中的最高频率为fmax,采样频率最低要选择2fmax。例如话音信号的最高频率约为3.4kHz，采样频率就选为8kHz7 of 462025年10月26日第3章数字声音编码
2025年10月26日 第3章 数字声音编码 7 of 46 3.2 声音信号数字化(续1) ◼ 采样频率 ➢ 采样频率由根据奈奎斯特理论(Nyquist theory)确定 ◼ 奈奎斯特理论指出，采样频率不应低于声音信号最高频率 的两倍，这样就能把以数字表达的声音还原成原来的声音， 这叫做无损数字化(lossless digitization) ➢ 假设被采样信号的最高频率为fmax，则采样定律可用 公式表示为 max 2 s f f ➢ 读者可这样来理解奈奎斯特理论 ◼ 声音信号可看成是由许多正弦波组成的，一个振幅为A、频率 为f的正弦波至少需要两个采样样本表示，因此，如果一个信 号中的最高频率为fmax ,采样频率最低要选择2 fmax 。例如， 话音信号的最高频率约为3.4 kHz，采样频率就选为8 kHz
3.2声音信号数字化（续2）■采样精度度量声音波形幅度的精确程度，用每个声音样本的位数(即bps)表示■例如每个声音样本用16位表示，测得的声音样本值是在[0～65535]范围里的数，它的精度是1/65536精度是在模拟信号数字化过程中度量模拟信号的最小单位，因此也称量化阶（quantizationstepsize）■0~1V的电压用256个数表示时，量化阶等于1/256V样本位数的大小影响到声音的质量，位数越多，声音质量越高，所需存储空间也越多；位数越少，声音质量就越低，所需存储空间也越少2025年10月26日8 of 46第3章数字声音编码
2025年10月26日 第3章 数字声音编码 8 of 46 3.2 声音信号数字化(续2) ◼ 采样精度 ➢ 度量声音波形幅度的精确程度，用每个声音样本的 位数(即bps)表示 ◼ 例如每个声音样本用16位表示，测得的声音样本值是在 [0～65535]范围里的数，它的精度是1/65536 ◼ 精度是在模拟信号数字化过程中度量模拟信号的最小单位， 因此也称量化阶(quantization step size) ◼ 0～1 V的电压用256个数表示时，量化阶等于1/256 V ➢ 样本位数的大小影响到声音的质量，位数越多，声 音质量越高，所需存储空间也越多；位数越少，声 音质量就越低，所需存储空间也越少
3.2声音信号数字化（续3采样精度的另一种表示方法是信号噪声比，简称为信噪比(signal-to-noise ratio，SNR），并用下式计算iamalsignalSNR = 10 log1020log10noise其中，Vsienal表示信号电压，Vnoise表示量化噪声电压(模拟信号的采样值和与它最接近的数字数值之间的差值)，SNR的单位为分贝(db)2025年10月26日9 of 46第3章数字声音编码
2025年10月26日 第3章 数字声音编码 9 of 46 3.2 声音信号数字化(续3) ➢ 采样精度的另一种表示方法是信号噪声比， 简称为信噪比(signal-to-noise ratio，SNR)， 并用下式计算 2 10 10 2 ( ) 10 log 20 log ( ) signal signal noise noise V V SNR V V = = 其中，Vsignal表示信号电压，Vnoise表示量化噪 声电压(模拟信号的采样值和与它最接近的数 字数值之间的差值)，SNR的单位为分贝(db)
3.2声音信号数字化(续4)■声音质量和数据率质量度量采样频率样本精度单道声/立(未压缩的)频率范围质量体声(kHz)(bit/s)(Hz)数据率(kb/s)8864.0电话*单道声200~34008AM11.02588.2单道声20 ~ 1500016FM22.050立体声705.650 ~ 7000CD44.116立体声1411.220~200004816DAT立体声1536.020~20000*电话使用m律编码，动态范围为13位，压缩后的样本精度为8位2025年10月26日10 of 46第3章数字声音编码
2025年10月26日 第3章 数字声音编码 10 of 46 3.2 声音信号数字化(续4) ◼ 声音质量和数据率—— 质量度量 质量 采样频率 (kHz) 样本精度 (bit/s) 单道声/立 体声 (未压缩的) 数据率(kb/s) 频率范围 (Hz) 电话* 8 8 单道声 64.0 200～3 400 AM 11.025 8 单道声 88.2 20～15000 FM 22.050 16 立体声 705.6 50～7000 CD 44.1 16 立体声 1411.2 20～20000 DAT 48 16 立体声 1536.0 20～20000 *电话使用m律编码，动态范围为13位，压缩后的样本精度为8位