3:2模拟音频的数字化过程 1.音频在多媒体技术中的应用 2.模拟音频和数字音频 3.音频的数字化(采样,量化,编码) 4.音频处理技术的特点 >100100101 模拟信号 采样 量化 数字信号 模拟信号的数字化过程
•3.2 模拟音频的数字化过程 1.音频在多媒体技术中的应用 2.模拟音频和数字音频 3.音频的数字化(采样，量化，编码) 4.音频处理技术的特点 模拟信号的数字化过程 100101100011101
◆3:2.1采样 早在40年代,信息论的奠基者香农( Shannon)指出:在 定条件下,用离散的序列可以完全代表一个连续函数, 这是采样定理的基本内容。采样定理看来象是一个数学问 题,而实质上它为数字化技术奠定了一个基础。 为实现A转换,需要把模拟音频信号波形进行分割,以 转变成数字信号,这种方法称为采样( Sampling)。采样的 过程是每隔一个时间间隔在模拟声音的波形上取一个幅度 值,把时间上的连续信号,变成时间上的离散信号。该时 间间隔称为采样周期,其倒数为采样频率。采样频率是指 计算机每秒钟采集多少个声音样本。采样频率越高,即采 样的间隔时间越短,则在单位时间内计算机得到的声音样 本数据就越多,对声音波形的表示也越精确。这和测定每 天24小时气温变化是一样的,每小时测定1次气温比每两 小时测定1次气温的精度要高一倍
◆3.2.1采样 早在40年代，信息论的奠基者香农（Shannon）指出：在 一定条件下，用离散的序列可以完全代表一个连续函数， 这是采样定理的基本内容。采样定理看来象是一个数学问 题，而实质上它为数字化技术奠定了一个基础。 为实现A/D转换，需要把模拟音频信号波形进行分割，以 转变成数字信号，这种方法称为采样(Sampling)。采样的 过程是每隔一个时间间隔在模拟声音的波形上取一个幅度 值，把时间上的连续信号，变成时间上的离散信号。该时 间间隔称为采样周期，其倒数为采样频率。采样频率是指 计算机每秒钟采集多少个声音样本。采样频率越高，即采 样的间隔时间越短，则在单位时间内计算机得到的声音样 本数据就越多，对声音波形的表示也越精确。这和测定每 天24小时气温变化是一样的，每小时测定1次气温比每两 小时测定1次气温的精度要高一倍
采样频率与声音频率之间有一定的关系,根据奈 奎斯特( Nyquist)理论,只有采样频率高于声音 信号最高频率的两倍时,才能把数字信号表示的 声音还原成为原来的 采样的著名实例就在我们的日常生活中,例如电 话和CD唱片。在数字电话系统中,为将人的声音 变为数字信号,采用脉冲编码调制PCM方法,每秒 钟可进行8000次的采样。PCM提供的数据传输率是 56kb/s(b/s表示b/s)或64kb/s。CD唱片存储的是 数字信息,要想获得CD音质的效果,则要保证采 样频率为44.1kz,也就是能够捕获频率高达 22050Hz的信号
采样频率与声音频率之间有一定的关系，根据奈 奎斯特（Nyquist）理论，只有采样频率高于声音 信号最高频率的两倍时，才能把数字信号表示的 声音还原成为原来的声音。 采样的著名实例就在我们的日常生活中，例如电 话和CD唱片。在数字电话系统中，为将人的声音 变为数字信号，采用脉冲编码调制PCM方法，每秒 钟可进行8000次的采样。PCM提供的数据传输率是 56kb/s(b/s表示b/s)或64kb/s。CD唱片存储的是 数字信息，要想获得CD音质的效果，则要保证采 样频率为4 4.1kHz，也就是能够捕获频率高达 22050Hz的信号
◆3.2.2量化 采样只解决了音频波形信号在时间坐标(即横轴)上把一个 波形切成若干个等分的数字化问题,但是每一等分的长方 形的高是多少呢?即需要用某种数字化的方法来反映某 瞬间声波幅度的电压值的大小。该值的大小影响音量的高 低。我们把对声波波形幅度的数字化表示称之为“量化 量化的过程是先将采样后的信号按整个声波的幅度划分成 有限个区段的集合,把落入某个区段内的样值归为一类, 并赋于相同的量化值。如何分割采样信号的幅度呢?我们 还是采取二进制的方式,以8位(bit)或16位(bit)的方式 来划分纵轴。也就是说在一个以8位为记录模式的音效中 其纵轴将会被划分为个量化等级( quantization levels),用以 记录其幅度大小。而一个以16位为采样模式的音效中,它 在每一个固定采样的区间内所被采集的声音幅度,将以个 不同的量化等级加以记录
◆3.2.2 量化 采样只解决了音频波形信号在时间坐标(即横轴)上把一个 波形切成若干个等分的数字化问题，但是每一等分的长方 形的高是多少呢? 即需要用某种数字化的方法来反映某一 瞬间声波幅度的电压值的大小。该值的大小影响音量的高 低。我们把对声波波形幅度的数字化表示称之为“量化” 。 量化的过程是先将采样后的信号按整个声波的幅度划分成 有限个区段的集合，把落入某个区段内的样值归为一类， 并赋于相同的量化值。如何分割采样信号的幅度呢? 我们 还是采取二进制的方式，以８位(bit)或16位(bit)的方式 来划分纵轴。也就是说在一个以8位为记录模式的音效中， 其纵轴将会被划分为个量化等级(quantization levels)，用以 记录其幅度大小。而一个以16位为采样模式的音效中，它 在每一个固定采样的区间内所被采集的声音幅度，将以个 不同的量化等级加以记录
在相同的采样频率之下,量化位数愈高, 的质量越好。同理,在相同量化位数 的情况下,采样频牽越高,声音效果也就 越好。这就好比是量一个人的身高,若是 以毫米为单位来测量,会比用厘米为单位 量更加准确 表3-2给出了不同信号类型的采样率和量化 精度。 频率范围(2采样率(kHz)量化精度(位) 电话话音 200-3400 宽带音频 50-7000 周频广播 20-15k 378 高质量音频20-22k 16
在相同的采样频率之下，量化位数愈高， 声音的质量越好。同理，在相同量化位数 的情况下，采样频率越高，声音效果也就 越好。这就好比是量一个人的身高，若是 以毫米为单位来测量，会比用厘米为单位 量更加准确。 表3-2给出了不同信号类型的采样率和量化 精度。 信号类型 频率范围(Hz) 采样率(kHz) 量化精度(位) 电话话音 200-3400 8 8 宽带音频 50-7000 16 16 调频广播 20-15k 378 16 高质量音频 20-22k 441 16