聲音信號(hào)的數(shù)字化

1、1、模擬信號(hào)、模擬信號(hào) 在時(shí)間和幅度上都是連續(xù)的信號(hào)稱(chēng)在時(shí)間和幅度上都是連續(xù)的信號(hào)稱(chēng)為模擬信號(hào)。為模擬信號(hào)。數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào) 在時(shí)間和幅度上都是離散的信號(hào)稱(chēng)在時(shí)間和幅度上都是離散的信號(hào)稱(chēng)為數(shù)字信號(hào)。為數(shù)字信號(hào)。 聲波是隨時(shí)間而連續(xù)變化的物理量，通過(guò) 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(hào)來(lái)模擬。以模擬電壓的幅度來(lái)表示聲音的強(qiáng)弱。 為使計(jì)算機(jī)能處理音頻，必須對(duì)聲音信號(hào)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(diǎn)（幅度值）。 采樣周期采樣時(shí)所使用的時(shí)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(duì)模擬音頻信號(hào)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(hào)和數(shù)字信號(hào)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(guò)程如下圖所示。(a) 模擬音頻信號(hào)(b) 音頻信號(hào)的采樣(c) 采樣信號(hào)的量化模擬信號(hào)的數(shù)字化過(guò)程模擬信號(hào)的數(shù)字化過(guò)程 100101100011101 u采樣與量化過(guò)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(gè)量化等級(jí)，并將其采樣的幅度值取最接近0 9之間的一個(gè)數(shù)來(lái)表

3、示，如圖4-2所示。圖中每個(gè)長(zhǎng)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(lái)信號(hào)時(shí)，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(hào)波形有較大的失真。 左圖為采樣率2000Hz，量化等級(jí)為20的采樣量化過(guò)程右圖為采樣率4000Hz，量化等級(jí)為40的采樣量化過(guò)程 當(dāng)采樣率和量化等級(jí)提高一倍，從圖中可以看出，當(dāng)用當(dāng)采樣率和量化等級(jí)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(lái)信號(hào)時(shí)（圖中的輪廓線），信號(hào)的失真明轉(zhuǎn)換器重構(gòu)原來(lái)信號(hào)時(shí)（圖中的輪廓線），信號(hào)的失真明顯減少，信號(hào)質(zhì)量得到了

4、提高顯減少，信號(hào)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(duì)模擬音頻信號(hào)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(gè)因素。1). 采樣頻率采樣頻率是指一秒鐘時(shí)間內(nèi)采樣的次數(shù)。在計(jì)算機(jī)多媒體音頻處理中，采樣頻率通常采用三種：。常見(jiàn)的CD唱盤(pán)的采樣頻率即為44.1KHz。2). 量化位數(shù)量化位數(shù)也稱(chēng)“量化精度”，是描述每個(gè)采樣點(diǎn)樣值的二進(jìn)制位數(shù)。例如，8位量化位數(shù)表示每個(gè)采樣值可以用28即256個(gè)不同的量化值之一來(lái)表示，而16位量化位數(shù)表示每個(gè)采樣值可以用216即65536個(gè)不同的量化值之一來(lái)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(gè)數(shù)稱(chēng)為聲道數(shù)，是指一次采樣所記錄產(chǎn)生的聲音波形個(gè)數(shù)。記錄聲音時(shí)，如果每次生成一個(gè)聲波數(shù)據(jù)，稱(chēng)為單聲道；每次生成兩個(gè)聲波數(shù)據(jù)，稱(chēng)為雙聲道（立體聲）。隨著聲道數(shù)的增加，所占用的存儲(chǔ)容量也成倍增加。(3). 數(shù)字音頻文件的存儲(chǔ)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(chǔ)量(假定未經(jīng)壓縮)為：存儲(chǔ)量=采樣頻率量化位數(shù)/8聲道數(shù)時(shí)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(chǔ)量為：4410016821=176400(字節(jié))練習(xí)： 1、在數(shù)字音頻信息獲取過(guò)程中，哪種順序是正確的？A、采樣、量化、壓縮、存儲(chǔ) B、采樣、壓縮、量化、存儲(chǔ)C、采樣、量化、存儲(chǔ)、壓縮 D、量化、采樣、壓縮、存儲(chǔ) 5分鐘立體聲32位采樣位數(shù)、44.1KZ采樣頻率的聲音,不壓縮的數(shù)據(jù)容量為多少M(fèi)B? 5*60*32*44.1/1024/1024=0.4M人有了知識(shí)，就會(huì)具備各種分析能力，明辨是非的能力。所以我們要勤懇讀書(shū)，廣泛閱讀，古人說(shuō)“書(shū)中自有黃金屋?！蓖ㄟ^(guò)閱讀科技書(shū)籍，我們能豐富知識(shí)，培養(yǎng)邏輯思維能力