什么是数字音频

2017-10-25

人耳是声音的主要感觉器官,人们从自然界中获得的声音信号和通过传声器得到的声音电信号等在时间和幅度上都是连续变化的,时间上连续,而且幅度随时间连续变化的信号称为模拟信号(例如声波就是模拟信号,音响系统中传输的电流,电压信号也是模拟信号),记录和重放信号的音源即使模拟音源,例如磁带/录音座、LP/LP电唱机等;时间和幅度上不连续或是离散的,只有0和1两种变化的信号称为数字信号,记录和重放数字信号的音源叫做数字音源,例如CD/CD机,DVD/DVD播放机等。

数字音频

传统的信号都是以模拟手段进行处理的,称为模拟信号处理。模拟音频信号处理有很多弊端,如抗干扰能力很差,容易受机械振动、模拟电路的影响产生失真,远距离传输受环境影响较大等。数字信号是以数字化形式对模拟信号进行处理,它在时间和幅度上都是离散的。把模拟的电信号变为数字电信号这一过程称为模拟信号数字化,即模/数转换(A/D)。(A/D)转换通常次啊用PCM(脉冲编码调制)技术来实现。A/D转换过程包括三个阶段,即取样、量化、编码。

取样

取样也叫采样,是指将时间轴上连续的信号每隔一定的时间间隔抽取出一个信号的幅度样本,把连续的模拟量用一个个离散的点来表示,使起称为时间上离散的脉冲序列。

乃奎斯特取样定理:要想取样后能够不失真的恢复出原信号,则取样频率必须大于信号最高频率的两倍,即fs>2fm 式中,fs表示取样频率,fm为原信号频率。

量化

所谓量化,就是度量采样后离散信号幅度的过程,度量结果用二进制数来表示。量化精读就是度量时分级的多少。

编码

抽样、量化后的信号还不是数字信号,需要把它转换成数字编码脉冲,这一过程称为编码。

声音的三个要素(响度、音调、音色)可以由传声器转变成相应的电流的三个特性(幅度、频率、波形)。

在对数字音频信号进行存储和传输,通常要对其进行压缩编码和纠错编码。压缩编码的目的是降低数字音频信号的资料量和数码率,以提高存储和传输的有效性;纠错编码的目的是为信号提供纠错、检错的能力,以提高存储和传输的可靠性。由于压缩编码一边都是在整个系统的信号源端进行,因此也称其为信源编码,而纠错编码一般在信道端进行,因此也称其为信道编码。

数字音频压缩编码主要基于两种途径:一种是去除声音信号中的"冗余"部分,另一种是利用人耳的听觉特性,将声音中与听觉无关的"不相关"部分去除。