浅析数字音频的原理和理论应用

王庆华

滨州市人民广播电台 山东省滨州市 256600

摘 要

数字音频是随着数字信号处理技术、计算机技术、多媒体技术的发展而形成的一种全新的声音处理手段。在现代生活中可以说普遍存在，随处可见，这种技术带给我们带来了听觉上的享受，作为工作者更应该掌握它的基本原理和应用，发展的看待这种技术，能够更好地驾驭它并在其基础上有所发展。

关键词：采样率 码率 采样 量化 编码 A/D数模转化 D/A模数转化

数字音频是一种利用数字化手段对声音进行录制、存储、编辑、压缩或播放的技术。而所谓的数字化就是把计算机数据的存储是以0、1的形式存取的，那么数字音频就是首先将音频文件转化，接着再将这些电平信号转化成二进制数据保存，播放的时候就把这些数据转换为模拟的电平信号再送到喇叭播出，数字声音和一般磁带、广播、电视中的声音就存储播放方式而言有着本质区别。相比而言，它具有存储方便、存储成本低廉、存储和传输的过程中没有声音的失真、编辑和处理非常方便等特点。

一、模拟音频技术

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；唱片（LP）表面上起伏跌宕（细小到你很难看见，而且并非是表面纹路形成的沟痕的底部，事实上这些跌宕起伏是存在于纹路的两侧）或者是磁带上的磁粉引起的磁场强度来表示音箱上振膜的即时位置，比如说，当唱片表面在某一时刻比前一时刻的纹路呈下降趋势时，音箱上的振膜就会向里

收缩；如果呈上升趋势，音箱上的振膜就会向外舒张，从而产生声音，这是原始的模拟音频。

二、数字音频技术

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。而数字音频技术是通过把模拟信号进行时间上的离散化和幅度上的量化处理以后，变为一连串数字信号加以存储或传输。因为数字信号不会因存储、传输或重放过程中引起音质变化，是越来越多采用数字音频技术的主要原因。

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转换通常使用PCM（脉冲编码调制）技术来实现，未经过数据压缩，直接量化进行传输则被称为PCM（脉冲编码调制）。A/D转换过程包括三个阶段，即取样、量化、编码。

三、模数转换（A/D）原理

模数转换是将模拟信号转换成数字信号的系统，是一个滤波、采样保持和编码的过程。

首先来总览一下模数转换，如图：

模拟音频信号 低通滤波器 采样 量化 编码 数字码流 音频信号的数字化

A/D转换器

1、采样的定义：采样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。

每秒钟采样的次数称为采样频率，用?s表示；样本之间的时间间隔称为取样周期，用T表示，T=1/?s。例如：CD的采样频率为44.1kHz，表示每秒钟采样44100次。常用的采样频率有8kHz、22.05kHz、44.1kHz、48kHz等。

2、量化的定义：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。

量化就是把采集到的数值送到量化器（A/D转换器）编码成数字，每个数字代表一次采样所获得的声音信号的瞬间值。量化时，把整个幅度划分为几个量化级（量化数据位数），把落入同一级的样本值归为一类，并给定一个量化值。量化级数越多，量化误差就越小，声音质量就越好。