論數(shù)字音頻信號(hào)的采樣new

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1、萬方數(shù)據(jù)EI●etrOnIePUbIShIn口論數(shù)字音頻信號(hào)的采樣音頻信號(hào)是以波形或其他物理量描述聲音特征的各種表現(xiàn)方式。最初，音頻信號(hào)通過模擬方式記錄、傳輸和重放，即利用電流(或電壓)的大小變化來“模仿”聲音波形，但模擬音頻信號(hào)處理元器件對(duì)環(huán)境的要求較高，信噪比相對(duì)低，設(shè)備的開發(fā)成本也較高。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，模擬音頻信號(hào)被轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字音頻信號(hào)來計(jì)算和處理。數(shù)字音頻信號(hào)計(jì)算不受時(shí)間和環(huán)境變化的影響，設(shè)備的開發(fā)不是物理上實(shí)現(xiàn)而是僅用數(shù)學(xué)運(yùn)算去模擬。因此相對(duì)來說開發(fā)的成本就低些，而且可以保證多種音頻信號(hào)的還原質(zhì)量，滿足不同應(yīng)用環(huán)境的需要。音頻信號(hào)的數(shù)字化工作主要有三個(gè)步驟，即采樣、量

2、化和編碼。采樣是指將模擬音頻信號(hào)的幅值以一定的時(shí)間間隔取得其樣值；量化階段指每個(gè)采樣點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電壓或電流模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式；將量化值用二進(jìn)制數(shù)表示的具體實(shí)現(xiàn)過程稱為編碼。其中采樣頻率和采樣精度是決定數(shù)字音頻信號(hào)質(zhì)量的兩個(gè)關(guān)鍵因素。一、影響采樣頻率的幾個(gè)因素目前常用的16位聲卡采樣頻率設(shè)有22．05KHz、44．1KHz、48KHz三個(gè)等級(jí)，其音質(zhì)分別對(duì)應(yīng)于調(diào)頻立體聲音樂、CD質(zhì)量立體聲音樂、優(yōu)質(zhì)CD質(zhì)量立體聲音樂。由上可見，采樣頻率與聲音的質(zhì)量成正比，采樣頻率越高，音質(zhì)越好。在采樣頻率的選取和應(yīng)用過程中，必須考慮以下幾點(diǎn)：1．昕覺范圍人耳對(duì)聲振動(dòng)的感受，受到聲頻信號(hào)的頻率及其聲壓級(jí)的限制。在

3、整個(gè)頻率范圍，人耳能感覺到的聲振動(dòng)頻率約在20Hz一20KHz之間，對(duì)低于20Hz的次聲和高于20KHz的超聲均感覺不口印刷工程系石利琴到?？梢?，人耳聽覺分辨率畢竟有限，過高的采樣頻率表現(xiàn)的完美音質(zhì)，人耳已無法辨別出來，因此充分考慮人耳的聽覺范圍對(duì)于選取合理采樣頻率是有現(xiàn)實(shí)意義的。2．音頻信號(hào)的最高頻率考慮音頻信號(hào)的最高頻率，主要目的是在模擬音頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字音頻信號(hào)過程中有適中的采樣數(shù)，減少存儲(chǔ)和傳輸過程的數(shù)據(jù)量，同時(shí)在數(shù)字音頻信號(hào)還原為模擬音頻信號(hào)的過程中使聲音的失真達(dá)到最小。根據(jù)奈奎斯特(Nyquist)采樣定理，當(dāng)采樣頻率fs為被采樣音頻信號(hào)最高頻率fh的兩倍時(shí)，則被采樣音頻信號(hào)可以

4、被正確還原。奈奎斯特采樣定理之所以這樣規(guī)定，是因?yàn)椴蓸宇l率fs小于音頻信號(hào)最高頻率fh的兩倍、或音頻信號(hào)的實(shí)際最高頻率超過了m時(shí)，則容易產(chǎn)生頻譜混疊現(xiàn)象，導(dǎo)致無法將原音頻信號(hào)還原，并且會(huì)出現(xiàn)混疊噪聲。因此，考慮到人耳的聽覺范圍，只要音頻信號(hào)的采樣頻率大于40KHz，就能將可聽聲范圍覆蓋并能還原。3．便于偽視頻信號(hào)的形成44．1KHz的采樣頻率是各種系統(tǒng)普遍提供的采樣頻率，無論聲卡、數(shù)字非線性編輯系統(tǒng)還是CD等數(shù)字音頻設(shè)備均如此。對(duì)于聲音質(zhì)量要求不高時(shí)也使用44．1KHz的半采樣頻率22．5KHz、四分之一采樣頻率11．025KHz來獲得低質(zhì)量聲音。44．1KHz是為了與所用電視制式相適應(yīng)而確

5、定的采樣頻率，以使音頻信號(hào)滿足用電視錄像機(jī)作為記錄手段時(shí)所轉(zhuǎn)換的偽視頻信號(hào)應(yīng)該包含的場(chǎng)同步和行同步信號(hào)。對(duì)于PAL電視制式，由于幀頻為25、每幀行數(shù)L為625，所以行頻為：fh=25X625=15625Hz。模擬黑白電視和彩色電————————————————一2003／增刊出版與印刷卜————————————一61電子出版萬方數(shù)據(jù)EI●奄trOnI奄PUhIShlnIi電子出版視傳送和接收都用隔行掃描。電子束的掃描周期分為正程期和逆程期。其中正程期掃描像素，逆程期并不掃描像素，只是為下一周期掃描進(jìn)行準(zhǔn)備。逆程期包括行逆程和場(chǎng)逆程。逆程期間是不傳送圖像的，但電子束的掃描仍在進(jìn)行，它要回掃以便

6、下一輪的正掃。倘若在回掃期間不采取措施，電子束也會(huì)掃描像素，干擾正常的圖像。所以回掃期間應(yīng)讓電子束截至，不讓其掃出軌跡，這種方式稱為消隱，用于控制消隱的信號(hào)稱為消隱信號(hào)。逆程期時(shí)間約為掃描周期的6％，因此在每幀消隱期間，被消隱行數(shù)約37行，可見每幀中有效行與行數(shù)之比為588：625。在一行中，對(duì)音頻信號(hào)取3個(gè)取樣點(diǎn)。因此，采樣頻率fh=3×fh×588／625=44．1KHz同樣，對(duì)于NTSC制式黑白電視，由于幀頻為30、每幀行數(shù)L為525行。所以行頻f11為：fh=30×525=15750Hz，每幀被消隱行數(shù)約35行，因此NTSC制式的每幀中，有效行與行數(shù)之比為490：525，采樣頻率仍為

7、44．1KHz?？梢姡?4．1KHz采樣頻率的應(yīng)用，不但滿足奈奎斯特(Nyquist)采樣定理的要求，保證音頻信號(hào)的正確還原，而且又能與電視制式相適應(yīng)。4．常見的其他標(biāo)準(zhǔn)采樣頻率除44．1KHz外，還有其他三種采樣頻率，即48KHz、32KHz、44．056KHz。32KHz一般適用于記錄衛(wèi)星節(jié)目，它的音頻最高頻率只能達(dá)到15KHz，音頻信號(hào)質(zhì)量不高，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量相對(duì)小。48KHz是數(shù)字音頻磁帶錄音技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)