音频信号为什么要数字化，为什么在计算机处理音频信息之前必须先将摸拟音频信号数字化

来源：整理时间：2022-12-28 22:14:10 编辑：安防经验手机版

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1，为什么在计算机处理音频信息之前必须先将摸拟音频信号数字化
2，数字音频信号的产生原理
3，简述pcm数字化音频的主要原理
4，人们说话时所产生的语音信号必须数字化之后才能由计算机存储和处理
5，什么是数字化音频

1，为什么在计算机处理音频信息之前必须先将摸拟音频信号数字化

模拟音频通过传统录音带中多个磁场重放声音，放音头产生连续的电压模拟声波。比方说我们用磁带记录声音时，是使用电平的强弱来记录声音的强弱高低，而在播放时再根据这个电声规律还原原来的声音。而计算机不是能直接处理这些电平信号的，它只能处理二进制即0和1，将摸拟音频信号数字化是通过模数转换(模拟/数字转换器，ADC，Analog to Digital Converter)将模拟信号进行采样转换成一组相关的二进制数据保存。在声音重放过程中，做数模转换将数字信号变成模拟音频信号送至扬声器播放。数字化后就是数字音频，也可以说数字音频是通过采样，周期性测量声音模拟信号的振幅，并把它转换成一串数字，每个立体声通道使用一个模／数转换器，它们的输出是8位（1字节）形式，可以存储在磁盘，并用计算机处理。明白了吗？希望对你有用。

为什么在计算机处理音频信息之前必须先将摸拟音频信号数字化

2，数字音频信号的产生原理

这是我上课用的讲义，仅供参考：1、音频数字化：就是对模拟信号进行数字化处理，将其换成数字信号的过程。具体来说，就是对输入的模拟信号波形，以适当的时间间隔（即采样时间），将各个采样时间的波形幅值定量，并用“0”和“1”组成的二进制数码序列来表示，最后将该二进制数码序列变成脉冲信号的有无来输出，这就是模拟信号的数字化。在数字音响中普通采用的数字化方法是脉冲编码调制方式（Pulse Code Modulation, PCM），由法国人A.H.里夫斯于1937年发明。包括三个基本环节：取样、量化和编码。2、取样：就是每间隔一个时间段采集一次声音信号的幅度样本的过程。经过采样处理之后，模拟信号变成了一个个时间上等间距的离散信号，形成在时间不连续的脉冲序列。这个过程也称之为采样或抽样。其中时间间隔的大小叫做采样周期，用Ts表示；单位时间采集样本的次数称为采样频率，单位为Hz，用fs来表示。两者互为倒数，即fs=1/T。采样频率越高，声音的保真度就越高，数据量也越大。·采样定理（奈奎斯特定理）：在进行模拟/数字信号的转换过程中，当采样频率大于模拟信号中最高频率的2倍时，采样之后的数字信号完整地保留了原始信号中的信息，这就是著名的奈奎斯特定理。一般实际应用中保证采样频率为信号最高频率的2.56～4倍。如电话音频的信号频率约为3.4kHz，那么采样频率就应该≥6.8kHz，考虑到信号的衰减等因素，一般取8kHz。再如人类的听觉上限频率是20kHz附近，所以数字音响设备的取样频率大多选择为40~50kHz，如CD的取样频率采用44.1kHz。3、量化：就是把采样得取的每一个样本从模拟量转换为二进制数值的过程。即将模拟信号的幅度，在动态范围内划分为相等间隔的若干层次，把取样输出的信号电平按照四舍五入的原则归入最靠近的量值，如图3所示。显然，如果划分的层次越多，即量化的比特数越大，则量化的精度越高，误差就越小，动态范围也越大，信噪比也越高。但往往数据量也会越大。一般采用8位、12位、16位的量化位数。4、编码：就是把采样、量化所得的量值转换为二进制数码的过程称为编码。在数字音响中，通常采用16位数码表示一个量值，即量化位数n＝16。

数字音频信号的产生原理

3，简述pcm数字化音频的主要原理

PCM（Pulse Code Modulation）脉冲编码调制是一种模数转换的最基本编码方法。它把模拟信号转换成数字信号的过程称为模/数转换，它主要包括三在版块：（1）采样：在时间轴上对信号数字化。（2）量化：在幅度轴上对信号数字化。（3）编码：按一定格式记录采样和量化后的数字数据。编码的过程首先用一组脉冲采样时钟信号与输入的模拟音频信号相乘，相乘的结果即输入信号在时间轴上的数字化。然后对采样以后的信号幅值进行量化。最简单的量化方法是均衡量化，这个量化的过程由量化器来完成。对经量化器A/D变换后的信号再进行编码，即把量化的信号电平转换成二进制码组，就得到了离散的二进制输出数据序列x ( n )，n表示量化的时间序列，x ( n )的值就是n时刻量化后的幅值，以二进制的形式表示和记录。PCM文件：模拟音频信号经模数转换（A/D变换）直接形成的二进制序列，该文件没有附加的文件头和文件结束标志。Windows的Convert工具可以把PCM音频格式的文件转换成Microsoft的WAV格式的文件。将音频数字化，其实就是将声音数字化。最常见的方式是通过脉冲编码调制PCM(Pulse Code Modulation)。运作原理如下。首先我们考虑声音经过麦克风，转换成一连串电压变化的信号，如图一所示。这张图的横坐标为秒，纵坐标为电压大小。要将这样的信号转为 PCM 格式的方法，是使用三个参数来表示声音，它们是：声道数、采样位数和采样频率。采样频率：即取样频率，指每秒钟取得声音样本的次数。采样频率越高，声音的质量也就越好，声音的还原也就越真实，但同时它占的资源比较多。由于人耳的分辨率很有限，太高的频率并不能分辨出来。在16位声卡中有22KHz、44KHz等几级，其中，22KHz相当于普通FM广播的音质，44KHz已相当于CD音质了，目前的常用采样频率都不超过48KHz。采样位数：即采样值或取样值（就是将采样样本幅度量化）。它是用来衡量声音波动变化的一个参数，也可以说是声卡的分辨率。它的数值越大，分辨率也就越高，所发出声音的能力越强。声道数：很好理解，有单声道和立体声之分，单声道的声音只能使用一个喇叭发声（有的也处理成两个喇叭输出同一个声道的声音），立体声的pcm可以使两个喇叭都发声（一般左右声道有分工），更能感受到空间效果。

简述pcm数字化音频的主要原理

4，人们说话时所产生的语音信号必须数字化之后才能由计算机存储和处理

答案是：16KB。16kHz，则每秒采样16k次。每个采样数据为16位，需要2字节存储。因此原始数据为2B×16k = 32kB，由于压缩比为2，因此压缩后数据量为32kB÷2 = 16kB。任何数据类型的数组都需要 20 个字节的内存空间，加上每一数组维数占 4 个字节，再加上数据本身所占用的空间。数据所占用的内存空间可以用数据元数目乘上每个元素的大小加以计算。例如，以 4 个 2字节之 Integer 数据元所组成的一维数组中的数据，占 8 个字节。这 8 个字节加上额外的 24 个字节，使得这个数组所需总内存空间为 32 个字节。包含一数组的 Variant 比单独的一个数组需要多 12 个字节。扩展资料：数字化，即是将许多复杂多变的信息转变为可以度量的数字、数据，再以这些数字、数据建立起适当的数字化模型，把它们转变为一系列二进制代码，引入计算机内部，进行统一处理，这就是数字化的基本过程。数字化优点：1、数字信号与模拟信号相比，前者是加工信号。加工信号对于有杂波和易产生失真的外部环境和电路条件来说，具有较好的稳定性。可以说，数字信号适用于易产生杂波和波形失真的录像机及远距离传送使用。数字信号传送具有稳定性好、可靠性高的优点。2、数字信号需要使用集成电路(IC)和大规模集成电路(ISI) [2] ，而且计算机易于处理数字信号。数字信号还适用于数字特技和图像处理。3、数字信号处理电路简单。它没有模拟电路里的各种调整，因而电路工作稳定、技术人员能够从日常的调整工作中解放出来。例如，在模拟摄像机里，需要使用100个以上的可变电阻。在有些地方调整这些可变电阻的同时，还需要调整摄像机的摄像特性。各种调整彼此之间又相互有微妙的影响，需要反复进行调整，才能够使摄像机接近于完善的工作状态。在电视广播设备里，摄像机还算是较小的电子设备。如果摄像机100%的数字化，就可以不需要调整了。对厂家来说，降低了摄像机的成本费用。对电视台来说，不需要熟练的工程师，还缩短了节目制作时间。缺点：1、数字信号本身与模拟信号相比，确实受外部杂波的影响较小，但是它对被变换成数字信号的模拟信号本身的杂波却无法识别。因此，将模拟信号变换成数字信号所使用的模/数(A/D)变换器是无法辨别图像信号和杂波的。2、由于数字化处理会造成图像质量、声音质量的损伤。换句话说，经过模拟→数字→模拟的处理，多少会使图像质量、声音质量有所降低。严格地说，从数字信号恢复到模拟信号，将其与原来的模拟信号相比，不可避免地会受到损伤。这一点与下面的缺点有着密切的联系。

5，什么是数字化音频

数字化音频是一种利用数字化手段对声音进行录制、存放、编辑、压缩或播放的技术，它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。计算机数据的存储是以0、1的形式进行的，那么数字音频就是首先将音频文件转化，接着再将这些电频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频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。采样率：简单地说就是通过波形采样的方法记录1秒钟长度的声音，需要多少个数据。44khz采样率的声音就是要花费44000个数据来描述1秒钟的声音波形。原则上采样率越高，声音的质量越好。压缩率：通常指音乐文件压缩前和压缩后大小的比值，用来简单描述数字声音的压缩效率。比特率：是另一种数字音乐压缩效率的参考性指标，表示记录音频数据每秒钟所需要的平均比特值（比特是电脑中最小的数据单位，指一个0或者1的数），通常我们使用Kbps（通俗地讲就是每秒钟1024比特）作为单位。CD中的数字音乐比特率为1411.2Kbps（也就是记录1秒钟的CD音乐，需要1411.2024比特的数据），近乎CD音质的MP3数字音乐需要的比特率是112～128Kbps。量化级：简单地说就是描述声音波形的数据是多少位的二进制数据，通常用bit做单位，如16bit、24bit。16bit量化级记录声音的数据是用16位的二进制数，因此，量化级也是数字声音质量的重要指标。我们形容数字声音的质量，通常就描述为24bit（量化级）、48khz采样，比如标准CD音乐的质量就是16bit、44.1khz采样。目前，数字化音频在淘宝等电子商务平台中用于商品的展示还比较少，但在很多企业的电子商务门户网站中应该较多，往往与一组图像或视频结合在一起，具有强大的商品属性表现形式，常用在汽车、商品房展示等大型商品中，另外在商品的网络广告中也有较多应用。一组精彩的图像或者一个动感的视频画面，往往是需要声音来进行配合的，声音具备很强的感染力。在网络商品展示中，数字化音频的应用主要在旁白解释部分和音效合成部分，旁白部分弥补了单独看文字或图像时需要高度集中注意力的限制，可以在观看视频的同时去聆听解释文案，进而使商家可以从各个角度来全方位地对产品进行推销与宣传。网络上主流的音频格式为MP3、WAV等，这几种音频格式压缩体积小，音质比较理想，但是相对而言音频文件的体积比图片与文字还是稍大的，需要很多的存储空间。