第2章数字声音简介 度值是0.26V,它的取值就算作0.3,这种数值就称为离散数值。我们把时间和幅度都用离散 的数字表示的信号就称为数字信号 2.2.3声音信号数字化 声音进入计算机的第一步就是数字化,数字化实际上就是采样和量化。如前所述,连续 时间的离散化通过采样来实现,就是每隔相等的一小段时间采样一次,这种采样称为均匀采 样( uniform sampling):连续幅度的离散化通过量化( quantization)来实现,就是把信号的 强度划分成一小段一小段,如果幅度的划分是等间隔的,就称为线性量化,否则就称为非线 性量化。图2-02表示了声音数字化的概念。 0100 0010 0000 100l l010 1011 1100 图2-02声音的采样和量化 声音数字化需要回答两个问题:①每秒钟需要采集多少个声音样本,也就是采样频率(f) 是多少,②每个声音样本的位数( bit per sample,bps)应该是多少,也就是量化精度 2.2.4采样频率 采样频率的高低是根据奈奎斯特理论( Nyquist theory)和声音信号本身的最高频率决 定的。奈奎斯特理论指出,采样频率不应低于声音信号最高频率的两倍,这样就能把以数字 表达的声音还原成原来的声音,这叫做无损数字化( lossless digitization)。采样定律用 公式表示为 f≥2f或者T≤m/2 其中f为被采样信号的最高频率 你可以这样来理解奈奎斯特理论:声音信号可以看成由许许多多正弦波组成的,一个振 幅为A、频率为f正弦波至少需要两个采样样本表示,因此,如果一个信号中的最高频率为 ∫m,采样频率最低要选择2Jm。例如,电话话音的信号频率约为34kz,采样频率就 选为8kHz 2.2.5采样精度 样本大小是用每个声音样本的位数bit/s(即bps)表示的,它反映度量声音波形幅度的精 度。例如,每个声音样本用16位(2字节)表示,测得的声音样本值是在0 的范围里 它的精度就是输入信号的1/65536。样本位数的大小影响到声音的质量,位数越多,声音的 质量越高,而需要的存储空间也越多;位数越少,声音的质量越低,需要的存储空间越少 采样精度的另一种表示方法是信号噪声比,简称为信噪比( signal-to- noise ratio, SNR),并用下式计算: sNr= 10 lg [(sigmal)/(Voise)]=20 1g (Signal /Vnoise 其中,Vima表示信号电压,表示噪声电压:SNR的单位为分贝(db)第2章 数字声音简介 3 度值是0.26V，它的取值就算作0.3，这种数值就称为离散数值。我们把时间和幅度都用离散 的数字表示的信号就称为数字信号。 2.2.3 声音信号数字化 声音进入计算机的第一步就是数字化，数字化实际上就是采样和量化。如前所述，连续 时间的离散化通过采样来实现，就是每隔相等的一小段时间采样一次，这种采样称为均匀采 样(uniform sampling)；连续幅度的离散化通过量化(quantization)来实现，就是把信号的 强度划分成一小段一小段，如果幅度的划分是等间隔的，就称为线性量化，否则就称为非线 性量化。图2–02表示了声音数字化的概念。 图2－02 声音的采样和量化 声音数字化需要回答两个问题：①每秒钟需要采集多少个声音样本，也就是采样频率(fs) 是多少，②每个声音样本的位数(bit per sample，bps)应该是多少，也就是量化精度。 2.2.4 采样频率 采样频率的高低是根据奈奎斯特理论(Nyquist theory)和声音信号本身的最高频率决 定的。奈奎斯特理论指出，采样频率不应低于声音信号最高频率的两倍，这样就能把以数字 表达的声音还原成原来的声音，这叫做无损数字化(lossless digitization)。采样定律用 公式表示为 fs  2f 或者 Ts  T/2 其中f为被采样信号的最高频率。 你可以这样来理解奈奎斯特理论：声音信号可以看成由许许多多正弦波组成的，一个振 幅为A、频率为f的正弦波至少需要两个采样样本表示，因此，如果一个信号中的最高频率为 max f ,采样频率最低要选择2 max f 。例如，电话话音的信号频率约为3.4 kHz，采样频率就 选为8 kHz。 2.2.5 采样精度 样本大小是用每个声音样本的位数bit/s(即bps)表示的，它反映度量声音波形幅度的精 度。例如，每个声音样本用16位(2字节)表示，测得的声音样本值是在0～65536的范围里， 它的精度就是输入信号的1/65536。样本位数的大小影响到声音的质量，位数越多，声音的 质量越高，而需要的存储空间也越多；位数越少，声音的质量越低，需要的存储空间越少。 采样精度的另一种表示方法是信号噪声比，简称为信噪比(signal-to-noise ratio， SNR)，并用下式计算： SNR＝ 10 lg [(Vsignal) 2 / (Vnoise) 2 ]＝20 lg (Vsignal / Vnoise) 其中，Vsignal表示信号电压，Vnoise表示噪声电压；SNR的单位为分贝(db)