音频信号的数字化.ppt

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1、第二章音频信号的数字化2.1音频信号数字化的优势音频信号数字化后可以避免模拟信号容易受噪声和干扰的影响可以扩大音频的动态范围可以利用计算机进行数据处理节省存储空间和成本易于加密处理可以不失真的远距离传输可以与图像、视频等其他媒体信息进行多路复用，以实现多媒体化和网络化本节学习目标：熟悉音频信号数字化的过程。掌握均匀量化的原理。理解“量化”是数字音频信号产生失真的主要根源。掌握量化信噪比与量化比特数之间的关系。熟悉常见的音频信号采样频率及量化精度。音频信号的数字化数字化：将连续变化的模拟信号转换为离散的数字信号（脉冲编码调制，PCM）采样：每隔一定时间抽取一个样本量化：用有限长数字量逼近模拟量

2、编码：量化的数字变成二进制数码比特：用高、低两种电平表示脉冲序列中的基本单元字节：一个字节等于8位二进制2.2音频信号的数字化ADC（A/D）AnalogueDigitalConversion模数变化，用一系列数码来代替连续变化的声音音频信号的数字化采样（SAMPLING）采样定理混叠失真与限带滤波采样保持电路采样脉冲宽度与孔径效应采样频率1.采样定理采样又称取样或抽样，是指每隔一定的时间间隔，抽取信号的一个瞬时幅度值。这样就把时间上连续变化的无限个样值变成离散的有限个样值的过程。脉冲序列的采样频率fs(samplingrate)，即每秒钟采样的次数。采样时间采样后得出的一系列在时间上离散的

3、样本值称为样值序列。t0vSTSt0vI’(t)t0vI(t)采样频率要大于或等于被采样信号最高频率的2倍，就可以无失真地恢复出原始的模拟信号。fs≥2fm。否则，采样后的信号频谱会发生混叠现象。混叠后，信号的高频成分会抬升，导致频率失真2.混叠失真与限带滤波不满足采样定理的条件，采样后的信号就会发生频谱混叠现象，从而产生频谱混叠失真。为了防止产生混叠失真,当采样频率确定后,必须限制原模拟信号的上限频率。因此，一般在采样之前设置一个低通滤波器，滤除高于fs/2的频率，这一低通滤波器也叫防混叠滤波器。相应的，在D/A转换器之后要设置内插低通滤波器（防镜像滤波器），以滤除多余的高频分量，只把原信

4、号取出来。理想的滤波器平坦的通带陡直的滤波特性无穷大的阻带衰减实际的滤波器通带不是完全平坦有比较温和的过渡带下降所以采样频率应稍大于信号最高频率fs＝(2.1-2.5)fm3.采样保持电路（S/H）完成采样和保持功能的电路。保持功能是为了在对采样点量化的这段时间内将采样值保持不变。采样阶段：开关闭合时，输入电压对电容充电，同时直接作为输出电压保持阶段：开关断开后，用电容器上所充的电荷使输出电压保持开关断开前的电压。采样保持电路的主要参数失调误差主要发生在输入/输出缓冲放大器处捕捉时间取样命令发出时刻到得到样值的时刻的时间间隔平顶降落由于电容电荷的泄露，使得保持的样值产生下降需要小电容需要大电

5、容常使用聚丙烯和聚四氟乙烯制作的高品质电容（反应速度快，电荷持久）4.采样脉冲宽度与孔径效应由于采样信号并非理想的冲击序列，而是有一定宽度的脉冲信号，所以会使恢复的模拟信号的高频特性产生失真，这种效应称为孔径效应。当采样脉冲宽度为采样周期的1/4时，孔径效应就可以忽略了。5.采样频率目前常用的音频采样频率有48kHz，44.1kHz，32kHz，96kHz，192kHz……音频信号的采样频率选取原则音频信号的最高频率防混叠低通滤波器的截止特性以录像机作为记录设备时，便于形成伪视频信号。量化量化：把幅度上连续变化的样本值离散化，变换为有限个样本值。量化精度（RESOLUTION）量化级数M量化

6、位数（比特数）n量化步长量化级数越大，量化位数越多，量化步长越小。量化误差（量化噪声）量化误差即为采样值与量化值之间的差值。任一时刻的量化误差是可以从输入信号求出的。量化误差在信号中表现类似于噪声，也有很宽的频谱，所以也被称为量化噪声。量化位数越多，量化误差（失真）越小。均匀量化的量化误差的最大绝对值为△/2量化位数与最大量化信噪比之间的关系：S/N=6.02N+1.76dB每增加一个量化比特，信噪比提高6dB.编码将量化后的数值用二进制码表示，这一过程称为编码。最简单的编码方式是二进制编码，用n比特二进制码来表示已经量化了的样本值，每个二进制数对应一个量化电平。量化级数二进制等效数字脉冲编

7、码波形00000100012001030011401005010160110701118100091001101010111011121100131101141110151111通过脉冲的“1”和“0”表现调制信号的大小，完成PCM的过程。总结PCM的三个步骤1.采样：时间离散化2.量化：幅值离散化3.编码：数值二值化2.3A/D转换器对数字音频来说，A/D转换器的性能对音质具有决定性的影响数字音频系统中常用