3.2 音频信号的数字化

将自然声或其他种类的声音转换成可处理的标准数字音频信号，就是数字音频的采样。这是获得数字化声音的基本手段。

3.2.1 音频信号的数字化过程

由于音频信号是一种连续变化的模拟信号，而计算机只能处理和记录二进制的数字信号，因此，由自然音源而得的音频信号必须经过一定的变化和处理，变成二进制数据后才能送到计算机进行再编辑和存储。

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，主要包括如下三部分内容。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，是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，相乘的结果即为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。最后对经量化器模数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。

3.2.2 影响音频信号的技术参数

1.采样频率

采样频率是指一秒钟内采样的次数。奈奎斯特（Harry Nyquist）采样理论认为：如果对某一模拟信号进行采样，则采样后可还原的最高信号频率只有采样频率的一半。或者说，只要采样频率高于输入信号最高频率的两倍，就能由采样信号系列重构原始信号。

根据该采样理论，CD激光唱盘采样频率为44 kHz，可记录的最高音频为22 kHz，这样的音质与原始声音相差无几，也就是我们常说的超级高保真音质（Super High Fidelity）。采样的三个标准频率分别为44.1 kHz、22.05 kHz和11.025 kHz。

2.量化位数

量化位数是对模拟音频信号的幅度轴进行数字化，它决定了模拟信号数字化后的动态范围，如表3-1所示。由于计算机按字节运算，一般的量化位数为8位和16位。量化位越高，信号的动态范围越大，数字化后的音频信号就越可能接近原始信号，但所需要的存储空间也越大。

表3-1 模拟音频信号量化位数

3.声道数

有单声道和双声道之分。双声道又称为立体声，音质、音色好，但在硬件中要占两条线路，立体声数字化后所占空间比单声道多一倍。

4.编码算法

编码的作用有两个：一是采用一定的格式来记录数字数据，二是采用一定的算法来压缩数字数据。压缩编码的基本指标之一就是压缩比，压缩比通常小于 1。压缩算法包括有损压缩和无损压缩。有损压缩是指解压后数据不能完全复原，要丢失一部分信息。压缩比越小，丢掉的信息越多、信号还原后失真越大。根据不同的应用，可以选用不同的压缩编码算法，如PCM、ADPC、MP3、RA等。