音频的数字化过程

6.1.1　音频信号的转换过程

　　音频信号是随时间变化的连续的模拟信号，它们由波形组成，波形的峰和谷代表不同的音调；而计算机 只能处理数字信号。因此，在计算机处理音频信号之前，首要的一步是把音频信号变成用“0”和“1”表示的数字信号，这个过程称为数字化，或者叫做模 （拟）/数（字）转换，即A/D变换（Analog/Digital）。完成这个转换的器件称为模数转换器，常用ADC（Analog　to　 Digital　Converter）表示。

　　计算机对音频信号处理完成之后，得到的信号依然是数字信号。这时，如果把这种信号直接传 送给喇叭发声，我们根本就听不懂，因此，必须再把数字音频信号转变成模拟信号，即数/模转换（D/A变换）。完成这个转换的器件称为数模转换器，常用 DAC（Digital　to　Analog　Converter）表示。

　　由此我们知道，音频是先通过模数转换器数字化，再通过数模转换器播放出来的。这一过程是由声卡来完成的。

　　数字音频和模拟音频之间进行转化需要依靠声卡。声卡一般都会有三个接口，分别接不同的设备。

　　6.1.2　音频的数字化过程

　　各种声源（如麦克风、磁带录音、无线电和电视广播、CD等）所产生的音频都可以进行数字化。音频的数字化就是将随时间连续变化的声音波形信号通过模/数转换电路转换成计算机可以处理的数字信号。

　　音频的数字化过程包括采样和量化这两个步骤。

　 　采样：每隔一段相同的时间间隔读一次波形的振幅，将读取的时间和波形的振幅记录下来。我们把x轴定为时间轴，用y轴来表示采样得到的声音波形信号的振幅 值，每隔一定的时间读一次波形的振幅，假设在0微秒时读一次波形的振幅，在0.1微秒时读一次波形的振幅，如此类推，每隔0.1微秒我们就读一次波形的振 幅，最后用曲线把这些点连接起来，那么就形成了一段波形。

　　我们把采样的频率简称为采样率，由此可见，采样率越高，获得的波形也就越精确。

　 　量化：将采样得到的在时间上连续的信号（通常为反映某一瞬间波形幅度的电压值）加以数字化，使其变成在时间上不连续的信号序列，即通常的A/D变换。显 然，用来表示一个电压值的数位越多，即量化位数越高，音频的分辨率和质量就越高。如在0～10　V之间的电压有无穷多个数，但只用0，1，2……，9共 10个数来近似表示时，0.15　V、0.001　V　这一类的数就都要用0表示；如果是用0，1，2……，99共100个数来表示时，0.001　V还 是用0来表示，但0.15　V就可以用1来表示，这样数据就精确一些了。

　　6.1.3　音频质量与文件大小

　　总的来说，对音频质量要求越高，保存这一段声音的文件就越大，也就是要求的存储空间越大。采样频率、样本大小和声道数，这三个参数决定了音频质量和文件大小。

　　（1）采样频率。

　　采样频率就是指每秒钟采集多少个声音样本。它反映了计算机读取声音样本的快慢。采样频率越高，采样的时间间隔越短，在单位时间里计算机读取的声音数据就越多，声音波形就表达得越精确，声音便会越真实，但需要的存储空间也就越大。

　　（2）样本大小。

　　样本大小又称量化位数，反映计算机量度声音波形幅度的精度。其比特数越多，量度精度越高，声音的质量就越高，而需要的存储空间也相应增大；相反，比特数越少，需要的存储空间也越小，但声音质量越差。

　　（3）声道数。

　　立体声文件比单声道的音质要好很多，其文件大小也为单声道的两倍。

　　（4）文件大小。

　　音频数字化后需要占用的磁盘空间大小可用以下公式计算：

　　声音文件大小（字节B）=采样频率（Hz）×量化位数×声道数×时间（s）/8

　　采样频率和样本大小（量化位数）越高，音频的分辨率和质量就越高，存储空间越大。我们常用44100　Hz的采样率、双声道、16位的量化位数来录制声音。

　　6.1.4　常用音频文件的格式

　　音频媒体有数字音频、合成MIDI音频和CD音频三种格式。常用的音频文件格式有CD（.cda）、MIDI（.mid、.rmi）、Movie（.mpg、.dat、.mpa）、Audio（.mp3、.mp2、.mp1、.abs）、WAVE（.wav）等。

　　CD：能够在CD机中播放的CD音乐碟中的音频文件就是CD格式的文件。