语音信号采样与量化基本原理

语音信号采样与量化基本原理 在数字信号处理中，采样和量化是两个非常重要的概念，它们之间紧密相关，都是将模拟信号转换为数字信号的过程中不可或缺的步骤。 采样是将模拟信号在时间轴上分割成离散信号的过程，每隔一个时间间隔在模拟声音的波形上取一个幅度值，把时间上的连续信号变成时间上的离散信号。采样率是指计算机每秒钟采集多少个声音样本。根据奈奎斯特（Nyquist）理论，只有采样频率高于声音信号最高频率的两倍时，才能把数字信号表示的声音还原成为原来的声音。 量化是将采样后的信号按整个声波的幅度划分成有限个区段的集合，把落入某个区段内的样值归为一类，并赋于相同的量化值。量化的目的是为了用数字信号表示模拟信号的幅度大小。量化的精度取决于量化等级的多少，量化等级越高，量化精度越高。 采样和量化的过程可以由 A/D 转换器实现。A/D 转换器以固定的频率去采样，即每个周期测量和量化信号一次。经采样和量化后声音信号经编码后就成为数字音频信号，可以将其以文件形式保存在计算机的存储介质中，这样的文件一般称为数字声波文件。 在采样和量化过程中，失真是不可避免的，但是可以通过提高采样率和量化等级来减少失真的程度。例如，可以把上图中的波形划分成更为细小的区间，即采用更高的采样频率，同时，增加量化精度，以得到更高的量化等级。 在实际应用中，采样率和量化等级的选择取决于具体的应用场景和音频信号的特点。例如，在专业录音棚中，采样率可以高达 96 kHz，而量化等级可以高达 24 位。然而，在一些嵌入式系统中，采样率和量化等级可能需要降低，以便满足系统的资源限制。 采样和量化是数字信号处理中两个非常重要的概念，它们之间紧密相关，都是将模拟信号转换为数字信号的过程中不可或缺的步骤。只有通过合理地选择采样率和量化等级，才能获得高质量的数字音频信号。