一、数字音频

音频信号是一种连续变化的模拟信号，

但计算机只能处理和记录二进制的数字信

号，由自然音源得到的音频信号必须经过一定的变换，成为数字音频信号之后，

才能送到计算机中作进一步的处理。

数字音频系统通过将声波的波型转换成一系列二进制数据，

来实现对原始声音的

重现，实现这一步骤的设备常被称为模

/

数转换器（

A/D

）。

A/D

转换器以每秒钟

上万次的速率对声波进行采样，

每个采样点都记录下了原始模拟声波在某一时刻

的状态，

通常称之为样本

（

sample

）

，

而每一秒钟所采样的数目则称为采样频率，

通过将一串连续的样本连接起来，

就可以在计算机中描述一段声音了。

对于采样

过程中的每一个样本来说，数字音频系统会分配一定存储位来记录声波的振幅，

一般称之为采样分辩率或者采样精度，采样精度越高，声音还原时就会越细腻。

数字音频涉及到的概念非常多，

对于在

Linux

下进行音频编程的程序员来说，

最

重要的是理解声音数字化的两个关键步骤：

采样和量化。

采样就是每隔一定时间

就读一次声音信号的幅度，而量化则是将采样得到的声音信号幅度转换为数字

值，从本质上讲，采样是时间上的数字化，而量化则是幅度上的数字化。下面介

绍几个在进行音频编程时经常需要用到的技术指标：

1.

采样频率

采样频率是指将模拟声音波形进行数字化时，

每秒钟抽取声波幅度样本的

次数。采样频率的选择应该遵循奈奎斯特（

Harry Nyquist

）采样理论：

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，

就能从

采样信号系列重构原始信号。正常人听觉的频率范围大约在

20Hz~20kHz

之间，根据奈奎斯特采样理论，为了保证声音不失真，采样频率应该在

40kHz

左右。

常用的音频采样频率有

8kHz

、

11.025kHz

、

22.05kHz

、

16kHz

、

37.8kHz

、

44.1kHz

、

48kHz

等，

如果采用更高的采样频率，

还可以达到

DVD

的音质。

2.

量化位数

量化位数是对模拟音频信号的幅度进行数字化，

它决定了模拟信号数字化

以后的动态范围，常用的有

8

位、

12

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

贮空间也越大。