声音采样背后的原理，采样、量化和编码简介！

采样是指用每隔一定时间的信号样值序列来代替原来在时间上连续的信号，也就是在时间上将模拟信号离散化。量化是用有限个幅度值近似原来连续变化的幅度值，把模拟信号的连续幅度变为有限数量的有一定间隔的离散值。编码则是按照一定的规律，把量化后的值用二进制数字表示。

把模拟信号转换成数字信号的过程称为模/数转换，它主要包括：

采样：在时间轴上对信号数字化。
量化：在幅度轴上对信号数字化。
编码：按一定格式记录采样和量化后的数字数据。

采样频率：

声音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：如果对某一模拟信号进行采样，则声音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，就能从声音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44KHz，可记录的最高音频为22KHz，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-HiFi）。采样的三个标准频率分别为：44.1KHz，22.05KHz和11.025KHz。

音乐采样是指录音设备在单位时间内对模拟信号采样的多少，音乐采样器的频率越高，机械波的波形就越真实越自然。在当今的主流采集卡上，采样频率一般共分为11025Hz、22050Hz、24000Hz、44100Hz、48000Hz五个等级，11025Hz能达到AM调幅广播的声音品质，而22050Hz和24000HZ能达到FM调频广播的声音品质，44100Hz则是理论上的CD音质界限，48000Hz则更加精确一些。

声波其实是一种机械波，因此也有波长和振幅的特征，波长对应于时间轴线，振幅对应于采样值轴线。波是无限光滑的，弦线可以看成由无数点组成，由于存储空间是相对有限的，数字编码过程中，必须对弦线的点进行采样。采样的过程就是抽取某点的采样值，很显然， 音乐采样器 在单位时间中内抽取的点越多，获取得波长信息更丰富，为了复原波形，一个周期中，必须有至少2个点的采样，人耳能够感觉到的最低波长为1.7cm，即20000Hz，因此要满足人耳的听觉要求，则1s采样至少40000次，用40000Hz（40kHz）表达，这个40kHz就是采样率。我们常见的CD，采样率为44.1kHz。

音乐采样器 采集过程中视频和音频同步是非常重要的，光有波长信息是不够的，我们还必须获得该波长的能量值并量化，用于表示信号强度。量化电平数为2的整数次幂，我们常见的CD位16级的采样大小，即2的4次方。采样大小相对采样率更难理解，因为要显得抽象点，举个简单例子：假设对一个波进行8次采样，采样点分别对应的能量值分别为A1-A8，但我们只使用2bit的采样大小，结果我们只能保留A1-A8中4个点的值而舍弃另外4个。如果我们进行3bit的采样大小，则刚好记录下8个点的所有信息。采样率和采样大小的值越大，记录的波形更接近原始信号。

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