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随着现代媒体传播形式的不断进步，数字音频技术发展迅猛，数字音频技术改变了整个媒体传统的生产和传输方式。 一、数字音频基础 1.数字语言 数字音频技术虽是一门复杂的学科，基本工作原理却不难理解。数字化的过程可以简单地表述为：通过使用二进制数字体系，将模拟信号以电压的形式进行编码、处理、存储以及重放，数字音频系统的工作原理是：在每个固定间隔的时间点上对模拟信号的瞬时电压采样（测量）后，转换成数字编码序列来表示这些电压，通过成功地测量这些模拟信号电压的变化（随时间），经转换的数字流就可以替代原始的模拟信号存储起来，以备今后的处理和制作。储存后无论音频制作发生什么样的变化，这些数字都能够随时进行再处理及制作。 2. 数字技术基础 模拟信号编码成等价数字信号，以及数字信号再转换回模拟信号的每个步骤。 A、采样：在模拟音频领域，信号的记录、存储和重放实际上是指信号在持续时间内以连续的方式变化。而数字录音过程则并不以连续的方式实现，而是将模拟音频波形变化进行周期采样，然后尽量准确地计算每一个采样瞬间的数据，并以代表该瞬间电压变化的一组二进制数字形式表示。采样的过程中，连续的模拟信号经过等时间间隔（由采样率决定）的离散采样，在每个时间点上，模拟信号被瞬时间“抓住”，转换器开始计算该信号的电平幅度，其精确度由转换器的比较电路以及所选比特率决定，随后转换器将之转换成与被采样模拟信号电平幅度相对应的数字二进制码，并储存在存储媒介中，这个过程结束后，就开始下一个周期的采样过程。就这样，一直不断地在录音过程中重复。 在数字音频系统中，采样率表示1S内对模拟进行测量（采样）的次数，它的倒数表示采样之间的时间间隔。比如：采样率为44.1KHZ的信号对应的采样时间是1/44100S。 B、量化：量化是采样过程中对信号幅度进行数字化处理的过程，它能将连续模拟信号的幅值电平（在离散的采样时间点上），转换成能够在数字领域中处理和存储的二进制码，通过对模拟信号的幅值进行精确间隔的采样，转换器能够计算出信号在一个采样周期内的准确电平值，并输出等同于原采样电平的二进制数信号，该二进制数在系统整体设计和字节比特长度允许的范围内，尽可能精确地对原始电平幅值进行编码，由于增加了信号数字编码的量代阶数，更多位的字节长度将直接被转换，从而带来更好的音质。 数字音频录音和重放过程中的每个细节都非常的复杂，理解起来很繁琐，但是其基本要素不外乎以下几个方面：①将模拟信号电压幅值进行等时间间隔的采样。②将采样片段转换成能够精确表达其电压幅值的数字数值。③将它们储存在数字存储器当中。 重放时，这些数字数值再转换回离散的电压幅值信息（再次按照精确地等时间间隔），使得最初被记录的信号幅值还原处理后重放。 C、处理细节中常出现的问题：尽管采样量化过程的基本原理非常容易理解，但在数字音频技术中常出现一些细节问题。比如，在被采样素材中已有频率的2倍超过了采样频率，那么该频率的固有周期就会小于采样频率所能准确捕捉到的周期。此时，连续的采样过程就不能准确采样到这些高频信息，而会记录下听起来像谐波失真的错误信息。 D、过采样：过采样普遍用在专业及民用的数字音频系统中，通过将原频率 放大12~128倍，来增加有效频率，使用这个过程的主要原因有3个：①通过增加有效采样带宽，可以使用采样器和较为经济的滤波器。②通过采样技术能够使用高端模拟/数字（A/D）转换器和数字/模拟（D/A）转换器的音质更好。③由于多重采样由多个单一模拟电压幅值的采样组成，因此平均采样噪声会更低。采样过后，采样数据就会根据目标数据的比率和带宽进行数字衰减，以便进行下一步的处理和储存。 E、信号误差率：信号误差率是用于衡量量化过程的参数。数字系统的信号误差率类似于（并不等同）模拟概念中的信噪比（S/N），信噪比是用来描述模拟系统的整体动态范围，而数字音频系统的信号误差率指的是量化后幅值电平的精确程度。 虽然模拟信号在自然界是连续的，但是经过量化后的数字信号并非连续。由于编码成数字的是采样后的离散幅值阶，也就限制了量化过程的精确性，最精确的数字编码也只能接近于原始的模拟信号幅值。 F、高频颤动电路：除了常应用在量化过程中，高频颤动电路也常在录音和信号转化过程中，需要将高比特率向低比特率转换时增加记录信号的整体比特分辩率，从而保证低噪声以及信号的清晰度。从技术上看，高频颤动是由在比特流中许多微小的随机产生的噪声相加而成，经过高频颤动处理后，能够将信号的信噪比和失真降低到理论值所能允许的范围内，这个过程使得低电平信号以小于最低位的比特率进行编码（小于单一量阶）。通过在A/D转换电路中加入少量的随机噪声，可以增强转换过程中对低于最低有效信号的分解能力和减少谐波失真。 G、固定及浮动点处理：很多较新的数字音频软件及数字音频工作站系统常使用浮动点运算来处理、混合及输出数字音频。比起固定点运算，浮动点运算的优势在于能够利用数字“速记”法及时处理较宽范围内的多个点。简而言之，它能够轻松地移动大数字中的小数点位置，在某种程度上变成更小的值，这样一来，处理器就能够在内部灵活又更精确地计算更大的比特率值。 江苏 张家港 陈梅红 （本文刊登于2015《电子报》第2期第15版） |
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