隨著現(xiàn)代媒體傳播形式的不斷進(jìn)步，數(shù)字音頻技術(shù)發(fā)展迅猛，數(shù)字音頻技術(shù)改變了整個媒體傳統(tǒng)的生產(chǎn)和傳輸方式。

一、數(shù)字音頻基礎(chǔ)

1.數(shù)字語言

數(shù)字音頻技術(shù)雖是一門復(fù)雜的學(xué)科，基本工作原理卻不難理解。數(shù)字化的過程可以簡單地表述為：通過使用二進(jìn)制數(shù)字體系，將模擬信號以電壓的形式進(jìn)行編碼、處理、存儲以及重放，數(shù)字音頻系統(tǒng)的工作原理是：在每個固定間隔的時間點上對模擬信號的瞬時電壓采樣（測量）后，轉(zhuǎn)換成數(shù)字編碼序列來表示這些電壓，通過成功地測量這些模擬信號電壓的變化（隨時間），經(jīng)轉(zhuǎn)換的數(shù)字流就可以替代原始的模擬信號存儲起來，以備今后的處理和制作。儲存后無論音頻制作發(fā)生什么樣的變化，這些數(shù)字都能夠隨時進(jìn)行再處理及制作。

2. 數(shù)字技術(shù)基礎(chǔ)

模擬信號編碼成等價數(shù)字信號，以及數(shù)字信號再轉(zhuǎn)換回模擬信號的每個步驟。

A、采樣：在模擬音頻領(lǐng)域，信號的記錄、存儲和重放實際上是指信號在持續(xù)時間內(nèi)以連續(xù)的方式變化。而數(shù)字錄音過程則并不以連續(xù)的方式實現(xiàn)，而是將模擬音頻波形變化進(jìn)行周期采樣，然后盡量準(zhǔn)確地計算每一個采樣瞬間的數(shù)據(jù)，并以代表該瞬間電壓變化的一組二進(jìn)制數(shù)字形式表示。采樣的過程中，連續(xù)的模擬信號經(jīng)過等時間間隔（由采樣率決定）的離散采樣，在每個時間點上，模擬信號被瞬時間“抓住”，轉(zhuǎn)換器開始計算該信號的電平幅度，其精確度由轉(zhuǎn)換器的比較電路以及所選比特率決定，隨后轉(zhuǎn)換器將之轉(zhuǎn)換成與被采樣模擬信號電平幅度相對應(yīng)的數(shù)字二進(jìn)制碼，并儲存在存儲媒介中，這個過程結(jié)束后，就開始下一個周期的采樣過程。就這樣，一直不斷地在錄音過程中重復(fù)。

在數(shù)字音頻系統(tǒng)中，采樣率表示1S內(nèi)對模擬進(jìn)行測量（采樣）的次數(shù)，它的倒數(shù)表示采樣之間的時間間隔。比如：采樣率為44.1KHZ的信號對應(yīng)的采樣時間是1/44100S。

B、量化：量化是采樣過程中對信號幅度進(jìn)行數(shù)字化處理的過程，它能將連續(xù)模擬信號的幅值電平（在離散的采樣時間點上），轉(zhuǎn)換成能夠在數(shù)字領(lǐng)域中處理和存儲的二進(jìn)制碼，通過對模擬信號的幅值進(jìn)行精確間隔的采樣，轉(zhuǎn)換器能夠計算出信號在一個采樣周期內(nèi)的準(zhǔn)確電平值，并輸出等同于原采樣電平的二進(jìn)制數(shù)信號，該二進(jìn)制數(shù)在系統(tǒng)整體設(shè)計和字節(jié)比特長度允許的范圍內(nèi)，盡可能精確地對原始電平幅值進(jìn)行編碼，由于增加了信號數(shù)字編碼的量代階數(shù)，更多位的字節(jié)長度將直接被轉(zhuǎn)換，從而帶來更好的音質(zhì)。

數(shù)字音頻錄音和重放過程中的每個細(xì)節(jié)都非常的復(fù)雜，理解起來很繁瑣，但是其基本要素不外乎以下幾個方面：①將模擬信號電壓幅值進(jìn)行等時間間隔的采樣。②將采樣片段轉(zhuǎn)換成能夠精確表達(dá)其電壓幅值的數(shù)字?jǐn)?shù)值。③將它們儲存在數(shù)字存儲器當(dāng)中。

重放時，這些數(shù)字?jǐn)?shù)值再轉(zhuǎn)換回離散的電壓幅值信息（再次按照精確地等時間間隔），使得最初被記錄的信號幅值還原處理后重放。

C、處理細(xì)節(jié)中常出現(xiàn)的問題：盡管采樣量化過程的基本原理非常容易理解，但在數(shù)字音頻技術(shù)中常出現(xiàn)一些細(xì)節(jié)問題。比如，在被采樣素材中已有頻率的2倍超過了采樣頻率，那么該頻率的固有周期就會小于采樣頻率所能準(zhǔn)確捕捉到的周期。此時，連續(xù)的采樣過程就不能準(zhǔn)確采樣到這些高頻信息，而會記錄下聽起來像諧波失真的錯誤信息。

D、過采樣：過采樣普遍用在專業(yè)及民用的數(shù)字音頻系統(tǒng)中，通過將原頻率

放大12~128倍，來增加有效頻率，使用這個過程的主要原因有3個：①通過增加有效采樣帶寬，可以使用采樣器和較為經(jīng)濟(jì)的濾波器。②通過采樣技術(shù)能夠使用高端模擬/數(shù)字（A/D）轉(zhuǎn)換器和數(shù)字/模擬（D/A）轉(zhuǎn)換器的音質(zhì)更好。③由于多重采樣由多個單一模擬電壓幅值的采樣組成，因此平均采樣噪聲會更低。采樣過后，采樣數(shù)據(jù)就會根據(jù)目標(biāo)數(shù)據(jù)的比率和帶寬進(jìn)行數(shù)字衰減，以便進(jìn)行下一步的處理和儲存。

E、信號誤差率：信號誤差率是用于衡量量化過程的參數(shù)。數(shù)字系統(tǒng)的信號誤差率類似于（并不等同）模擬概念中的信噪比（S/N），信噪比是用來描述模擬系統(tǒng)的整體動態(tài)范圍，而數(shù)字音頻系統(tǒng)的信號誤差率指的是量化后幅值電平的精確程度。

雖然模擬信號在自然界是連續(xù)的，但是經(jīng)過量化后的數(shù)字信號并非連續(xù)。由于編碼成數(shù)字的是采樣后的離散幅值階，也就限制了量化過程的精確性，最精確的數(shù)字編碼也只能接近于原始的模擬信號幅值。

F、高頻顫動電路：除了常應(yīng)用在量化過程中，高頻顫動電路也常在錄音和信號轉(zhuǎn)化過程中，需要將高比特率向低比特率轉(zhuǎn)換時增加記錄信號的整體比特分辯率，從而保證低噪聲以及信號的清晰度。從技術(shù)上看，高頻顫動是由在比特流中許多微小的隨機(jī)產(chǎn)生的噪聲相加而成，經(jīng)過高頻顫動處理后，能夠?qū)⑿盘柕男旁氡群褪д娼档偷嚼碚撝邓茉试S的范圍內(nèi)，這個過程使得低電平信號以小于最低位的比特率進(jìn)行編碼（小于單一量階）。通過在A/D轉(zhuǎn)換電路中加入少量的隨機(jī)噪聲，可以增強(qiáng)轉(zhuǎn)換過程中對低于最低有效信號的分解能力和減少諧波失真。

G、固定及浮動點處理：很多較新的數(shù)字音頻軟件及數(shù)字音頻工作站系統(tǒng)常使用浮動點運(yùn)算來處理、混合及輸出數(shù)字音頻。比起固定點運(yùn)算，浮動點運(yùn)算的優(yōu)勢在于能夠利用數(shù)字“速記”法及時處理較寬范圍內(nèi)的多個點。簡而言之，它能夠輕松地移動大數(shù)字中的小數(shù)點位置，在某種程度上變成更小的值，這樣一來，處理器就能夠在內(nèi)部靈活又更精確地計算更大的比特率值。

江蘇 張家港 陳梅紅

（本文刊登于2015《電子報》第2期第15版）