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发表于 2020-12-12
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数字音频及其应用
声音是一种传递信息的重要媒体。信息技术中， 人耳能听到的声音称为音频声号，简称音频。计算机处理、存储、和传输音频的前提是必须将音频信号数字化。本文主要先介绍数字音频的获取、表示、编辑和应用。然后简单的介绍计算机语音识别和语音合成的原理和应用。
1、数字音频的获取
声音通过空气等介质进行传播，声音是一种波，它由许多不同的音频构成，计算机等数字设备处理的声音主要是人儿可听见的声音的频率，其频率的范围为20-20khz，称为全频带声音。人说话的声音较为狭窄，仅为300-3400hz，称为言语，也称为话音或者语音。
音频是模拟信号，为了使用计算机进行处理，必须将它转换成二进制编码表示的形式，这个过程称为音频信号的数字化。
我们可以通过取样、量化、编码三种方式来进行音频信号的数字化。取样是指把时间上连续的音频信号离散称为不连续的一系列的样本，为了不产生失真，按照取样定理，取样的频率不能低于音频信号频率的最高频率的两倍。取样得到的每一个样本一般使用8位、12位、14位或16个二进制整数进行表示，这种表示被称为量化精度。量化精度越高，声音的保真度越好，量化精度越低，声音的保真度越差。经过了取样了量化，我们还需要对数据进行压缩，用于减少数据量，并且我们需要将数据按照某种格式压缩成某种格式的数据进行组织，以便于计算机进行存储、处理和传输。
2、数字音频的获取设备
数字音频的获取设备包括麦克风和声卡。其中麦克风的作用是将声波转换成电信号，然后通过声卡进行数字化。声卡既负责音频信号的获取，也负责音频信号的重建。他控制并且完成声音的输入与输出，主要功能包括音频信号的获取和数字化，音频信号的重建和播放，MIDI声音的输入，MIDI声音的合成和 播放等功能
数字音频的获取过程就是把模拟的音频信号转换成数字形式，声源可以是麦克风输入，也可以是线路输入，声卡不仅能获取单声道声音，而且还能获取双声道的声音。
声卡是以数字信号处理器DSP为核心，DSP是以各种专用的微处理器，他在完成数字音频的编码、解码、MIDI声音合成和音频编辑操作中起着至关重要的作用。随着PC主板技术的发展和CPU性能的提高，为了降低整体机器的成本，缩小机器的体积，现在大多数机器中的声卡都已经集成在主板中，平时人们指的声卡多半都是指的主板中的集成声卡。
3、数字音频的输出
计算机输出声音的过程通常分为两步骤，首先要把音频从数字形式转换成模拟信号形式，这个过程我们称之为声音的重建，然后我们再把模拟音频信号经过处理和方法送到扬声器中发出声音。
声音的重建是音频信号的数字化的你过程，他也分为三个步骤，先进行解码，吧压缩编码后的数字音频恢复位压缩编码前的状态，这个步骤我们由软件和DSP芯片共同协作完成，然后进行数模转换，把音频样本转换成在时间上连续的模拟音频信号。
声卡输出的波形信号需要送到喇叭中去播放，音响有普通音响和数字音响之分，普通音响接受的是重建的模拟音频信号么，数字音响则可以直接接受数字音频信号，由音响自己完成声音的重建，这样可以避免模拟音频信号在传输中发生畸变或者受到干扰。声音的质量更加有保障。
现在的手机在接听电话或者播放音乐的时候，都包含了上述的声音重建的过程，例如播放音乐，CPU会通过操作系统读取闪存中的音频文件，然后将他解压缩后传送给数模转换芯片，后者负责把数字信号转换成模拟信号，再将放大后的模拟信号传给耳机或者扬声器播放出来。为了改善声音的播放质量，一些高端手机使用了专业的CODEC和DAC（数字模拟转换器）芯片，以及独立的功率放大器芯片，不过为了达到满意的效果，除了手机之外，还需要配备一款不错的耳机并且秀啊崽高质量的音频文件。 |
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