对数字化音频的采集与简单加工分析
摘要：电子技术的进步使得数字化音频系统的投入使用越来越普及。新设备的开发和投入使用让办公效率以及制作效果得到了极大的提升，但与此同时，设备的维护和维修程序也变得越来越复杂。数字化音频设备的良好运行不仅离不开工作人员的正确使用，更是需要日常生活中重组的维护工作。本文将结合电台数字化音频系统设备的特点，对数字化音频的采集与简单加工分析进行探讨。 关键词：数字化音频，采集，简单加工 引言：
随着信息时代的来临，越来越多的数字电子设备进入人们的日常生活，并改变着人们的生活习惯，音频领域也随之面临着革命性的变革。在数字技术出现之前，音频技术是基于模拟信号实现的，它直观而形象，但识别范围存在局限性，同时容易受到外界信号干扰。数字音频技术的出现，从根本上解决了干扰问题，音频数据信息采用一系列的数据组来表示，这些数据在时域上是离散的。数字化是实现音频与计算机连接的第一步，也就是取样和量化的过程。取样技术是对数字音频进行记录的过程，取样实现模拟信号在时域上的离散化，模拟信号被切割成多个音频点（bit），对bit进行0/1编码，这些编码就是数字音频文件。完成模拟信号取样的硬件电路是A/D转换器，当需要进行音频资源回放时，由D/A硬件电路将数字音频信号转换为模拟信号。采样频率、量化声道和带宽数决定了数字音频的质量[1]。数字化音频技术应用广泛，涉及电视台、多媒体教学等，有着广泛的前景。数字技术将人类带入到一个全新的0/1世界，在模拟电子领域很难实现的技术在数字电子领域得到了很好的解决。在多媒体等领域数字化技术带来的是一种变革，音频的采集、处理、存储和传输方式发生了根本性的改变，数字技术对于音频质量的提升是模拟技术无法比拟的，为数字多媒体技术在教学课件中的应用提供了保障。
1.数字化音频技术采集过程
音频制作首先要进行数字音频采集，声卡是实现音频与计算机连接的关键设备，声卡对计算机而言是必不可少的关键设备之一，计算机对音频信号的处理便是通过它实现的。声卡的工作原理可分为几个典型部分：实现模拟信号的模／数转换，数字信号传送至计算机处理器，这样便于对数字音频进行调理，调理后的数字音频信号经过数/模转换成模拟音频信号。同时，声卡还可以实现外围音频设备与计算机的连接。计算机上的软件资源十分丰富，对音符资源的控制功能十分强大，实现乐曲的实时播放和存取。数字音频的采集和录制常见的有两种形式：一种是基于音频工作站（内置声卡），通过话筒经由声卡直接完成声音录制，或者将CD唱片机、录音机等提供音频源的电子设备与声卡的音频接口相连接，配合配套的录音软件完成数字音频录制工作。另一种方法是借助乐器数字接口(MIDI)完成所需音频素材的制作，MIDI是音乐与计算机结合的产物，是数字音乐的一种国际标准。MIDI并不对音乐的波形进行采样和编码，而是将数字式电子乐器演奏的整个过程记录下来，当需要播放这首乐曲时，根据记录的乐谱指令，通过音乐合成器生成音乐声波，经放大后由扬声器播出。 2.数字化音频信号的采集与简单加工 2.1.数字化信号采集的基本过程及安全性
数字化信号在传输和存储中的信息安全度要比模拟信号高得多，这主要是因为以下几个方面的原因：
（1）模拟信号幅度值连续变化，在记录和传输的过程中，掺杂进来的微小干扰信号无法被接收端识别，这样干扰噪声将会和有效信号一同被放大回放，从而降低回放信号的信噪比，即损害回放音质。而数字化以后，音频信息中连续变化的复杂信号被转变为一系列“0”和“1”的编码，此时电路中只有逻辑 0 和逻辑 1 两种状态，即一个高电平和一个低电平，这样就可排除掉高电平和低电平以外的细小干扰[2]。
（2）在信号传输过程中，空间中的电磁波和一些突发情况都会导致信号传输出错，在模拟技术阶段无法处理，而数字化以后，可以通过一些先进的技术手段有效的发现并纠正错误。
音频信号传输过程中的信号出错主要有 4 种类型，分别是由于系统外部原因导致的随机错误和突发错误，和由于系统内部原因导致的码间干扰和反射干扰。 当然这四类错误一般不会单一出现，常常是同时出现的。
面对这些错误我们可以采用检错编码和纠错编码，去发现和纠正错误，还可以利用交织技术将超出纠错能力的突发错误转变为可以发现并纠正的随机错误。 检错码和纠错码就是利用信息冗余技术，采用固定算法冗余出检错位或纠错位并插入有效音频信息，接收端通过对这些检错码或纠错码的逆运算来检验信息的正确性。两者的区别就在于检错码只能检测出错误无法进行纠错， 而纠错码则可以在其纠错能力内发现并纠正错误。检错码的运算简单，但是只能报错而无法对发现的错误进行处理；纠错码可以纠正发现的错误，但是运算复杂，会导致信号处理速度降低，所以目前音频信息处理中常用的方法是使用检错码 [目前音频技术常用循环冗余检错码 CRC（Cyclical Redundancy Check）]作为错误探针，检测错误；用纠错码[目前音频技术常用里德 - 所罗门码 RS（Reed-Solomon codes）]来对错误信息进行纠错。检错码和纠错码的错误处理能力是和冗余量成正比的，一般来说每冗余出 Nbit 纠错信息，检错码就可以发现 Nbit 错误，纠错码则可以进一步纠正其中的 N/2bit 错误。虽然这种算法从理论上来说可以实现信息的绝对安全，但代价是数据的大量冗余，并导致传输效率的降低，这显然是不理想的。所以现实中我们会综合信息安全和传输效率将检错码和纠错码的检错纠错能力限制在一个合理的折中点[3]。
2.2.数字化信号的高速传输性能以及高密度存储
通过以上分析我们会发现，为了保证音频信号的安全进行的纠错编码和再调制技术，以及为了保证操作的方便插入的子码都给音频信息加入了大量的冗余信息，这就导致了数据存储空间的增大和传输速度的降低。为了进一步提高信息的传输速度和存储密度，人们希望在尽量不损伤音质的前提下对音频信号进行压缩，目前比较成熟的压缩技术宏观上主要分为三大类，分别是：时域压缩编码，频域压缩编码和统计压缩编码。时域压缩编码方式主要是在时间幅度坐标上考虑，其利用了两条声学原理（高振幅出现概率少，低振幅出现概率较多）并利用不均匀量化技术将信息极大的压缩。目前常采用的有瞬时压扩技术、准瞬时压扩技术、增量编码技术等。频域压缩编码技术是目前音频技术主要采用的一种压缩方式，它在频率幅度坐标上考虑，主要利用了两条声学原理（大振幅主要出现在1000Hz 左右，向高频和低频端振幅递减；声音能量绝大多数集中在中低振幅，大量的高频谐波能量非常微弱），根据掩蔽效应的“强音压弱音；高频压低频”原则，大量的高次谐波人耳无法察觉，我们就可以不对其进行编码。此外还可以利用子带划分和不定位量化等技术手段对音频信号进一步压缩。目前常采用的有子带压缩编码和变换压缩编码技术等。
2.3 数字化音频简单加工
随着数字电子技术的飞速发展，数字化音频设备越来越多，如：数字传声器、数字调音台、数字效果器、数字功放等。如果音频信息以数字信号形式处理可以免去重复的模数转换和数模转换，有利于快速的传输和便捷的处理，便于长时间记录、存储。 结束语：
音频的采集、处理、存储和传输方式发生了根本性的改变，数字技术对于音频质量的提升是模拟技术无法比拟的，为数字多媒体技术在教学课件中的应用提供了保障。音频系统的维护不仅仅需要一个良好的运行环境,除此之外,其维护工作的展开还应基于其性能特点展开相应的措施。 只有对数字化音频系统设备维护给予充分的重视,使其得到有效的维护和保养,电视台的工作进程才能得到保证,并有效地开展。 参考文献：
[1] 金龙。电视台数字化音频系统设备的维护策略分析[J].通信设计与应用,2015,11:63.
[2] 张群。数字音频技术浅析[J].科技信息,2012,39（5）:246-248. [3] 陈非儿。多媒体中数字化音频技术的应用[J].内蒙古科技与经济,2018,15:71-72.
对数字化音频的采集与简单加工分析
