[科普中国]-采样过程

采样

采样（sampling）也称取样，指把时间域或空间域的连续量转化成离散量的过程。也指把模拟音频转成数字音频的过程。

每秒钟的采样样本数叫做采样频率。采样位数可以理解为采集卡处理声音的解析度。采样是将时间上、幅值上都连续的模拟信号，在采样脉冲的作用，转换成时间上离散（时间上有固定间隔）、但幅值上仍连续的离散模拟信号。所以采样又称为波形的离散化过程。

简介解释1

所谓采样(sampling)就是采集模拟信号的样本。

解释2

把模拟音频转成数字音频的过程,就称作采样，所用到的主要设备便是模拟/数字转换器（Analog to Digital Converter，即ADC，与之对应的是数/模转换器,即DAC）。采样的过程实际上是将通常的模拟音频信号的电信号转换成二进制码0和1，这些0和1便构成了数字音频文件。采样的频率越大则音质越有保证。由于采样频率一定要高于录制的最高频率的两倍才不会产生失真，而人类的听力范围是20Hz～20KHz，所以采样频率至少得是20k×2=40KHz，才能保证不产生低频失真，这也是CD音质采用44.1KHz(稍高于40kHz是为了留有余地)的原因。

通过周期性地以某一规定间隔截取音频信号，从而将模拟音频信号变换为数字信号的过程。每次采样时均指定一个表示在采样瞬间的音频信号的幅度的数字。

分类

采样就是通过采样开关的作用将连续信号变成脉冲序列的过程。上图所示为一种周期采样的方式。所谓周期采样，就是采样开关按一定的时间间隔开闭。该时间间隔称为采样周期，通常用T表示。

除了周期采样以外，还有一些其他的采样方式。1

1)等周期同步采样：多个采样开关等周期同时开闭。

2)等周期异步采样：多个采样开关等周期但不同时开闭。

3)多阶采样：各采样开关以不同的周期开闭。

4)随机采样：开关动作随机，没有周期性。

采样频率每秒钟的采样样本数叫做采样频率。

采样频率越高，数字化后声波就越接近于原来的波形，即声音的保真度越高，但量化后声音信息量的存储量也越大。

采样频率与声音频率之间的关系：

根据采样定理，只有当采样频率高于声音信号最高频率的两倍时，才能把离散模拟信号表示的声音信号唯一地还原成原来的声音。

目前在多媒体系统中捕获声音的标准采样频率定为44.1kHz、22.05kHz和11.025kHz三种。而人耳所能接收声音频率范围大约为20Hz--20KHz，但在不同的实际应用中，音频的频率范围是不同的。例如根据CCITT公布的声音编码标准，把声音根据使用范围分为以下三级：

·电话语音级：300Hz-3.4kHz

·调幅广播级：50Hz-7kHz

·高保真立体声级：20Hz-20kHz

因而采样频率11.025kHz、22.05kHz、44.1kHz正好与电话语音、调幅广播和高保真立体声（CD音质）三级使用相对应。

DVD标准的采样频率是96kHz

采样位数采样位数可以理解为采集卡处理声音的解析度。这个数值越大，解析度就越高，录制和回放的声音就越真实。我们首先要知道：电脑中的声音文件是用数字0和1来表示的。所以在电脑上录音的本质就是把模拟声音信号转换成数字信号。反之，在播放时则是把数字信号还原成模拟声音信号输出。采集卡的位是指采集卡在采集和播放声音文件时所使用数字声音信号的二进制位数。采集卡的位客观地反映了数字声音信号对输入声音信号描述的准确程度。8位代表2的8次方--256，16位则代表2的16次方--64K。比较一下，一段相同的音乐信息，16位声卡能把它分为64K个精度单位进行处理，而8位声卡只能处理256个精度单位，造成了较大的信号损失，最终的采样效果自然是无法相提并论的。

如今市面上所有的主流产品都是16位的采集卡，而并非有些无知商家所鼓吹的64位乃至128位，他们将采集卡的复音概念与采样位数概念混淆在了一起。如今功能最为强大的采集卡系列采用的EMU10K1芯片虽然号称可以达到32位，但是它只是建立在Direct Sound加速基础上的一种多音频流技术，其本质还是一块16位的声卡。应该说16位的采样精度对于电脑多媒体音频而言已经绰绰有余了。

简介众所周知，微型计算机只能接受和处理数字信号，而工程上许多情况下被控参数是时间的连续函数，如温度、流量、液位、电动机的转速等。所以在计算机控制系统中，需要将连续时间信号转换成数字信号，才’能送入计算机进行运算和处理，这一过程是由A/D转换器实现的;计算机对输入的数字信号按照预先确定的控制算法进行处理，得到控制信号，再由D/A转换器变成连续信号，通过执行元件作用被控对象实现自动控制。因此，在计算机控制系统中，必须考虑连续信号和离散信号的相互转换问题。2

把连续信号转换成离散信号的过程称为采样过程，这一过程是通过采样开关(采样器)实现的。

采样过程如图所示，连续信号x(t)作用在采样开关的输入端，采样开关每隔时间T瞬时闭合一次，在采样开关的输出端就得到了离散信号x*(t) 。 x*(t)是连续信号x(t)在采样时刻的一系列瞬时值，可以看成是一个脉冲序列，每个脉冲的幅值依次为x(0T) , x(1T) , x(2T)...，每个脉冲出现的时刻依次为0T、1T、2T..称为采样周期。则x (t)可以表示为

设采样的器每隔T秒闭合一次（接通一次）。接通时间为τ

采样器可用一个周期性闭合的采样开关S表示，f(t)—输入连续信号，f*(t)为定宽度等于τ的调幅脉冲序列，在采样瞬时nT（n=0.1.2.3…）时出现

采样过程过程t=0时采样器闭和τ秒f*(t)=f(t)

t=τ秒时采样器打开f*(t)=0

以后每隔T秒重复一次，丢失采样的信息。

由于采样器（采样开关闭合时间τ很小）。τ