语音编码技术:数模/模数转换之模数转换的好处和必要性

了解声音如何转化为电磁信号,为何数字信号优于模拟信号,以及奈奎斯特采样定律如何实现模拟信号到数字信号的精准转换。

我们想把嘴巴说的话通过手机、网络传送给对方,首先需要将语音这种原始的数据方式通过一定的技术转换成电磁信号。

但是我们发现,声音是一种看不见摸不着的东西,怎么把它变成电磁信号呢?不要着急,聪明的研究人员发现声音的本质其实是一种波,只要是波,那么它就有频率。将波进行传输一般有两种形式,一种是直接把它发送出去,还有一种是把它加到一个频率更高的波(俗称载波)上然后再发送出去,至于为什么要这样做呢,当然是因为有很多好处了:载波传输能够减小传输中的噪声,可传播更远距离,有利于接收等等。

我们知道,日常中存在非常多的噪声,马路上的汽车啊,小孩子的哭闹啊,这些噪声对我们想要传输的声音信号会产生非常大的干扰,除此以外,如果传输的距离较远,声音信号也会极大的衰弱,因此直接传输声音信号(模拟信号)是一种非常不理想的方式。

因此数字技术就登上舞台了。

电脑上传输的数字信号都是1、0这样简单的符号,这样做的好处是一旦我们把高于某个值的模拟信号定义为1,把低于某个值的模拟信号定义为0,那么每传输一段距离,我们就可以对该信号就修正,比如信号从节点A传到节点B,有了一定的衰减,但是仍然被定义为1,那么当该信号从节点B传到节点C之前,节点B就对该信号进行一个强度叠加,以抵消他的衰减,然后再传到C,那么它到达C点时即使有一定的衰弱,但强度仍然达到了1。

因为只有1和0,信号变得简单易操作,不容易产生误差。

现在就不得不提起一个牛人了,他的名字叫做奈奎斯特。相信学通信的人肯定听过内奎斯特采样定律吧,没错,就是那个内奎斯特。他发现,对任何模拟信号在一定时间间隔内抽样,且抽样速率大于该模拟信号最大频率的两倍,那么所得到的样本信号就能够精确表示该模拟信号。

这个定律的好处是什么呢?仔细想一想,如果有了内奎斯特采样定律,那么任何模拟信号都可以转换成数字信号了!都可以精确的通过数字方式传送!(虽然采样后的信号还是模拟信号,要经过量化后才能变成数字信号,后面会再说)

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