影碟机原理与维修（十）数字音频信号处理原理 量化、编码 

  2、量化 
        所谓量化，是将取样信号的电平（幅度）分级取整的过程。如图2.2.2所示。该模拟曲线的幅度分为4个等级。显然，所取级数可多可少，在记录时，所取级数越多，分得越仔细；在重放时恢复的模拟信号失真越小。若所取级数为N，为了便于进行数字处理，通常用公式N=2n  来表示,其中n称为量化位数,或称量化比特数,可用bit为单位。可见，级数N受量化比特数n控制。在该图中，取级数N=4，则可知n=2bit，即全部信号可用4种电平表示。在图中，a、b和f的电平恰好位于量化电平位置，所用量化电平不会引起它们的误差；而c、d、e的电平分别与量化电平有一些差别，用量化电平值表示它们时，都会产生一定误差，这种误差称为量化误差。要想减少量化误差，应当提高n值(即N值)。实际上，量化误差与模拟信号的频率和数据字的长度有关系。
       对实用的双通道立体声系统来说，CD唱机的取样频率fs＝44.1kHz，量化比特率取n=16。根据数字音频理论，可以计算每秒钟所传送、处理数码的数目，并称之为码率，或称为信道比特率，而且码率R＝mnfs。其中m是传送通道数目，这里m=2。代入上式，可知码率R＝2*16*44.1k＝1.4112M（bit/s）。对其中每个声道来说，其码率为上述值的一半，即每秒钟传送705.6kbit（位）数码。该码率可以折算为数字电路所需通频带宽度，一般电路带宽取△B＝（0.5~1）R，则可知电路带宽约1.4MHz。由于音频信号还要经过EFM调制等处理过程，实际传送信号的码率需要增加到4.3218M/bit/s。
 3、编码
         经过量化处理的脉冲信号仍不是数码信号，它属于PAM信号。然后，要对各脉冲信号的电平值使用二进制数码表示，即用0、1或者高、低电平的数目来表示。在图2.1.2，已将4个整数电平值使用0、1两种数码排列的数字表示了，这种二值化数码信号才是数字信号。数字信号系统是处理、传输按照二进制数码排列的数字脉冲信号的电路。这种规格的信号称为PCM信号（脉冲编码调制信号）。数字信号系统专门处理这类信号。

 
       CD对左右双声道信号进行取样、量化和编码，将左右两路音频数据信号串接在一起，取得一连串左、右声道数据交替出现的数据流，并规定以左声道数据流领先输出，然后是右声道数据流。在数字音频电路输出端，将第一组数据送往左声道，将第二组数据送往右声道，然后依次交替下去。
        经研究得知，数字编码信号的信噪比（S/N）与量化比特数n有关系，具体表示式为S/N＝6n+1.75≈6n(dB)。在一般线性量化情况下，该信噪比也基本上就是该数字音频系统的动态范围。一般取量化比特率n=16，可知系统的信噪比和动态范围约为6*16＝96（dB）。该值远远超过各种模拟信号处理设备的数值。由式可知，n每增加1bit(比特)，信噪比和动态范围约增加6dB。n值越大，重放效果越理想，原信号的失真越小，细节表现越清晰、柔和。但增加n值也使电路频带宽度加宽，传输码率大大增加，技术难度增加，电路成本提高。