请教CD采样问题

feifazhuce

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这个帖子好。

小白

原帖由 pig2man 于 2010-3-11 11:16 发表
。。。。。。。。。
波形是可以完全重构的，跟你想的不一样。。。。输出的时候会有积分器或者叫重建滤镜或者叫低通滤镜（一般是电阻-电容电路，也可以数字实现），出来的波形是平滑的
只要记得波形是完全重构的就可 ...

问题是: 低通滤波出来的"再造波形",和原始模拟波形,是否完全相同呢? 或者更具体地说,在极高频领域内,是否完全相同? 44100HZ的取样率是否能保证完美地,与原始波形完全相同地再造出20K赫兹?

ljw100

LZ，如果你确实对这类问题有兴趣，最好的方法是去书店找点有关的书看看。在论坛上问和答这些问题，因人的知识不同、对问题的理解不同以及表达准确性等原因，恐怕是难以说清楚的。

你提问说“CD 44.1KHZ的采样，对于15KHZ的波形采样也只是2.94个点，如何能完整的还原这个波形呢？”，表明你对信号的时域、频域、基波、谐波、采样定理等还没有概念。要在坛子上讲清楚这些概念，需要打一大堆字，且还不一定能让你理解。

我在这里也只是简单回答你，在时间域观察，如果以钢琴的最高音c5（我印象中其基频为4100多赫兹，这个音是通常乐音的最高音）为限，那么音频信号的基频最高也就4000多赫兹。在这4000多赫兹范围内的原始信号，一般不是标准正弦波，将这些非标准的正弦波用富氏理论进行频谱分析，可以得到这些非标准正弦波的高次谐波，这些高次谐波都是标准正弦波，但这些代表高次谐波的标准正弦波在时间域中是看不见的，你能看到的都是非标准正弦波的原始波形，且以自己的基频在变化。在时间域中，这些高次谐波并不能单独存在。

采样过程是在时间域中进行的，且都是对基频原始信号进行的，这些原始信号都在按各自的基频变化，只是它们的波形不标准，含有高次谐波。如果原始信号含有的最高次谐波频率是X，那么采样频率至少应是2X。

在采样过程中，不存在对高次谐波单独采样的情况。

我这样说，大概你理解起来还是有困难。

[ 本帖最后由 ljw100 于 2010-3-11 12:58 编辑 ]

ljw100

再扯几句，睡觉去。

以上面那个c5音为例，如果它不标准到含有高于5次的谐波，那么44100的采样频率就不够用了，也就是说从采样后的离散信号中无法不失真地还原出原始信号。

但话说回来，到目前为止，人耳大约能听到20K左右好像还是“真理”，如果从统计角度看绝大多数人确实只能听到20K，那么那些高于20K以上的信号对绝大多数人的耳朵来说就是无效的，因为人耳这个“低通滤波器”滤掉了高于20K的信号。

提高采样率的作用，从直观上看，是使得由离散点连接成的折线段更接近于原始信号曲线，而不是为了提高带宽后能听到更多。在人耳大约能听到20K这个“真理”被颠覆前，那些远超20K带宽的器材没有意义。如果真要希望听到20k以上，那么就得先到医院去把耳朵改造一下。

沉迷

LIU哥太专业鸟！！！
不懂

pig2man

原帖由 小白 于 2010-3-11 12:19 发表





问题是: 低通滤波出来的"再造波形",和原始模拟波形,是否完全相同呢? 或者更具体地说,在极高频领域内,是否完全相同? 44100HZ的取样率是否能保证完美地,与原始波形完全相同地再造出20K赫兹?

Fig.4 ASUS Xonar Essence STX, D/A waveform of undithered 1kHz sinewave at –90.31dBFS, 16-bit data (left channel blue, right red).

Fig.5 ASUS Xonar Essence STX, D/A waveform of undithered 1kHz sinewave at –90.31dBFS, 24-bit data (left channel blue, right red).

这是1khz的正弦波，通过华硕声卡的数据，可以看到16bit的波形很难看，而24bit就比较完美了。


这张是dCS Scarlatti的。。。16bit，dithered，大家可以看到dither过的16bit波形好很多！foobar里的dither设置不要关哈


最后一张成绩差点的，Linn Klimax DS, 24bit（好像不如声卡呢。。。）
linn的数字技术不怎么样。。。强是强在模拟部分。

这跟采样率没关系！！声音的自然感（或者“模拟味”）与微动态只跟比特数有关。升频提高密度。只要满足2k sample/秒就可以完美重构这个正弦波了。。
dcs被誉为“播放CD时最有模拟味”是因为它的dithered 16bit的性能最好！

[ 本帖最后由 pig2man 于 2010-3-11 14:14 编辑 ]

方圆_吉吉

多谢楼上各位，有时间我回去找相关的书籍学习下。总的说来因为cd光盘格式的限制，cd光盘无法记录下某些高频信号的高次谐波，也就产生了缺失。如果采样率足够高那么这些都是可以完整的还原出来，这就是很多高采样率的音乐文件给人以信息量大、细节丰富的原因。

ljw100

LZ，采样定理只是告诉人们，以大于信号最高频率2倍的频率采样，可以从采样信号中恢复出原始信号来，但并没有告诉如何恢复出原始信号来。现在的做法是由译码电路生成接近于原始信号曲线的折线型曲线，再由低通滤波器来把折线型曲线“打磨”圆滑。

提高采样率，可以使折线型曲线更接近于原始信号曲线，而不是提高采样率后，人耳就可以听到更高更多的高次谐波。器材、录音的带宽可以改变，但人耳对信号带宽的阀值，并不会随着器材、录音的改变而改变。

我不玩PCHIFI，对音乐文件重播的效果不知道。如果高采样率文件确实能给人以信息量大、细节丰富的听感，那只能说明是在20K范围内相对于原始信号来说，失真更少。

right

原帖由 pig2man 于 2010-3-11 11:16 发表
......比特数就不同了，那个是离散的，会造成量化噪音（量化噪音与采样无关！量化是指把采样点的电压幅度量化为16bit的数据），CD的理论极限信噪比来自于16比特的量化，而采样本身理论上是完美无失真的。

我对这样的说法有些看法。

在此前说得较多的是抽样问题及其理解，未多谈及量化与编码。
量化噪声是由量化造成的，与比特无关；比特是用于编码的，不是用于量化的，用比特来表示量化的数值而已；即量化与比特编码是数字信号形成的其中两步，并且2者不是一回事。

right

多说几句。
关于量化和编码：

以2hz的模拟信号为例（假设幅度值最大是1v），则抽样频率为4hz，抽样周期是0.25s，即对2hz的模拟信号在一秒钟抽取4个样值。

量化：

什么是量化，量化就是定量化、分级化、标准化。
为什么要量化？如：抽样0v－1v的抽样，可能有0.1v的样值、0.43v的样值、0.68v的样值、0.87v的样值……；随机的有很多很多可能的样值。可我们就取4个样值，如何确定4个样值的取值范围。于是要在0v－1v间将4个样值定量化、分级化、标准化；即规定4个定量的值（即分级或定标准值）。如0v－1v均匀分4个值，0.25、0.5、0.75、1。（注：这是均匀量化，每个量化值间或分级间是固定0.25；若根据概率分布，得知低电压或高电压取值的分布数量较多时，可以用非均匀量化，即量化值间不用定值。）

根据四舍五入的原则取近似值，如：0.1v的样值定为0.25、0.43v的样值定为0.5、0.68v的样值定为0.75、0.87v的样值定为1.....等等。

所以量化就是分级取整（按四舍五入原则）。可见由于量化值与实际值存在误差的，这个误差是由于量化而造成的，这个误差就是量化误差也称为量化噪声。

要想降低量化误差，就要提高抽样频率，以增加样值的数量，从而增加量化级别。因此当量化级别一旦确定，其固有的量化误差（量化噪声）便已经确定，所以之后再对以确定的量化级别升频，试图改变原固有的量化误差显然是没有用的。

4个量化值可以用2个比特表示，即2的2次方＝4（种状态或表示），即00＝0.25、01＝0.5、10＝0.75、11＝1，这样就完成了编码。可见编码只是对量化值的忠实描述，不存在误差；当然传输中的误差不属于编码的误差，是传输误码了。

说明，这里用2个比特表示实际上是存在一些问题的，如：－0.33v怎么表示，若将＋、－的关系考虑其中，2个比特表示就不行了，可以增加一个比特来表示＋、－，如：000＝＋2.5，100＝－2.5…..；这样就可以了。

可以看出这样一个情况，当样值数量确定，编码的比特位数便可确定，即用多少比特就能描述多少样值。若抽样频率增加，则样值的数量就增加，编码的比特位数也得增加。换句话，抽样频率与比特位捆绑，它们相互对应。单独比特位的增加是没有意义的，只能增加软件和硬件的投入。


[ 本帖最后由 right 于 2010-3-12 15:24 编辑 ]

right

顺便再说对升频的看法，以均匀量化举例

升频前的量化值0.25、0.5、0.75、1
升频后的量化值0.125、0.25、0.375、0.5、0.625、0.75、0.875、1



按均匀量化举例的话，原抽样频率4hz，抽样周期为1/4=0.25；4个样值则量化值0.25、0.5、0.75、1，升频后抽样频率2×4＝8hz，这样周期为1/8=0.125；8个样值则量化值0.125、0.25、0.375、0.5、0.625、0.75、0.875、1；这是讨论的已知吧。

比较：
用量化值0.75与1之间举例，升频后在原量化值0.75与1之间加入了0.875，已尽量弥补0.75－1的空间，试图降低误差。
举例看看。
若在用0.75与1之间的空间有一样值为0.87这样一个前提。

未升频应为0.87－0.75＝0.12，即误差为0.12，升频后0.875－0.87＝0.005，即误差为0.005，二者比较可知，升频后误差降低。

若在用0.75与1之间的空间有一样值为0.751
未升频应为0.751－0.75＝0.001，即误差为0.001，升频后0.875－0.751＝0.124，即误差为0.124，二者比较可知，升频后误差升高。


以上就是比较。

ricepig

原帖由 right 于 2010-3-12 13:10 发表 多说几句。关于量化和编码： 以2hz的模拟信号为例（假设幅度值最大是1v），则抽样频率为4hz，抽样周期是0.25s，即对2hz的模拟信号在一秒钟抽取4个样值。 量化： 什么是量化，量化就是定量化、分级化、 ...

LS的把量化和離散化混在一起講了，還是分開說比較清楚

pig2man

概念全错，还是别讨论了

whisky_qz

原帖由 ricepig 于 2010-3-12 13:49 发表
LS的把量化和離散化混在一起講了，還是分開說比較清楚

不是混在一起讲，而是完全混淆了概念。。。

[ 本帖最后由 whisky_qz 于 2010-3-12 14:14 编辑 ]

pcear

估计楼主越看越晕 哈哈
坛友们，不要用xx年的专业来荼毒纯净的烧友了，既然同样的wav音质都不同，就让烧友们把YY进行到底吧