模拟数据数字信号表示

数字数据传输之所以在计算机网络中得到广泛的应用，是因为它具备以下优点：传输质量高，因为数据本身就是一个数字信号，所以更适合在数字信道中传输；在传输过程中，信号可以通过“再生”进行中继，而不会积累噪声。

为了通过数字通道传输模拟数据，需要对模拟信号进行数字化。通常的方法是在发送器上设置模拟——数字转换器（即编码器），将模拟信号转换成数字信号进行传输；同时在接收端设置数字——模拟转换器（即解码器），将数字信号转换成模拟信号。

模拟信号的数字编码一般需要用脉冲编码调制（PCM）对振幅和时间进行离散处理，包括三个步骤：

1.采样：把模拟信号转换为时间离散但振幅连续的信号。

2.电平量化：对采样信号幅度的离散化处理。

3.编码：将前两步中得到的离散状态信号处理成数字信号。

在这一系列的过程中，应采取措施将不可避免的误差控制在可接受的范围。

（一）采样

在一定的时间间隔内提取模拟信号的值表示原始信号，这个值被称为振幅采样值。采样频率在实际应用中通常是最高信号频率的5~10倍。奈奎斯特采样定理规定，模拟——数字信号转换中的采样频率大于信号中最高频率的2倍时，所采样的数字信号完全保留原始信号中的信息频率，即：(www.xing528.com)

fs=1/Ts1≥2fm

公式中，fs为采样频率，Ts为采样周期，fm为原模拟信号的最高频率。

（二）量化

量化的作用是将采样值划分量级，让每个采样都近似量化为相应的水平值。这个过程肯定会产生误差，可根据精度要求将原始信号分为多少个量化级，如8级、16级等。目前的声音数字化系统通常分为128个数量级。

（三）编码

编码是用对应的二进制编码表示样本值。如果量化级为N个，则二进制编码位数为log2N。如果使用脉冲编码调制对声音进行数字化，通常是128个量化级别，则有一个7位编码。

脉冲编码调制方案具有相等的量化级别，不管信号的大小，每个样本的绝对误差都是相等的。为了减少整个信号的失真，通常采用非线性编码技术来改进对脉冲编码调制，在低振幅下使用更多的量化级，在高振幅下使用较少的量化级。