採樣頻率，也稱為採樣速度或者採樣率，定義了每秒從連續信號中提取並組成離散信號的採樣個數，它用赫茲（Hz）來表示。採樣頻率的倒數是採樣周期或者叫作採樣時間，它是採樣之間的時間間隔。通俗的講採樣頻率是指計算機每秒鐘採集多少個信號樣本。
基本介紹
- 中文名：採樣頻率
- 別稱：採樣速度、採樣率
- 單位：赫茲（Hz）
- 適用：周期性採樣採樣器
基本含義,採樣定理,混疊,減採樣,過採樣,
基本含義
連續信號在時間（或空間）上以某種方式變化著，而採樣過程則是在時間（或空間）上，以T為單位間隔來測量連續信號的值。T稱為採樣間隔。在實際中，如果信號是時間的函式，通常他們的採樣間隔都很小，一般在毫秒、微秒的量級。採樣過程產生一系列的數字，稱為樣本。樣本代表了原來的信號。每一個樣本都對應著測量這一樣本的特定時間點，而採樣間隔的倒數，1/T即為採樣頻率，fs，其單位為樣本/秒，即赫茲(hertz)。
採樣頻率只能用於周期性採樣的採樣器，對於非周期性採樣的採樣器沒有規則限制。
採樣頻率的常用的表示符號是fs。
通俗的講採樣頻率是指計算機每秒鐘採集多少個信號樣本，比如聲音信號，此時採樣頻率可以是描述聲音檔案的音質、音調，衡量音效卡、聲音檔案的質量標準。採樣頻率越高，即採樣的間隔時間越短，則在單位時間內計算機得到的樣本數據就越多，對信號波形的表示也越精確。採樣頻率與原始信號頻率之間有一定的關係，根據奈奎斯特理論，只有採樣頻率高於原始信號最高頻率的兩倍時，才能把數位訊號表示的信號還原成為原來信號。在數字音頻領域，常用的採樣率有：
8000Hz 電話所用採樣率，對於人的說話已經足夠
11025Hz 獲得的聲音稱為電話音質，基本上能讓你分辨出通話人的聲音
22050Hz 無線電廣播所用採樣率，廣播音質
32000Hz miniDV數碼視頻camcorder、DAT(LPmode)所用採樣率
44100Hz 音頻CD，也常用於MPEG-1音頻（VCD，SVCD，MP3）所用採樣率
47250Hz NipponColumbia(Denon)開發的世界上第一個商用PCM錄音機所用採樣率
48000Hz miniDV、數位電視、DVD、DAT、電影和專業音頻所用的數字聲音所用採樣率
50000Hz 二十世紀七十年代後期出現的3M和Soundstream開發的第一款商用數字錄音機所用採樣率
50400Hz 三菱X-80數字錄音機所用所用採樣率
96000或192000Hz DVD-Audio、一些LPCMDVD音軌、BD-ROM（藍光碟）音軌、和HD-DVD（高清晰度DVD）音軌所用所用採樣率
28224MHz SACD、索尼和飛利浦聯合開發的稱為DirectStreamDigital的1位sigma-deltamodulation過程所用採樣率
總之當前音效卡常用的採樣頻率一般為44.1KHz（每秒採集聲音樣本44.1千次）11KHz、22KHz、和48KHz。採樣頻率越高，獲得的聲音檔案質量越好，占用存儲空間也就越大。一首CD音質的歌曲會占去45M左右的存儲空間。
採樣定理
所謂採樣定理，又稱香農採樣定理，奈奎斯特採樣定理，是資訊理論，特別是通訊與信號處理學科中的一個重要基本結論。
採樣是將一個信號（即時間或空間上的連續函式）轉換成一個數值序列（即時間或空間上的離散函式）。採樣定理指出，如果信號是帶限的，並且採樣頻率高於信號頻寬的兩倍，那么，原來的連續信號可以從採樣樣本中完全重建出來。
帶限信號變換的快慢受到它的最高頻率分量的限制，也就是說它的離散時刻採樣表現信號細節的能力是有限的。
採樣定理是指，如果信號頻寬不到採樣頻率的一半（即奈奎斯特頻率），那么此時這些離散的採樣點能夠完全表示原信號。高於或處於奈奎斯特頻率的頻率分量會導致混疊現象。大多數套用都要求避免混疊，混疊問題的嚴重程度與這些混疊頻率分量的相對強度有關。
採樣頻率必須大於被採樣信號頻寬的兩倍，另外一種等同的說法是奈奎斯特定律必須大於被採樣信號的頻寬。如果信號的頻寬是100Hz，那么為了避免混疊現象採樣頻率必須大於200Hz。換句話說就是採樣頻率必須至少是信號中最大頻率分量頻率的兩倍，否則就不能從信號採樣中恢復原始信號。
50 Hz - PAL 視頻
60 / 1.001 Hz - NTSC 視頻
當模擬視頻轉換為數字視頻的時候，出現另外一種不同的採樣過程，這次是使用像素頻率。一些常見的像素採樣率有：
13.5 MHz - CCIR 601、D1 video
高頻 luminance 成分的混淆現象作為摩爾紋出現。
混疊
如果不能滿足上述採樣條件，採樣後信號的頻率就會重疊，即高於採樣頻率一半的頻率成分將被重建成低於採樣頻率一半的信號。這種頻譜的重疊導致的失真稱為混疊，而重建出來的信號稱為原信號的混疊替身，因為這兩個信號有同樣的樣本值。
一個頻率正好是採樣頻率一半的弦波信號，通常會混疊成另一相同頻率的波弦信號，但它的相位和幅度改變了。
以下兩種措施可避免混疊的發生：
1）提高採樣頻率，使之達到最高信號頻率的兩倍以上；
2）引入低通濾波器或提高低通濾波器的參數；該低通濾波器通常稱為抗混疊濾波器
抗混疊濾波器可限制信號的頻寬，使之滿足採樣定理的條件。從理論上來說，這是可行的，但是在實際情況中是不可能做到的。因為濾波器不可能完全濾除奈奎斯特頻率之上的信號，所以，採樣定理要求的頻寬之外總有一些“小的”能量。不過抗混疊濾波器可使這些能量足夠小，以致於可忽略不計。
減採樣
當一個信號被減採樣時，必須滿足採樣定理以避免混疊。為了滿足採樣定理的要求，信號在進行減採樣操作前，必須通過一個具有適當截止頻率的低通濾波器。這個用於避免混疊的低通濾波器，稱為抗混疊濾波器。
過採樣
在有些情況下，人們希望採樣頻率超出信號頻寬的兩倍這樣就可以用數字濾波器替換性能不好的模擬抗混疊濾波器，這個過程稱為過採樣。
