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第 7 章 数字音频技术

第 7 章 数字音频技术. 7.1 概述. 模拟音响技术 是在信号振幅随时间连续变化的模拟状态下，对音频信号进行加工处理。而所谓数字音响 (Digital Audio) 技术就是指把声音信号数字化，并在数字状态下进行传送、记录、重放以及其它加工处理等一整套技术。数字信号在传输、处理、记录和重放时，与模拟信号相比有许多优点，主要表现在： ①动态范围宽广恒定； ②抗噪声能力强； ③调制噪声低。. 7.1 概述.

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第 7 章 数字音频技术

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  1. 第7章数字音频技术

  2. 7.1 概述 模拟音响技术是在信号振幅随时间连续变化的模拟状态下，对音频信号进行加工处理。而所谓数字音响(Digital Audio)技术就是指把声音信号数字化，并在数字状态下进行传送、记录、重放以及其它加工处理等一整套技术。数字信号在传输、处理、记录和重放时，与模拟信号相比有许多优点，主要表现在：①动态范围宽广恒定；②抗噪声能力强；③调制噪声低。

  3. 7.1 概述 利用数字技术制造的数字音响设备、数字音视频设备，已成为音响主流和音像主流。它主要包括数字唱片系统、数字磁带录放系统、节目制作系统及学习娱乐用品等。主要有CD、MD、LD、VCD、DVD、DAT、DCC、MP3、MP4、录音笔及数字音频工作站等。

  4. 7.2 音频技术数字化 脉冲编码调制方式，简称PCM方式（Pulse Code Modulation ）是由取样、量化和编码三个基本环节完成的。

  5. 1.取样(Sampling) 对振幅随时间连续变化的模拟信号波形按一定的时间间隔取出样值，形成在时间上不连续的脉冲序列，称之为取样（抽样或采样）。 取样的密度，即取样频率，也称抽样频率或采样频率，取样频率是指每秒钟将模拟音频信号分成的“点”数，它决定了信号的上限频率。如图7-1所示。这个时间间隔称为取样周期，记为Ts，相应的取样频率fs=1/Ts。 图7-1信号的取样

  6. 2.量化(Quantization) 将采样值相对于振幅进行离散的数值化的操作称为量化。即将模拟信号的幅度，在动态范围内划分为相等间隔的若干层次，把取样输出的信号电平按照四舍五入的原则归入最靠近的量值。 图7-2 信号的量化

  7. 2.量化(Quantization) 量化噪声 将采样值相对于振幅进行离散的数值化的操作称为量化。用n比特（bit）的量化能够表现出的动态范围D由下式计算 在CD系统中，n＝16，因而可算得理论上的动态范围为D=97.8dB（实际应用中已远超过了该值）。伴随量化产生的误差称为量化误差，即量化噪声。

  8. 3.编码(Coding) 把取样、量化所得的量值变换为二进制数码的过程称为编码。 经上述取样、量化和编码所得的数字信号称为PCM编码信号，或PCM数字信号。

  9. 4.纠错编码(Code Correction) 图7-3中示意的是一种最简单的纠错编码方式，即奇偶校验码。 图7-3 信号数字化过程

  10. 5.调制（Modulation) 对CIRC输出的数字信号进行码形变换，以利于记录和重放，这个过程称为调制。 用于唱片和磁带记录的调制有多种方式，如非归零(NRZ)、改进型调频(MFM)、8-14调制(EFM)和8-10变换(ETM)等。 EFM调制(Eight to Fqurteen Modulation)是指把纠错编码器送来的每16位数据分成两个字符，每个字符有8位数据，再将8位变换成14位的数据单元，作为记录媒介的记录数据，如图7-4所示。 图7-4 信号的编码

  11. 6.帧(Frame)结构 数字信号是以字符为单位的，若偏移1位，就会使该字符代表的信号电平发生变化。为此，必须把记录信号分割成很小的字组，并设法判断出各字组之间的分界线，这样的字组称为帧。 模拟信号经过以上一系列的处理，就完成了数字化，有时也称为模/数转换。还原为模拟信号，即数/模的转换，则可以看成是其逆过程。 2014/9/24

  12. 7.3 数字音频格式 数字音频的编码方式就是数字音频的格式 常见的数字音频格式有： 1．WAV。WAV格式是微软(Microsoft)公司开发的一种声音文件格式，也叫波形(Wave)声音文件，是最早的数字音频格式，被Windows平台及其应用程序所广泛支持。 2．MIDI。MIDI是Musical lnstrument DigitalInterface的缩写，又称作乐器数字接口，是数字音乐／电子合成乐器的统一国际标准。 2014/9/24

  13. 7.3 数字音频格式 3．CD。大家都很熟悉CD这种音乐格式了，扩展名CDA，其取样频率为44.1kHz，16位量化位数。 4．MP3。MP3全称MPEG-1 Audio Layer 3，它在1992年合并到Moving Picture Experts Group (MPEG)规范中去。 5．MP3Pro。MP3Pro是由瑞典Coding科技公司开发的，其中包含了两大技术：一是来自于Coding科技公司所特有的解码技术；二是由MP3的专利持有者法国汤姆森多媒体公司(Thomson Multimedia)和德国Fraunhofer集成电路协会共同研究的一项译码技术。 2014/9/24

  14. 7.3 数字音频格式 14．LQT。Liquid Audio是一家提供付费音乐下载的网站。 15．Audible。Audible拥有四种不同的格式： Audiblel、2、3、4。 16．VOC文件。在DOS程序和游戏中常会遇到这种文件，它是随声霸卡一起产生的数字声音文件 17．AU文件。在Intemet上的多媒体声音主要使用该种文件。 18．AIFF(.AIF)：这是Apple计算机公司开发的声音文件格式，被Macintosh平台和应用程序所支持。 2014/9/24

  15. 7.3 数字音频格式 19．Amiga声音(.SVX)。Commodore所开发的声音文件格，被Amiga平台和应用程序所支持，不支持压缩。 20．MAC声音(.snd)：Apple计算机公司所开发的声音文件格式，被Macintosh平台和多种Macintosh应用程序所支持，支持某些压缩。21．S48。S48(S，stereo；48，48kHz)采用MPEG I layer 1、MPEG I layer 2(简称Mpl，Mp2)声音压缩格式 22．AAC。AAC实际上是高级音频编码(Advanced Audio Coding)的缩写，AAC是由Fraunhofer IIS-A、杜比和AT&T共同开发的一种音频格式，它是MPEG-2规范的一部分。 23. APE。 APE是一种无损压缩音频格式。 2014/9/24

  16. 7.4 数字音频接口 1.AES／EBU是美国和欧洲录音师协会制定的一种高级的专业数字音频数据格式，插口硬件主要为卡侬口，如图7-5所示。 2.S／PDIF是SONY和PHILIPS公司制定的一种音频数据格式，主要用于民用和普通专业领域，插口硬件使用的是光缆口或同轴口，如图7-6所示。 图7-5 AES／EBU接口 图7-6 S／PDIF接口 2014/9/24

  17. 7.4 数字音频接口 3.ADAT(又称Alesis多信道光学数字接口)是美国ALRSTS公司开发的一种数字音频信号格式，因为最早用于该公司的ADAT八轨机，所以就称为ADAT格式，如图7-7（a）所示。 4.TDIF是日本TASCAM公司开发的一种多声道数字音频格式，使用25针类似于计算机串行线的线缆来传送八个声道的数字信号，如图7-7（b）所示。 5.R-BUS是ROLAND公司新推出的一种八声道数字音频格式，也被称为RMDBⅡ。 2014/9/24

  18. 7.5 数字音频系统 1．数字化扩音系统 图7-8 数字化扩音系统的基本构成 2014/9/24

  19. 2．数字化录放音系统 以PCM为基本技术的数字记录（重放）音响设备的原理方框图如图7-9所示。 图7-9 数字化录音系统的构成 2014/9/24

  20. 3．数字音频工作站 数字音频工作站(Digital Audio Workstation 简称DAW)又称数字音频制作系统，是计算机技术深入到音频制作系统的具体表现。 2014/9/24

  21. 由于采用计算机技术及软件使DAW对其所记录的声音具有强大的编辑管理能力，故而非常适用于影视、广播、音像节目的后期制作，称之为制作DAW，类同于视频节目制作系统。还可以进行电台自动化播出，称为播出DAW。还可以对播出资料进行集中管理，称之为编单DAW。 2014/9/24

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