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第二章 音频信息的获取与处理

第二章 音频信息的获取与处理. 数字音频基础 音频卡的工作原理 音频编码基础和标准 音乐合成和 MIDI 规范. 2.1.1 模拟音频和数字音频. 基本概念 : 声音：是通过空气传播的一种连续的波。 基本参数：频率和幅度。. 模拟音频：把在时间和幅度上都是连续的信号称为模拟音频。. 数字音频：语音信号用数字表示时，称数字音频。. 2.1.2 数字音频的采样和量化. 采样：当把模拟声音变成数字声音时，需要每隔一个 时间间隔 在模拟声音波形上取一个幅度值，称之为采样。. 采样定理： fc ≥2f 或者 Tc≤T/2.

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第二章 音频信息的获取与处理

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  1. 第二章 音频信息的获取与处理 • 数字音频基础 • 音频卡的工作原理 • 音频编码基础和标准 • 音乐合成和MIDI规范

  2. 2.1.1 模拟音频和数字音频 基本概念: • 声音：是通过空气传播的一种连续的波。 基本参数：频率和幅度。

  3. 模拟音频：把在时间和幅度上都是连续的信号称为模拟音频。模拟音频：把在时间和幅度上都是连续的信号称为模拟音频。 • 数字音频：语音信号用数字表示时，称数字音频。

  4. 2.1.2数字音频的采样和量化 • 采样：当把模拟声音变成数字声音时，需要每隔一个时间间隔在模拟声音波形上取一个幅度值，称之为采样。 • 采样定理： • fc ≥2f 或者Tc≤T/2

  5. 量化：把某一幅度范围内的电压用一个数字表示，称之为量化。量化：把某一幅度范围内的电压用一个数字表示，称之为量化。

  6. 单声道和双声道

  7. 2.1.3 数字音频的文件格式 • WAV Microsoft公司的波形音频文件格式。 • VOC Creative公司的波形音频文件格式。 • MIDI MIDI文件格式。 • PCM 数据序列

  8. RMI Microsoft公司的MIDI文件格式，它可以包括图片、标记和文本。 • SND NeXT计算机的波形音频文件格式。 • AIF Apple计算机的波形音频文件格式。

  9. 2.1.4 音频信号的特点 • 音频信号是时间依赖的连续媒体； • 理想的合成声音应是立体声 ； • 对语音信号的处理，要抽取语意等其它信息。

  10. 音频信号相应的处理如下： • 人与计算机通信(计算机接收音频信号)。 • 计算机与人通信(计算机输出音频)。 • 人—计算机—人通信

  11. 3D音频

  12. Wav文件的字节数/每秒 =采样频率（Hz）ⅹ量化位数（位） ⅹ声道数/8

  13. 用44.1kHz的采样频率对声波进行采样，每个采样点的量化位数选用16位，则录制1秒的立体声节目，其波形文件所需的存储容量是多少？用44.1kHz的采样频率对声波进行采样，每个采样点的量化位数选用16位，则录制1秒的立体声节目，其波形文件所需的存储容量是多少？ 解：44100 ⅹ16 ⅹ2/8=176400（字节）

  14. 2.2.1 音频卡的功能和分类 • 录制、编辑和回放数字声音文件 • 控制声音源的音量，混合后再数字化 • 进行压缩以节省磁盘空间 • 文语转换和语音识别 • 功能接口

  15. 1.录制与播放 • 数字化音频采样频率范围：8~44.1kHz 量化位：8位/16位 通道数：立体声/单声道 • 编码与压缩： 基本编码方法：PCM 压缩编码方法：ADPCM 实时硬件压缩/软件压缩 • 音频录放的自动动态滤波 • 录音声源 • 输出功率放大器

  16. 2.其他接口 （1）MIDI接口 （2）CD-ROM接口 （3）游戏棒接口

  17. 声卡的技术指标 • 采样率与量化位数 • FM合成与波形表 • 兼容性 • 外围接口 • 音频压缩 • DSP芯片 • 软件支持

  18. 声卡的分类

  19. 2.2.3 音频卡的工作原理 • 声音的合成与处理 • 混合信号处理器 • 功率放大器 • 总线接口和控制器

  20. 2.2.4 SPDIF数字音频接口 • 概述 • 优势和不足

  21. 2.2.5 音频卡的发展和改进 • 改善声音质量 • 统一音频卡标准 • 简化安装的即插即用音频卡 • 三维环绕立体声 • 全双工声音处理 • 与通信技术的结合 • 单一芯片

  22. 2.3.1 音频编码基础和标准 1.时域信息的冗余度 • 幅度的非均匀分布 • 样本间的相关 • 周期之间的相关 • 基音之间的相关 • 静止系数 • 长时自相关函数 短时自相关

  23. 2.频域信息的冗余度 • 非均匀的长时功率谱密度 • 语音特有的短时功率谱密度

  24. 3.人的听觉感知机理

  25. 音频编码分类： 脉冲编码调制 • 波形编码 差分脉冲编码调制 自适应差分编码调制 参数编码 基于人的听觉特性的编码

  26. 2.3.2 音频编码标准 • G.711 • G.721 • G.722 • G.728 • MPEG中的音频编码 • AC-3编码和解码

  27. 练习与测试 • 在数字音频信息获取与处理过程中，下述顺序哪个是正确的？ （A）A/D变换、采样、压缩、存储、解压缩、D/A变换 （B）采样、压缩、 A/D变换、存储、解压缩、D/A变换 （C）采样、 A/D变换、压缩、存储、解压缩、D/A变换 （D）采样、 D/A变换、压缩、存储、解压缩、A/D变换 答案：C

  28. 2.4.1音乐合成 1.乐音三要素： • 音高：声波的基频。 • 音色：声音的音质。 • 响度：对声音强度的衡量。

  29. 2.乐合成技术的种类 调频(FM)音乐合成技术：FM是使高频震荡波的频率按调制信号规律变化的一种调制方式。 波形表(Wavetable)音乐合成技术：乐器发出的声音进行采样后，将数字音频信号存储在ROM芯片或硬盘中，进行合成时将再将相应乐器的波形记录播放出来，即波形表音乐合成技术。

  30. 2.4.2 MIDI规范 MIDI的定义： MIDI是乐器数字接口的缩写，泛指数字音乐的国际标准。

  31. 乐谱：由音符序列、定时和称作合成音色的乐器定义所组成。乐谱：由音符序列、定时和称作合成音色的乐器定义所组成。 • MIDI消息：乐谱的数字描述。

  32. 有关术语： • MIDI文件 • 通道 • 音序器 • 合成器 • 乐器 • 复音 • 音色 • 音轨 • 合成音色映射器 • 通道映射

  33. MIDI和多媒体PC • MIDI规范允许MIDI装置以预先说明的方式通信。 • MIDI标准中规定MPC包括一个内部合成器和标准MIDI端口。

  34. MIDI接口规范 • 由一个接收器和一个发送器组成 • MIDI设备有三种端口：输入口、输出口、转送口 • MIDI键盘有128键 • MIDI有16个声道 • MIDI消息

  35. 什么时候用MIDI？ • 长时间高质量的音乐； • 以音乐作背景音响效果，同时从CD-ROM中装载其他数据； • 以音乐作背景音响效果，同时播放波形音频或实现文-语转换，以实现音乐和语音同时输出。

  36. MIDI 1.0的技术规范 • MIDI规定合成器、音序器、微机和鼓乐等能通过一个标准的接口连接。

  37. 练习与测试 • 什么情况下需要使用MIDI？ （1）没有足够的硬盘存储波形文件时 （2）用音乐作背景效果 （3）想连续播放音乐时 （4）想音乐质量更好时 A.(1) B.(1)(2) C. (1)(2)(4) D. 全部 答案：B

  38. 2.数字音频采样和量化过程所用的主要硬件是（ ）。 A.数字编码器 B.数字解码器 C.模拟到数字的转换器（A/D转换器） D.数字到模拟的转换器（D/A转换器） 答案：C

  39. 音乐合成技术有和

  40. 考核要求： • 掌握：什么是模拟音频、数字音频；什么是采样、量化及基本原理。 • 理解：音频卡的工作原理；音乐合成的原理。 • 理解：数字音频编码的标准。

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