多媒体技术课件第五章.ppt

1、第五章 音频信息处理,第五章音频信息处理,5.1概述 5.2音频信号数字化 5.3常用的数字音频文件 5.4音频编辑处理软件,5.1概述,一、什么是声音？ 1.声音 客体：物体的振动，产生空气波动 主体：人类通过听觉器官所感受到空气波动而产生的心理现象。 听觉范围：20- 20000 Hz， 语音：300-3000 Hz,听觉： 响度 - 振幅 高度 - 频率 听觉心理：物体的振动波引起的感受,次声波,音频,超声波,语音,20 300 3000 20000,2. 声音的量纲：频率、振幅、相位波形、声强 3.声音的分类： 1）音频信号 2）亚音信号 3）话音信号 4）超音频信号 4.音频信息处理

2、技术 1）音频获取技术 2）音频合成技术 3）音频定位技术 4）音频编码、解码技术 5）音频网络传输技术,5.声音质量与音频频率范围 声音质量 音频范围 电话质量 200Hz-3.4KHz 调幅广播 50Hz-7KHz 调频广播 20Hz-15KHz 宽带音响 20Hz-20KHz,二、声音三要素 。音调 - 频率的高低 高音低音，与声带、共振腔有关 。音强 - 振幅的大小 嗓门大小，由肺部决定 。音色 - 包含频率的多少 泛音，由大大小小的共振腔产生,1.音调与基频 ： 音调是指声波的基频，在音乐中称为音高。音调与声音的频率有关，频率快则声音高，频率慢则声音低。将基频取对数后与人的音高感觉成

3、线性关系，音律中最常见的12平均律中的音阶划分，就是在频率对数坐标取等分而得来的。,2.音色与谐波 ： 音色是由混入基音的谐波（泛音）所决定的，即取决于声波的频谱。每个基音都有固有的频率和不同音强的泛音，从而使每个声音具有特殊的音色效果。,3.音强与振幅 ： 音强取决于声音的幅度，即振幅的大小与强弱。声波信号的强弱程度，与声音信号的幅度成正比。 一般用声音信号幅度取对数后再乘20所得值来描述声强，以分贝（dB）为量纲，此时称为音量。 在处理音频信号时，一般用动态范围来定义音频信号的相对强度： 动态范围=20*log（信号的最大强度/信号最小强度）（dB）,1.音频信号的主要技术指标 频带宽度

4、：音频信号的频率范围 动态范围 ：音频信号的最大强度与最小强度之比。 信噪比：有用信号的平均功率与噪音的平均功率之比。 2.音频信号的特性,三、音频信号的技术指标,一、音频信号的特点 1 . 音频信号是时间依赖的连续媒体； 2 . 有两个声道，理想的合成声音应是立体声； 3 . 对语言信号的处理，不仅是信号处理问题，还要抽取语意等其他信息。,5.2 音频信号数字化,二、声音信号数字化 1 .采样：将在时间轴上连续的声音波形进行时间轴上的离散化 2 .量化：对采样后的幅值样本进行离散化处理 3 .编码：将采样后量化好的数据按照一定的数据格式编排存放到计算机,5.2 音频信号数字化,三、数字音频的

5、技术指标 1 .采样频率 ：指一秒钟内的采样次数 采样定理 T 1/2fc 或 fc 1/2T 2 .量化位数 ：量化位数决定了量化等级（M=2n） 3 .声道数 ：一次同时产生的声波组数 4 .编码算法 ：一般有无压缩编码和压缩编码,5.2 音频信号数字化,四、WAVE文件的存储容量 1 . 存储容量的计算 存储容量=（量化位数采样频率声道数持续时间）/8 （Byte） CD光盘采用了双声道16位采样，采样频率为44.1KHz，可达专业级水平。若某首流行歌曲的长度为3.5分钟，则该歌曲占用的存储容量为： 1644.110002(3.560)8=37044000（B）=35.33MB 2 .存

6、储方式 3 .播放方式,5.2 音频信号数字化,五、数字音频的编码标准 1.ITU标准： 2.MPEG标准 有MPEG、MPEG、MPEG和MPEG几种。 3.AC-3标准 由Dolby实验室在AC-2的基础上开发出来的音频编码技术。目前是美国HDTV的音频标准。适用于电视广播、数字广播、有限电视、直播卫星以及家庭音响等各个领域 4.GSM标准 由欧洲数字移动特别工作组制定。速率为13kb/s，采用RPE-LTP算法，适用于移动通信的低速语音编码。 5.CTIA标准 美国数字移动通信标准。速率为8kb/s，采用VSELP算法，压缩率高，计算量适中，适用于移动通信的低速语音编码。,5.2 音频信

7、号数字化,一、常用的数字音频文件 1 . 波形声音文件 (1)WAV文件 (2)VOC文件 (3)PCM文件 (4)MP3文件 (5)RA文件 (6)WMA(udio) 2 .合成声音文件 ：以.mid为后缀，通过语音合成器产生相应声音的非波形格式的MIDI文件。 3 .混合型文件 ：既有波形文件的特征，又有非波形文件的特征的文件。其中最有代表性的是.mod文件。,5.3 常用的数字音频文件,MIDI是Musical Instrument Digital Interface的首写字母组合词，可译成“电子乐器数字接口”。用于在音乐合成器(music synthesizers)、乐器(musica

8、l instruments)和计算机之间交换音乐信息的一种标准协议。,使用计算机利用声音合成技术生成音乐的技术称为电子音乐合成。,电子音乐合成与MIDI系统,电子音乐合成,声音分类 乐音 噪音 乐音的音质 基音 泛音,乐音的四要素 音高 音色 响度 时值,音乐基础知识,电子音乐合成,模拟合成法： 减法合成 滤波器 加法合成,数字合成法： FM频率调制合成 Wavetable波表合成 LA线形合成 AI先进集成式合成 AV先进向量合成 VAST可变结构合成技术,产生乐音的方法很多，现在用得较多的方法有两大类：,音乐合成技术,MIDI系统,1982年，国际乐器制造者协会通过了美国Sequentia

9、l Circuits公司的大卫.史密斯提出的“通用合成器接口”的方案，并改名为“音乐设备数字接口”，即“ Musical Instrument Digital Interface”,缩写为“ MIDI”，公布于世。 1985年11月，国际乐器制造者协会公布了MIDI 1.0版的细节规定。 若干次修订。,MIDI的形成,MIDI系统,各个MIDI设备通过专用的串行电缆(MIDI线)连接， 并以 31.25 KBPS 的速度传送着数字音乐信息。,MIDI,Thru Out In,MIDI的物理接口标准,MIDI设备的连接,简单连接,复杂连接,MIDI系统,MIDI的通道概念,二、 WAVE与MID

10、I有何区别 1 .MIDI音乐的产生原理,5.3 常用的数字音频文件,二、 WAVE与MIDI有何区别 2.WAVE文件与MIDI文件的区别 (1)文件格式的不同 (2)声音的来源不同 (3)存储的容量不同 (4)适用的范围不同,5.3 常用的数字音频文件,三、如何对WAV文件格式进行转换 1 . WAVE文件转换为MP3文件,5.3 常用的数字音频文件,三、如何对WAV文件格式进行转换 2.其它文件格式转换为MP3文件,5.3 常用的数字音频文件,一、常用的音频编辑处理软件 1 . 音频信息的种类 (1)波形音频（Wave from Audio） (2)MIDI音频（MIDI Audio） (3)数字音频（CD Audio） 2 .音频信息的采集方式 (1)个人制作：利用音频编辑处理软件（如Windows中的录音程序、专业录音软件WaveEdit或MIDI制作软件Cakewalk等）进行制作。 (2)声音素材库中获取 (3)Internet下载 (4)通过其它途径（如CD、DVD以及