第3章多媒体技术与应用 多媒体音频技术教程

3.1数字音频的基本概念3.2音频接口卡3.3数字音频的压缩编码3.4音频编码标准3.5数字音频处理软件简介3.6数字音频的获取与文件格式转换3.7语音识别技术第三章多媒体音频技术学习目标1.了解声音信号的特点、存储格式及质量的度量方法2.了解音频卡的功能、构成、原理及其应用3.理解音频信号处理的方法4.了解音频信号压缩方法及音频编码标准5.掌握应用常用的音频处理软件对声音信号进行处理的过程6.了解语音识别技术及其应用3.1数字音频的基本概念声音

声音是因物体的振动而产生的一种物理现象。振动使物体周围的空气绕动而形成声波，声波以空气为媒介传入人的耳朵，于是人们就听到了声音。数字音频的基本概念音频

音频（Audio）是用声音的频率界定的，指频率在20Hz~20kHz范围内的声波。音频所覆盖的声音频率是人的耳朵所能听到的声音。3.1.2模拟音频和模拟音频记录技术

就记录技术而言，为了模拟声音的波形形状从而将声波振动转变成唱片的波状沟纹或磁带的磁向排列的技术都可以称为模拟音频记录技术。

模拟音频即前面提到的模拟声音，是指随时间连续变动的音频声音波的模拟记录形式，通常采用电磁信号对声音波形进行模拟记录。数字音频

数字音频并非一种新的声音，它不过是模拟音频声音进入计算机后的一种记录和存储形式。计算机在处理声音时，除了输出仍用波形形式外，记录、存储和传送都不能使用波形形式，即声音在进入计算机时，必须进行数字化，使时间上连续变化的波形声音变成一串0、1构成的数据序列。

模拟音频与数字音频特点比较

模拟音频是连续的波动信号，数字音频是离散的数字信号。模拟音频不便进行编辑修改，数字音频编辑、特效处理容易。模拟音频用磁带或唱片做记录媒体，容易磨损、发霉和变形，不利长久保存；数字音频主要用光盘存储，不易磨损，适宜长久保存。模拟音频进入计算机必须数字化为数字音频，而数字音频最终要转换为模拟音频才能输出。3.1.3音频信号的数字化

音频信号的数字化就是对时间上连续波动的声音信号进行采样和量化，对量化的结果选用某种音频编码算法进行编码，所得结果就是音频信号的数字形式，即数字音频。3.1.4语音合成

1.发音器官参数语音合成2.声道模型参数语音合成3.波形编辑语音合成3.1.5音乐合成

音乐合成是声音合成的另一分支，与语音合成的对象不同，音乐合成的对象是乐音，而不是人类的语音音乐合成的原理和方法音乐合成方法

一是调频合成法，又称FM合成法；一是波形表（Wavetable）合成法，又称波表合成法。FM合成法

FM合成法正是从乐音的频谱特性分布中得到启示，通过使用调频（FM）技术，利用不同调制波频率和调制指数，对载波进行调制，得到了具有不同频谱分布的波形。波表合成技术

波表合成技术是先把音乐演奏家在各种不同乐器上演奏的不同音符、以适当的采样率、量化位数录制下来，形成乐音的波形数据。然后将各种波形数据存储在ROM中。发音时，通过查找到所选预期的波形数据，然后经过调制、滤波、再合成等处理形成立体声后发声。

MIDI

MIDI（MusicalInstrumentDigitalInterface）是乐器数字接口英文首写字母的缩写，实际上，它是一套有关数字合成音乐的国际标准。3.1.6声音文件格式

4.midi格式3.mp3格式2.voc格式1.wav格式3.2.1声卡的功能

文语转换和语音识别MIDI音乐录制和合成编辑与合成声音文件录制与播放声音文件3.2.2声卡的结构

声卡的技术指标音频压缩DSP数字信号处理器MIDI合成方式采样频率和量化位数声卡与外部设备的连接

LINEINLINEOUTSPKOUTMIDI录音机、CD唱机等线性输出麦克风扬声器线性输入立体声放大器MIDI设备MICIN3.3数字音频的压缩编码

将量化后的数字声音信息直接存入计算机将会占用大量的存储空间。在多媒体音频信号处理中，一般需要对数字化后的声音信号进行压缩编码，使其成为具有一定字长的二进制数字序列，以减少音频的数据量，并以这种形式在计算机内传输和存储。声音的压缩编码

混合型编码参数编码波形编码PCM编码

编码原理：

PCM编码调制是对连续语音信号进行空间采样、幅度值量化及用适当码字将其编码的总称，即它把连续输入的模拟信号变换为在时域和振幅上都离散的量，然后将其转化为代码形式传输或存储。

PCM编码框图

均匀量化

如果采用相等的量化间隔对采样得到的信号进行量化称为均匀量化。

非均匀量化

非线性量化的基本想法是，对输入信号进行量化时，大的输入信号采用大的量化间隔，小的输入信号采用小的量化间隔3.4.2MP3压缩技术

MP3的全名是MPEGAudioLayer-3，简单地说就是一种声音文件的压缩格式MP3的好处在于大幅降低数字声音文件的容量，而不会破坏原来的音质。

3.4MP4压缩技术

MP4并不是MPEG-4或者MPEG-1Layer4，它的出现是针对MP3的大众化、无版权的一种保护格式，由美国网络技术公司开发，美国唱片行业联合会倡导公布的一种新的网络下载和音乐播放格式。3.5数字音频处理软件

AdobeAudition2.0

GoldWaveCakeWalk（音乐大师）

3.5.1AdobeAudition2.0

Audition的前身是CoolEditPro,一个非常出色的数字音乐编辑器和MP3制作软件。不少人把CoolEdit形容为音频“绘画”程序。你可以用声音来“绘”制：音调、歌曲的一部分、声音、弦乐、颤音、噪音或是调整静音。而且它还提供有多种特效为你的作品增色：放大、降低噪音、压缩、扩展、回声、失真、延迟等。AdobeAudition2.0窗口3.5.2GoldWa