第三讲 数字音频(一).ppt

一、声音 声音是传递信息的重要媒体，是多媒体技术研究中的一个重要内容； 声音的物理特性 　机械振动或气流等外力引起周围弹性媒质发生波动，产生声波。声波传到人耳经过人类听觉系统的感知就是声音 参数指标 幅度（振幅）：指声波波形的最高（低）点与时间轴之间的距离，反映声音信号的大小、强弱程度 人们对声音的感知不仅与声音幅度有关，还与声音的频率有关： 模拟信号与数字信号 模拟信号：时间或幅度上连续的信号 二、声音在计算机内的表示 PCM(pulse code modulation，脉冲编码调制）波形编码 PCM编码 PCM：是一种把模拟信号转换为数字信号最基本的编码方法，主要包括采样、量化和编码3个过程： 采样（sampling） 采样：在某些特定的时刻对模拟信号进行测量，即每隔一定的时间测量一次声音信号的幅值；把时间连续的模拟信号转换成时间离散、幅度连续的采样信号； 采样（sampling） 样本：每次采样都记录下原始模拟声波在某一时刻的状态，称之为样本；将一系列的样本连接起来，就可以描述一段声波了 采样 －采样频率 采样频率：一秒种采样的次数；HZ; 采样频率－奈奎斯特定理 奈奎斯特采样定理：如果采样频率高于输出信号最高频率的两倍，重放时就能从采样信号序列无失真地重构原始信号（必要非充分条件） 量化（quantization） 量化：是按“四舍五入”或其它方法将采样得到的数值限定在几个有限的数值中，将采样信号转换为时间离散、幅度离散的数字信号； 样本精度（sample precise）：反映度量声音波形幅度的精度 量化 采样精度越高，位数越多，表示的数值范围越大，数字化后波形振幅的精度越高，声波的还原越细腻，声音的质量越好，需要的存储空间越多；位数越少，声音的质量越低，需要的存储空间越少；通常有8位、16位 编码（coding） 量化后的数字音频信号直接存入计算机会占用很大的存储空间-，通过编码可以去除信号冗余和量化噪音，减少数据的存储量 编码 编码： 按一定的格式把离散的量化数值加以记录，即将量化后的信号转换成一个二进制编码组输出； 并在有用的数据中加入一些用于同步、纠错和控制的数据； 声道数 声道数即采样时同时生成的波形个数: 数据传输率 数据率：数字化或还原1秒钟声音（未压缩）所需传输的数据位数。 不同质量声音的数字化性能指标 除采样频率、样本精度、声道数影响声音质量外，声音录制时环境噪声、声卡内部噪声以及采样数据丢失等都会造成音质的下降； 数字化声音压缩的必要性 例：计算一分钟未经压缩的高保真立体声数字声音文件的大小； 总结： 声音的数字化过程实际上就是采样、量化和编码的过程； 对于音乐信号。减少数据量的方法不是降低采样频率和采样精度，而是数据压缩； 二、电子合成音乐 MIDI MIDI是乐器数字接口（musical instrument digital interface）的英文缩写, 是一个国际通用的标准接口,是一种技术规范。 20世纪80年代提出来的，是数字音乐的国际标准 MIDI MIDI信息实际上是一段音乐的描述,是数字化的乐谱,包含音符、定时以及键号、通道号、持续时间、音量和击键力度等各个音符的有关信息。 MIDI音乐的产生过程 电脑合成音乐的制作原理 MIDI电子乐器通过MIDI接口与计算机相连，计算机可通过音序器软件采集MIDI电子乐器发出的一系列指令； 音序器 电脑合成音乐的制作原理 最后，将MIDI指令送往音乐合成器，由合成器对MIDI指令符号进行解释并产生波形，然后通过声音发生器送往扬声器播放出来。 音乐合成器 音乐合成器是由数字信号处理器（DSP)和其他集成电路芯片构成的电子设备； MIDI设备与计算机的连接 MIDI电子合成音乐与PCM原理比较 PCM波形编码：把音乐的波形进行数字化采样和编码（记录音乐本身） MIDI与PCM原理比较 MIDI作品 MIDI作者可以购买现成的产品，也可以自己制作。当然，开发自己的MIDI作品，除了必须拥有计算机方面的知识与设备之外，还需要具备专业音乐知识和专用工具。 三、 数字化声音PCM和MIDI的比较 与MIDI数据相比，数字化的声音是声音的实际表示。它代表了声音的瞬时幅度。因为它与设备无关，每次播放时它都发出相同的声音。从这一点看，它的一致性好，但代价较高，因其数据文件要求较大的存储空间。 MIDI数据是与设备有关的，即MIDI音乐文件所产生的声音与用来播放的特定的MIDI设备有关。 1. MIDI数据优点 (1) 文件紧凑，所占空间小； 　　通常，MIDI文件比CD质量的数字化声音文件小200到1000倍，由于MIDI文件体积相当小，所以很适合在网络上传播。它不占用较多的