秋季养生之美颜汁.ppt

第2章 音频处理技术（二） 西安交通大学 计算机教学实验中心 2007 问题的提出 数字音频信息如何处理？ 用什么工具可以处理？ 有哪些处理？ 我能处理吗？ …… 二、数字音频 数字音频原理回顾…… 声音的数字化 声音的数字化 数字化就是将连续信号变成离散信号。 对音频信号，首先在时间上离散，取有限个时间点，称为采样。 然后在幅度上离散，取有限个幅度值，称为量化。 再将得到的数据表示成计算机容易识别的格式，称为编码。 声音的A/D与D/A转换 模拟信号很容易受到电子干扰，因此用数字信息代替声音信号成为音频信息处理的一种方法。 A/D转换和D/A转换技术便应运而生。A表示Analog”（类比、模拟），D代表“Digital ”（数字），A/D转换就是把模拟电信号转换成由“0”和“1”组成数字信号的过程。 这样做的好处是显而易见的，声音存储质量得到了加强，数字化的声音信息使计算机能够进行识别、处理和压缩，这也就是为什么如今磁带逐渐被淘汰，CD唱片却趋于流行的原因。 A/D转换的一个关键步骤是声音的采样和量化，得到数字音频信号，它在时间上是不连续的离散信号。 PCM编码 1939年法国工程师Alec Reeves发明了将连续的模拟信号变换成时间和幅度都离散的二进制码代表的脉冲编码调制信号（Pulse Code Modulation-PCM），并申请了专利。 PＣＭ首先开始应用于电话系统，但一直到１９６２年美国Bell实验室才为ＡＴ＆Ｔ制成了国际上第一套商用ＰＣＭ电话系统（Ｔ１系统），这标志了通信开始步入数字化。 PCM 编码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。 PCM编码主要优点 抗干扰能力强；失真小；传输特性稳定，尤其是远距离信号再生中继时噪声不累积，而且可以采用压缩编码、纠错编码和必威体育官网网址编码等来提高系统的有效性、可靠性和必威体育官网网址性。 A/D 和D/A转换示意图 模拟声音信号的采样和量化过程示意 数字音频的技术指标 采样频率 采样精度 声道数 音频数据传输率 编码算法与音频数据压缩比 采样频率 采样频率是指一秒钟采样的次数。采样频率越高，单位时间内采集的样本数越多，得到波形越接近于原始波形，音质就越好。 根据奈奎斯特(Harry Nyquist)采样理论：如果采样频率高于输入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。 采样的3个常用频率 分别为： 11.025kHz——AM(调幅)广播 22.05kHz ——FM(调频)广播 44.1kHz ——CD高保真音质声音 现在声卡的采样频率一般为48kHz甚至96kHz。 采样精度 采样精度用每个声音样本的位数表示，也叫样本精度或量化位数，反映度量声音波形幅度的精度。 例如，每个声音样本用16位表示，则量化样本值在0～65535之间，它的精度是输入信号的1/65536。 采样精度决定了模拟信号数字化以后的动态范围。 采样精度影响到声音的质量 位数越多，声音的质量越高，而需要的存储空间也越多；位数越少，声音的质量越低，需要的存储空间越少。 声道数 单声道(mono)信号一次产生一组声波数据。 双声道或立体声(stereo)一次产生两组声波数据。 双声道在硬件中占两条线路，一条是左声道，一条是右声道。 立体声不仅音质、音色好，而且能产生逼真的空间感。但立体声数字化后所占空间比单声道多一倍。 其他因素 除采样频率、采样精度、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声音质量的下降。 实际收听时，音响（功率放大器、扬声器等）的质量对音质的表现也起很大作用。 音频数据传输率 音频信号数字化后，产生大量数据 。 产生数据的速度或播放声音时需要传输数据的速度影响声音的播放质量。数据传输率用每秒钟传输的数据位数表示，记为bps（bit per second）。 未经压缩的数字音频数据传输率为： 数据传输率(bit／s) = 采样频率(Hz)×量化位数(bit)×声道数 声音质量和数字化指标 编码算法与音频数据压缩比 未压缩的音频数据量非常大，因此在编码的时候常采用压缩的方式。 实际上，编码的作用一是记录数字数据，二是采用一定的算法来压缩数据以减少存储空间和提高传输效率。 压缩编码的基本指标之一就是压缩比，一般为数据压缩前后的数据量之比： 数据压缩说明 采用不同的数字化指标实际上也是进行了不同比例的数据压缩。 如果PCM编码采用4bit量化对CD音质信号压缩，其压缩比为4:1。 压缩算法包括有损压缩和无损压缩； 有损压缩解压后数据不能完全复原，要丢失一部分信息。 无损压缩不丢失任何信息，能较好地复原原始信号。 数字音频文件格式 数字声音文件格式是数字音频在磁盘文件