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第二章数字音频处理技术与CakewalkSONAR实验多媒体音频信息处理CakewalkSONAR8的安装、配置与界面功能介绍CakewalkSONAR音频处理基本实验CakewalkSONAR综合实验：录制数字音频

010203042.1.1声音信号的形式在日常生活中，音频(Audio)信号可分为两类：语音信号和非语音信号。任何声音都是物体振动产生的现象,物体受到敲打或激发就能产生振动，发声体的振动在介质中的传播称为声波。当声波达到人的耳膜时，会感觉到这种压力的变化，或者感觉到振动，这就是声音。在物理上，声音可用一条连续的曲线来表示。这条连续的曲线无论多复杂，都可分解成一系列正弦波的线性叠加。因声波是在时间和幅度上都连续变化的量，称为模拟量。2.1多媒体音频信息处理

图2-1用声音录制软件记录的英文单词”Hello”语音的实际波形体之间的关系

声波的频率、周期与振幅模拟音频信号的物理特征模拟音频信号有两个重要参数：频率和幅度。声音的频率体现音调的高低，声波幅度的大小体现声音的强弱。

010203040506频率一个声源每秒钟可产生成百上千个波，我们把每秒钟波峰所发生的数目称之为信号的频率，单位用赫兹(Hz)或千赫兹(kHz)表示。人们在日常说话时的语音信号：频率范围300～3000Hz亚音(subsonic)：频率小于20Hz的信号音频(Audio)：频率范围为20～20kHz的信号超音频(ultrasonic)：高于20kHz的信号

周期周期是指信号在两个峰点或谷底之间的相对时间。周期和频率之间的关系是互为倒数。如果每隔—定时间波形就重复相同的形状，那么就称这个时间为周期。幅度信号的幅度是从信号的基线到当前波峰的距离。幅度决定了信号音量的强弱程度。幅度越大，声音越强。声音的强度水平(声响或者音量)用dB来测量。dB的测量值等于在对数标尺上选定的参考声强与实际感受的声强的比值。分贝数＝10log(P1／P0)

听觉、感知音高音色语音响度022.1.3与声音有关的几个术语01

图2-3四级声音质量的频率范围声音的质量声音的质量与它所占用的频带宽度有关，频带越宽，信号强度的相对变化范围就越大大，音响效果也就越好。按照带宽可将声音质量分为4级

数字化的声音易于用计算机软件处理，对模拟音频数字化过程涉及音频的采样、量化和编码模拟音频的数字化过程

采样和量化的过程可由数模（A/D）转换器转换器实现。A/D转换器以固定的频率去采样，即每个周期测量和量化信号一次。经采样和量化后声音信号经编码后就成为数字音频信号，可以将其以文件形式保存在计算机的存储介质中，这样的文件一般称为数字声波文件。

1.采样

为实现A/D转换，需要把模拟音频信号波形进行分割，以转变成数字信号，这种方法称为采样(Sampling)。采样的过程是每隔一个时间间隔在模拟声音的波形上取一个幅度值，把时间上的连续信号，变成时间上的离散信号。该时间间隔称为采样周期，其倒数为采样频率。采样频率是指计算机每秒钟采集多少个声音样本。

采样频率越高，即采样的间隔时间越短，则在单位时间内计算机得到的声音样本数据就越多，对声音波形的表示也越精确。

量化量化的过程是先将采样后的信号按整个声波的幅度划分成有限个区段的集合，把落入某个区段内的样值归为一类，并赋于相同的量化值。采取二进制的方式，以８位(bit)或16位的方式来划分纵轴。也就是说在一个以8位为记录模式的音效中，其纵轴将会被划分为个量化等级(quantizationlevels)，用以记录其幅度大小。对声波波形幅度的数字化表示称之为“量化”如何分割采样信号的幅度呢?在相同的采样频率之下，量化位数愈高，声音的质量越好。同理，在相同量化位数的情况下，采样频率越高，声音效果也就越好。123456

3.编码图2-6音频信号处理过程音频编码的信息是声音波形，所以又称波形编码。这种方法要求重构的声音信号的各个样本尽可能地接近于原始声音的采样值，复原的声音质量较高。常用的波形编码技术有脉冲编码调制（PulseCodeModulation，PCM）、自适应差分脉冲编码调制（AdaptiveDifferentialPulseCodeModulation，ADPCM）和自适应变换编码（AdaptiveTransformCoding，ATC）等。

脉冲编码调制PCM01PCM是把模拟信号变换为数字信号的一种调制方式，既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。02PCM的主要优点是：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、