第二章 数字音频处理技术

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多媒体技术

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第2章 数字音频处理技术2.1 2.2 2.3 2.4 2.52014-2-16

声音及其分类 数字音频基础知识

声卡及其应用数字语音的应用

常用音频处理软件2

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学习目标 了解声音信号的特点、存储格式及质量的 度量方法 理解音频信号压缩方法及音频编码标准 掌握常用的音频处理软件对声音信号进行 处理

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2.1 声音及其分类 声音的概念 声音是通过空气传播的一种连续的波，当物体 振动时会激励它周围的空气质点振动，由于空 气的惯性和弹性，在空气质点的相互作用下， 振动就会逐渐向外传播而产生声波。声音属于 听觉媒体，其频率范围大约在20Hz~20KHz。

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2.1.1 音频信号的特点 几个重要参数： 周期：声波每完成一次振动需要的时间称为周 期，通常用T表示，单位是秒。 频率：每秒钟所完成的振动次数称为频率，用 来体现音调的高低，单位是赫兹(Hz)。 声音的频率体现音调的高低 一个声源每秒钟可产生成百上千个波，每秒钟波峰 所发生的数目称之为信号的频率 (Hz/kHz)。

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2.1.1 音频信号的特点 几个重要参数： 振幅：振幅是指声波的高低幅度，表示声音的 强弱。振幅用来定量研究空气受到压力的大小。 振幅决定了信号音量的强弱程度。振幅越大，声音 越强。 对音频信号，声音的强度用分贝(dB)表示，分贝的 幅度就是音量。 振幅是从信号的基线到当前波峰的距离。

带宽：带宽指频率覆盖的范围。

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周期 幅 度 限 基线

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2.1.2 声音的分类 在多媒体技术中，将声音媒体分为语言、 音乐和音响三类。 语言：指具有人类约定成俗的和语言内涵的特 殊媒体。 音乐：是指规范的符号化了的声音。 音响：是指人们熟悉的其他声音，包括自然界 的风声、雨声以及机器发出的声音等。

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2.1.3 声音的要素 音调：人耳对声音频率高低的感觉称为音 调。音调由声源振动频率所决定。 音色：音色是用来描述声音品质的，主要 决定于声音频谱结构中的泛音多少。 音强：音强是衡量声波在传播过程中声音 强弱的物理量，即与声音信号的幅度成正 比。

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音调 音调：代表了声音的高低。音调与频率有 关，频率越高，音调越高，反之亦然。 当提高磁带录音机的转速时，其旋转加快，声 音信号的频率提高，其喇叭放出来声音的音调 提高了。 在使用音频处理软件对声音的频率进行调整时， 也可明显感到音调随之而产生的变化。各种不 同的声源具有自己特定的音调，如果改变了某 种声源的音调，则声音会发生质的转

变，使人 们无法辨别声源本来的面目。2014-2-16 10

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变调处理——变调前波形

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变调处理——变调后波形

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音色 音色：声音的特色。分纯音和复音两种 纯音是指振幅和频率均为常数的声音； 复音则是具有不同频率和不同振幅的混合声音。

大自然中的声音绝大部分是复音

在复音中，最低频率的声音是“基音”,它是声音 的基调。其他频率的声音称为“谐音”,也叫泛音。 基音和谐音是构成声音音色的重要因素。各种声源 都具有自己独特的音色，例如各种乐器的声音、每 个人的声音、各种生物的声音等，人们就是依据音 色来辨别声源种类的。2014-2-16 13

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音强 音强：声音的强度，也被称为声音的响度， 常说的“音量”也是指音强。 音强与声波的振幅成正比，振幅越大，强 度越大。 唱盘、CD激光盘以及其他形式声音载体中 的声音强度是一定的，通过播放设备的音 量控制，可改变聆听时的响度。

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2.2 数字音频基础知识 音频信息在多媒体中的应用极为广泛 视频图像配以娓娓动听的音乐和语音 静态或动态图像配以解说和背景音乐 立体声音乐可增加空间感 游戏中的音响效果

音频处理技术主要包括 电声转换 音频信号的存储、重放技术、加工处理技术 数字化音频信号的编码、压缩、传输、存取、 纠错等。2014-2-16 15

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2.2.1 声音的A/D与D/A转换 A/D转换就是把模拟信号转换成数字信号的 过程，模拟电信号变为了由“0”和“1”组 成的Bit信号。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 。 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。 借助于A/D或D/A转换器，模拟信号和数字 信号可以互相转换。2014-2-16 16

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2.2.2 模拟音频的数字化过程100101100011101

模拟信号的数字化过程

采样和量化的过程可由A/D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。2014-2-16 17

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模拟声音信号的数字化

(a)模拟声音信号的波形

(b)采样得到的离散时间信号

(c)再量化得到的数字信号2014-2-16 18

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