第三章 多媒体音频信息处理
3.3.2多媒体信息处理——声音和视频处理
尊敬的各位评委老师上午好！我是9号考生，我可以开始我的说课了吗？今天我说课的题目是《多媒体信息处理---声音和视频处理》，下面我将从说教材，说学情，说教法学法，说教学过程，说板书设计等几个环节来开始我的说课。
说教材《多媒体信息处理---声音和视频处理》是普通高中课程标准实验教科书——《信息技术基础（浙江教育出版社）》高中一年级第三章第三节第二课时的内容，该教材是按照高中信息技术课程标准编写的实验教材。
这节课在本教材中起到了承上启下的作用。
根据对教材地位，内容的分析，在新课改理念的指导下，我确定如下三个教学目标。
知识与技能：了解获取音频、视频的方法、过程及所需要的硬件设备。
了解音频、视频常见的文件格式、播放器及编辑软件。
掌握对声音的简单处理和编辑（如格式转化，剪切，复制）视频处理只需教师演示。
；过程与方法：通过本节课的学习，学生将对声音和视频的处理有进一步的理解，培养学生从日常生活，学习中发现或归纳出新知识的能力，提高学生观察归纳和分析问题解决问题的能力。
培养学生的理论联系实际能力和动手操作能力。
情感态度价值观：让学生理解信息技术对日常生活和学习的重要作用，激发学生学习信息技术的兴趣和积极性，养成积极主动地学习和使用信息技术，参与信息活动的态度。
培养学生主动探究和合作学习的意识和能力。
根据对教材的分析，再结合学生特点的基础上，设置本节课的重难点：重点：采集视频的过程及所需要的硬件设备（数码摄像机，1394接口）、常见处理音频、视频的软件、用cooledit对声音的简单处理难点：用cooledit对声音的简单处理以上是我对教材的分析，下面是学情分析2. 说学情现代教育理论强调教师要以满足学习者的需要为出发点和落脚点，所以教师必须充分了解和研究学生，才能做到有的放矢地进行教学，就经过紧张角逐步入处于青春发育阶段的高中一年级新生来说，他们的抽象逻辑思维已具有充分的假设性，预计性及内省性，形式逻辑思维处于优势，抽象逻辑思维的发展进入成熟期。
第三章多媒体音频信息处理
一、音频信号的分类
音频信号可分为两类：
❖ 语音信号：语音是语言的物质载体，它包含了 丰富的语言内涵，是人类进行信息交流所特有 的形式。
❖ 非语音信号：主要包括音乐和自然界存在的其他 声音形式。非语音信号的特点是不含复杂的语义 和语法信息，其信息量低，识别简单。
二、音频信号的形式
声音可用一条连续的曲线来表示。这条连 续的曲线无论多么复杂，都可分解成一系列正 炫波的线性叠加，称为声波。因声波是在时间 上和幅度上都连续变化的量，因此称之为模拟 量。模拟信号有两个重要参数：频率和幅度。
1996.3 1992.9 1996.3
音频编码标准和算法
编码 类型
波形 编码
参数 编码
混合
算法
PCM
μ(A)
APCM DPCM
ADPCM
SBADPCM
LPC
CELPC VSELP RPECELP
名称 均匀量化
μ(A) 自适应量化 差值量化 自适应差值量化
子带一自适应差值量化
线性预测编码 码激励LPC
①高压缩比，存储空间小。 ②适合网络播放。 ③音质不是很好。 ④专用播放器Realplayer、
超级解霸2001以上的版本等
➢ AIFF格式文件
AIF是音频交换文件格式（Audio Interchange File Format）的英文缩写，是苹果计算机公司开发的一 种声音文件格式。
七、声卡
虽然PC声卡是在20世纪90年代才得以普及，但 它的问世却是在1984年。英国的ADLIB公司是目前公 认的“声卡之父”，虽然他们最初开发的产品只能提供 简单的声音效果，并且无法处理音频信号，但在当时 无疑已经是一个很大的突破。由于技术不够成熟，成 本又非常昂贵，因此这类带有试验品性质的早期ADLIB 音乐卡，因在当时计算机的运算速度还不足以应付大 规模的多媒体处理，所以未能普及。
第3章音频信息处理
4. 声音的三要素
1）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。
读者也许有这样的经验，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。同样，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。
Wave格式支持多种压缩算法，支持多种音频位数、采样 频率和声道，是PC机上最为流行的声音文件格式，但其文 件尺寸较大，多用于存储简短的声音片断。
未压缩的声音文件的存储量可用下式计算： 存储量（KB）=（采样频率KHZ×采样位数bit×声道数×时间秒）/8
第3章音频信息处理
2.VOC文件
VOC文件是Creative公司所使用的标准音频文件格式， 多用于保存 Creative Sound Blaster(创新声霸)系列声卡所采 集的声音数据，被Windows平台和DOS平台所支持。
3）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。
第3章音频信息处理
5.声音的频谱
声音的频谱有线性频谱和连续频谱之分。线性频谱是具有 周期性的单一频率声波；连续频谱是具有非周期性的带有 一定频带所有频率分量的声波。纯粹的单一频率的声波只 能在专门的设备中创造出来，声音效果单调而乏味。自然 界中的声音几乎全部属于非周期性声波，该声波具有广泛 的频率分量，听起来声音饱满、音色多样且具有生气。
多媒体信息处理技术音频处理技术
多媒体信息处理技术音频处理技术多媒体信息处理技术之音频处理技术在当今数字化的时代，多媒体信息处理技术正以前所未有的速度发展和普及，其中音频处理技术作为重要的组成部分，在众多领域发挥着关键作用。
从我们日常聆听的音乐、观看的电影，到专业的音频录制和广播，音频处理技术都在默默地塑造着我们的听觉体验。
音频处理技术，简单来说，就是对声音信号进行采集、编辑、编码、存储、传输和播放等一系列操作的技术手段。
它旨在提高音频质量、增强音频效果、实现音频的有效传输和存储，以及满足各种不同应用场景的需求。
音频处理技术的第一步通常是音频采集。
这涉及到使用合适的麦克风或其他音频输入设备，将声音转换为电信号。
麦克风的类型多种多样，如动圈式麦克风、电容式麦克风等，它们在灵敏度、频率响应和指向性等方面各有特点，适用于不同的场景。
例如，动圈式麦克风通常更耐用，适用于现场演出等较为嘈杂的环境；而电容式麦克风则具有更高的灵敏度和更宽的频率响应，适用于录音室等对音质要求较高的场所。
采集到的音频信号往往需要进行预处理。
这包括滤波、降噪、增益调整等操作。
滤波可以去除特定频率范围的噪声或干扰，例如，使用低通滤波器可以去除高频噪声，使声音更加平滑。
降噪技术则用于减少环境噪声的影响，提高音频的清晰度。
增益调整则可以使音频信号的幅度达到合适的范围，避免信号过弱或过强导致的失真。
音频编码是音频处理中的关键环节之一。
通过编码，可以将音频数据压缩成较小的文件，便于存储和传输。
常见的音频编码格式有MP3、WAV、FLAC 等。
MP3 是一种广泛使用的有损压缩格式，它在大幅减小文件大小的同时，仍能保持相对较好的音质，适用于大多数消费级应用。
WAV 则是一种无损格式，保留了原始音频的所有信息，但文件较大。
FLAC 也是无损压缩格式，与 WAV 相比，它能在不损失音质的情况下显著减小文件大小。
音频编辑是音频处理技术中非常实用的一部分。
它允许我们对音频进行剪辑、拼接、混音等操作。
第3章 音频信息处理技术
即将量化后的数字，按一定的数据格式进行（压缩） 表示，这个过程称作编码。编码的作用。
第3章
音频信息处理技术
经过上述过程就可以得到一个用来表示声音强弱的数据 序列（如下图所示)。这个数据序列就是声音信号的数字化文
件。重新播放这个数字化文件，就可以听到原来的声音信号。
图3-6 声音信号的数字化序列
第3章
产生波形，然后通过声音发生器送往扬声器播放出来。 下面简单介绍Cakewalk的使用(安装Cakewalk，并演示)
第3章
音频信息处理技术
二、MIDI音乐合成
由上可知，计算机要想播放MIDI音乐文件，必须使用
合成器。合成MIDI乐音的方法很多，最主要的是FM合成法
和波表合成法。
1、FM合成法（调频合成法）
注：此“录音机”只能录制1分钟以内的声音，若要录制长度超过1 分钟的声音，就需要选择功能更强大的音频处理软件，如Cool Edit或随 卡赠送的录音软件等。
第3章
音频信息处理技术
用Cool Edit软件录制声音的方法如下：
(1) 将麦克风插入声卡的MIC
(2) 启动“Cool Edit”软件（假定Cool Edit已安装好） (3) 在“Cool Edit”窗口中选择“文件/新建”选项 (4) 单击“ (5) 单击“ ”按钮，开始录音 ”按钮，停止录音
第3章
音频信息处理技术
用Windows中提供的“录音机”录制声音的步骤如下： (1) 将麦克风插入声卡的MIC
(2) 启动“录音机”软件
(3) 在“录音机”窗口中选择“文件/新建”选项 (4) 单击“ (5) 单击“ ”按钮，开始录音 ”按钮，停止录音
(6)选择“文件/另存为”选项，将刚录制的声音存储成 一个数字声音文件。
多媒体音频处理技术
多媒体音频处理技术多媒体音频处理技术是一项重要的技术，可以对音频进行编辑、增强和改进，使得音频互动性更强、质量更高。
以下是一些常见的多媒体音频处理技术的简要介绍。
1. 音频编码技术：音频编码是将模拟音频信号转换为数字音频信号的过程。
目前常用的音频编码技术有MP3、AAC和FLAC等。
这些技术可以压缩音频文件的大小，同时保持音质尽可能地高。
2. 降噪技术：降噪是指减少音频中噪声的技术。
降噪技术通过分析音频信号中的噪声成分，并将其抑制或去除，从而提升音频的质量。
降噪技术广泛应用于电话会议、音乐播放器等领域。
3. 环绕声技术：环绕声技术可以为音频增添立体感，使得听者能够感受到音频来自于不同方向的声音。
环绕声技术常用于家庭影院系统和游戏音效中，通过适当的声音布局和处理，使得音频更加逼真。
4. 回声消除技术：回声消除是一种常用的音频处理技术，用于消除由于声音反射产生的回声。
回声消除技术通过分析原始音频信号和回音信号之间的关系，并逆向推断出原始声音，然后将回音信号减去，从而消除回声。
回声消除技术广泛应用于电话通信和会议系统等场景。
5. 混响技术：混响是指声音在室内环境中的反射和衰减过程。
混响技术可以通过模拟室内空间的声学特性，将原始音频信号加上适当的混响效果，从而使得音频更加自然和富有空间感。
混响技术被广泛用于音乐录音和影视制作等领域。
综上所述，多媒体音频处理技术在音频编辑、增强和改进方面发挥了重要作用。
这些技术不仅可以提升音频质量，还可以为听者带来更好的听觉体验。
随着科技的进步，多媒体音频处理技术将不断创新和发展，为人们带来更加出色的音频效果。
多媒体音频处理技术是在多媒体领域中非常重要的一项技术。
随着科技的不断进步，音频处理技术也在不断发展和改进，为人们带来更加出色的音频效果和全新的音频体验。
音频编码技术是多媒体音频处理技术中的重要组成部分。
它通过数学算法将模拟音频信号转换为数字音频信号，使得音频可以在数字媒体中进行存储、传输和处理。
第三章 新 音频信息处理讲解
超声波 >20,000Hz
14
3.1 声音概述
2、音频信号的技术指标 ⑴ 频带宽度：音频信号的频率范围，是衡量音质的标准。
–频带越宽，包含的音频信号分量越丰富，则音质越好。 • 通常将音质定义为4个等级标准：
– CD-DA唱盘为10Hz～22KHz； – FM广播为20Hz～15KHz； – AM广播为50Hz～7KHz； – 数字电话为200Hz～3.4KHz。
29
3.2 音频信息数字化
声道数 一次同时产生的声波组数。若一次产生两组声波数据，
则为双声道或立体声。 声道数：
2.0（双声道立体声） 2.1（双声道加一超重低音声道） 4.1（发音点：前左、前右、后左、后右、超重低音） 5.1（比4.1声道增加一个中置单元，增加整体影院效果） 7.1（比4.1声道增加中左、中右发音点）
电话话音 200~3400
8
8
宽带音频
50~7000
16
16
调频广播
20~15k
37.8
16
高质量音频 20~20k
44.1
16
20
各种声音质量的压缩比
声音质量 宽带（kHz)
声道
数据率（Kb/s)
压缩比
CD音质
＞15
双声道立体声 112～128 1：14～1：12
接近CD
15
双声道立体声
96
1：16
23
3.2 音频信息数字化
1、采样 • 采样(sampling)－在时间轴上对信号数字化。 • 采样周期：对连续信号采样的时间间隔T • 采样频率：单位时间内的采样次数（1/T）。
• 采样频率越高，可恢复的声音保真度越好。 • 常用采样频率
多媒体第3章音频信息处理技术
（2） 相位(Phase)： 如果人的两耳听到的信号具有相同 的相位， 那么大脑就认为声音在中部； 如果两耳听到信号 有180°的相位差， 那么声音就不包含方向信息了。
（3） 时序(Timing)： 声音的传播速度为1英尺每毫秒； 如果声音到达右耳的时间比到达左耳的早， 我们就认为声 源就在右边。
表3.1-1 5分制平均观点分举例
平均观点分 5 4 3 2 1
质量等级 极好 好 一般 差 极差
主观感觉 觉察不到 觉察得到，但不难听 有点难听 难听，但不反感 难以忍受
一方面， MOS确实是度量音频重现的最低限度 ： 听起来感觉怎么样?另外一方面， 度量的结果随听 众、 测试位置和原材料的不同而不同， 因此， 很难将 一组结果和另一组结果相比较。
2． 频谱掩蔽发生在高电平音调使附近频率的低电平 声音不能被人耳听到的情况下。 当频率离掩蔽音调越 远时， 掩蔽效应减弱的速度就越快。 可以这样来解释 这种效应， 雪橇上的铃声可以掩蔽高音碰撞的声音， 但不能掩蔽低音鼓的声音。
3．
声音有一个冲击时间（即幅值随时间推移而增大 的时间段）和一个衰退时间（即幅值随时间推移而减 小的时间段）。 拨小提琴所产生声音的冲击和衰退都 很快， 而拉小提琴所产生声音的冲击和衰退都很慢。 此外， 在冲击前和衰退后， 声音都有掩蔽效应。 前掩 蔽时间为50～200 ms， 而后掩蔽时间约为该范围的 1/10。
图3.2-2 常见音频应用带宽示意图
(2) 量化过程。 量化过程是指将每个采样值在幅度 上再进行离散化处理。 量化可分为均匀量化（量化值 的分布是均匀的或者说每个量化阶距是相同的）和非 均匀量化。 量化会引入失真， 并且量化失真是一种不 可逆失真， 这就是通常所说的量化噪声。
多媒体技术——第3章多媒体声音信息的处理
（1）声音的3个重要指标
振幅——波的高低幅度，表示声音的强弱 周期——两个波之间的时间长度 频率——每秒振动的次数，单位Hz
可听声的频率范围：20—20KHz 信息技术中主要处理可听声范围。
（2）声音的种类 语言（语音、讲话的声音）（频率范围300—
3000Hz) 音乐（20—20000Hz） 其他声音（环境声、自然声、模拟声等）
常用的数字声音处理软件： Cool Edit、Sound Forge 、Sonar 、Sam2496、 Nuendo 、GoldWave、WaveCN等等。
3、声音信息的数字化
模拟声音的缺点：
➢无论被记录时声音多么清晰，经长期存放，音频信 号大为降低。 ➢多次复制，声音失真就会很明显。 ➢动态范围比数字声音窄。 ➢处理不如数字声音方便。（数据量大、不易压缩、 编辑不如数字声音方便）
一张650MB的标准盘可存储： 650 ÷ 10.584 = 61.41（分钟）
数字音频的音质与数据量
采样频率 Hz 11,025 22,050 44,100 11,025 22,050 44,100
数据长度 bit 8 8 8 16 16 16
数据量／分钟 0.66 MB 1.32 MB 2.64 MB 1.32 MB 2.64 MB 5.29 MB
5.1 STEREO ● ￥400～800元
教学进程
● 声音还原设备
● 普通音箱／耳机
● 有源音箱(内含放大器) ● 输入灵敏度 ● 输出功率
● 单元音箱 ● 2单元音箱
Speak 输出端 line 输出端
分频器
音频放大器
电源
高音
100Hz 3000Hz
第3章音频、视频的信息处理
对一次未完成的制作，可以将其保存为“MSWMM”类型 的项目文件，下次打开Windows Movie Maker后通过打开 项目打开该文件，继续制作。
Wave文件所占存储容量的公式：
存储量=(采样频率×量化位数×声道)×时间(秒)÷8 举例：立体声双声道采样频率为44.1kHz，量化位数为8 位，一分钟这样的音乐所需要的存储量为多少？ 存储量(字节数)=（44.1×1000×8×2)×60÷8
位数
Wave音频文件
Windows所使用的标准数字音频是Wave波形文件， 文件的扩展名是wav，记录了对实际声音进行采样的数 据。 Wave音频文件的主要缺点是文件太长，不适合长时 间记录。
习题
操作题：实验六（1~6） 原始文件和样张在 “实验六”文件夹中。
第二节 视频信息的处理技术
视频是多媒体系统中主要的媒体 形式之一。视频信息的处理包括视频 画面的剪辑、合成、叠加、转换和配 音等。
一、 数字视频文件格式
数字视频文件的格式一般取决于视频的压缩 标准。Windows系统中标准的视频格式为AVI， Mactonish计算机的视频标准格式则为MOV。 而VCD、DVD和MPEG标准又有各自的专有 格式。总体而言，视频格式一般分成影像格 式(video format)和流格式(stream video format)两大类。
音频、 第三章 音频、视频的信息处 理
03-多媒体声音处理
•
•
电话
10 20 50 200 3 400 7 000 15 000 22 000
f (Hz)
Байду номын сангаас
声音信号数字化
声音信号数字化过程
声音 模拟量
采样
量化
编码
数字化
01011010 …………
声音信号数字化过程
f(t) f(t)
0
t
0
t
0
t
f(t)
0
t
数字化声音的技术指标
采样的三个标准频率分别为：
44.1 kHz、22.05 kHz、11.025 kHz
•
量化精度
对模拟声音信号信号的振幅进行数字化后表示的二进制位 数，它决定了模拟信号数字化以后的动态范围。
一般的量化精度为 8 位或 16 位。
量化精度越高，信号的动态范围越大； 量化精度越高，数字化后的声音信号就越可能接近原始信 号，但所需要的存储空间也越大。
不同类型信号的采样频率和量化精度
信号类型
电话话音 宽带音频 调频广播 高质量音频
频率范围/Hz
200 – 3400 50 – 7000 20 – 15000 20 - 20 000
采样频率/kHz
8 16 37.8 44.1
量化精度/bit
8 16 16 16
常用的采样指标及等效音质
采样频率 /kHz
•
采样频率
单位时间内的采样次数 采样频率的选择应该遵循（Harry Nyquist）采样理论： 若对某一模拟信号进行采样，只要采样频率 f ( 1/T ) 高于 输入信号频率的两倍，则经过采样后的采样频率能够包含 原模拟信号的全部信息，且经过反变换和低通滤波后可不 失真地恢复原模拟信号。
多媒体信息处理与分析技术
多媒体信息处理与分析技术第一章：介绍多媒体信息处理与分析技术是一项涵盖广泛的研究领域，它结合了多种学科专业知识，旨在用计算机技术处理和分析多媒体数据。
随着社会的发展和科技的进步，多媒体数据在日常生活中扮演着越来越重要的角色，多媒体信息处理与分析技术也逐渐成为一个热门的研究方向。
第二章：多媒体信息处理技术2.1 图像处理技术图像处理技术是指通过一系列算法和方法对数字图像进行处理和改变，从而达到提取有效信息、增强图像质量和实现特定功能的目的。
在多媒体信息处理中，图像处理技术可以被应用于图像的压缩、去噪、增强、分割等方面，有效提升多媒体数据的质量和安全性。
2.2 音频处理技术音频处理技术是指通过数字信号处理方法对音频信号进行处理和改变，实现降噪、降低失真、音频合成等功能。
在多媒体信息处理中，音频处理技术可以被应用于语音识别、音频合成、音频压缩等方面，提升语音和音乐的清晰度和质量。
2.3 视频处理技术视频处理技术是指对数字视频进行处理和改变，实现视频编码、解码、增强和效果处理等功能。
在多媒体信息处理中，视频处理技术可以被应用于视频压缩、视频分析、视频监控等领域，提升视频的质量和处理效果。
第三章：多媒体信息分析技术3.1 多媒体数据挖掘多媒体数据挖掘是指从大规模的多媒体数据中发现隐藏在其中的知识、模式和趋势。
通过使用机器学习和数据挖掘的方法，可以帮助分析师和决策者从海量的多媒体数据中提取出有用的信息。
3.2 多媒体信息检索多媒体信息检索是指通过关键词或特定属性对多媒体数据进行查询和检索的过程。
与传统的文本检索不同，多媒体信息检索需要考虑音频、图像和视频等多种类型的数据。
通过多媒体信息检索技术，用户可以更方便地找到所需的多媒体数据。
3.3 多媒体数据分析多媒体数据分析是指对多媒体数据进行统计和分析，通过挖掘其中的规律和关联性，为决策者提供决策支持。
多媒体数据分析可以应用于市场调研、舆情分析、用户行为分析等领域，在大数据时代具有重要的意义。
多媒体信息检索中的音频处理技术
多媒体信息检索中的音频处理技术一、前言多媒体信息检索是指以多媒体形式的数据为检索对象，对相关信息进行搜索和检索的一个领域。
其中音频处理技术是不可或缺的一部分。
本文将从音频处理技术入手，对多媒体信息检索中的音频处理技术进行深入探讨。
二、音频处理的基本原理音频处理是指对声波信号进行处理和分析的技术。
声波信号是一种连续的模拟信号，其原始形态是波形。
为了能够对声波信号进行数字信号处理，需要对其进行采样和量化。
采样是指将连续模拟信号转换为离散点信号，量化是指将采样后的信号在幅度上进行离散化。
音频信号的处理通常涉及到如下几个方面：滤波、降噪、增加音质、特征提取、音频编码等。
其中，滤波是指对声波信号进行滤波器处理，以去除噪声和干扰信号，使声波信号达到更好的质量。
降噪则是通过一系列算法，将噪声从音频信号中滤除，以提高信噪比，增加音乐品质。
增加音质则是通过改变声音的基本特征，如音高、音色、音量等，使音频信号达到更好的音质。
特征提取是从音频信号中获取其特征，如频率、时间、能量等，以作为后续工作的基础。
音频编码是将音频信号编码到数字信号中，以便于传输和存储。
三、音频处理在多媒体信息检索中的应用音频处理技术在多媒体信息检索中有着非常广泛的应用。
下面将分别介绍其在音频检索、音频识别和音频解析中的应用。
1. 音频检索音频检索是指对音频文件的搜索和检索。
它常用于音乐、电影、电视等媒体内容的检索。
在音频检索中，音频处理技术通常用于音频特征提取和相似性计算。
具体而言，通过音频处理技术提取音频中的基本特征，如频率、时间、能量等，这些特征能够较好地表征音频的基本特性，然后根据这些特征计算相似性，以实现音频检索的目的。
2. 音频识别音频识别是指对语音、口哨等声音进行识别和翻译。
在音频识别中，音频处理技术用于特征提取和模式识别。
具体而言，将音频信号转换为数字信号后，通过音频处理技术提取声音的特征，然后使用机器学习等算法对这些特征进行模式识别，最终得到声音的识别结果。
多媒体音频的处理
肺音和呼吸音信号的临床意义
肺音和呼吸音信号能反映出肺实变、肺不张、胸 腔积液、气胸和肺气肿等许多病理和生理特征。 临床上可利用监测肺音特征量的变化实现对通气 状态的无人监测，尤其对重症病人的监测具有特 殊意义。
多媒体技术及其医学应用
26
第五节常用音频处理软件介绍
软件概述
多媒体技术及其医学应用 15
第三节计算机合成声音
数字声音分为自然声音和合成声音两大类型。 自然声音是对实际声音数字化而获得的。 合成声音使用参数描述声音，通过合成方法生成声音。合 成声音又分为: 语音合成 音乐合成
多媒体技术及其医学应用
16
语音合成
语音合成（speechsynthesis）是根据语言学和自 然语言理解的知识，让计算机模仿人的发声自动 生成语音的过程。目前主要是按照文本（书面语 言）进行语音合成，这个过程称为文语转换 （Text-To-Speech,简称TTS）。
多媒体技术及其医学应用
20
MIDI音乐的制作
MIDI演奏器（如MIDI键盘）供演奏者进行实时演奏，它是一种专用的输入设 备，其类型有：键式演奏器、弦乐演奏器、气息控制器等。普通的键盘可以 用来输入和修改乐谱，但很难实时演奏。 音序器将MIDI演奏器演奏的音符、节奏以及各种表情信息（如速度、触键力 度、弯音和音色变化等）以MIDI消息的形式记录下来。（cakewalk、encore） 在音序器软件的控制下，同一演奏者可在不同的时间内用不同的乐器（音色） 逐次演奏乐曲的不同声部，实现“分轨录音”。 然后，音乐合成器可以将所有音轨中的演奏信息同时播放，这样，就实现了 一个人完成相当于一个乐队的多声部演奏和录音任务。
多媒体技术及其医学应用
多媒体音频信息处理
多媒体技术基础与应用
2. 听觉的“掩蔽”特性
音频信息的最终接收者是人，人的听觉器官(包括
视觉器器官)都具有某种不敏感性，舍去人的感官 所不敏感的信息对声音质量的影响很小，在有些 情况下，甚至可以忽略不计。听觉系统中存在一 个听觉阈值，低于这个阈值的声音信号就听不到， 因此就可以把这部分信号去掉。听觉阈值信号会 随听到的不同频率的声音而发生变化人听不到强 音频率附近的弱音，这就是听觉的“掩蔽”特性。
多媒体技术基础与应用
音频信号及其概念
直到19世纪爱迪生发明了留声机，人们才能 用机械的方法把各种声音记录在唱片上。可是声 音、机械振动不容易传递，也不容易放大，机械 方法很不方便。随着电学、电子学的发展，人们 开始尝试记录下这些真实的声音，利用把声的振 动转换成电信号的原理，使声音的记录成为可能。 最终电声技术获得了迅速发展。
多媒体技术基础与应用
简单实用的MIDI配置方案
多媒体技术基础与应用
FM合成法
FM称为“数字式频率调制合成法”， 简称FM合成法。FM合成法生成音乐的 基本原理是，用数字信号来表示不同音 乐的波形，然后把它们组合起来，再通 过数模转换器（ＤＡＣ）生成音乐播放。
多媒体技术基础与应用
波表合成法
使用FM合成法来产生各种逼真的音乐是 相当困难的，有些音乐几乎不能产生。为了 能真实地再现音乐，目前的声卡一般采用音 乐样本合成法，即波表合成法。
多媒体技术基础与应用
波表合成是采用真实的声音样本进行回放
多媒体技术基础与应用
CakeWalk Sonar音序软件
多媒体技术基础与应用
多媒体技术基础与应用
MIDI设备与接口
多媒体技术基础与应用
MIDI的工作过程
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
认的“声卡之父”，虽然他们最初开发的产品只能提供
简单的声音效果，并且无法处理音频信号，但在当时 无疑已经是一个很大的突破。由于技术不够成熟，成 本又非常昂贵，因此这类带有试验品性质的早期ADLIB 音乐卡，因在当时计算机的运算速度还不足以应付大 规模的多媒体处理，所以未能普及。
数字化音频的过程如下图所示。
(a) 模拟音频信号
(b) 音频信号的采样
(c) 采样信号的量化
量化位数 量化位数也称“量化精度”，是描述每个采样 点样值的二进制位数。例如，8位量化位数表示每 个采样值可以用28即256个不同的量化值之一来表 示，而16位量化位数表示每个采样值可以用216即 65536个不同的量化值之一来表示。这个参数就是 通常所说的声卡的位数.常用的量化位数为8位、16 位、32位,专业级的高档声卡有64位的。
（二）声卡的技能指标 o MIDI声频
MIDI是计算机产生声音的另一种方法，它是一种 电子音乐。计算机播放MIDI文件时，有两种方法合成 声音：FM合成和波表合成。我们在考虑声卡的技能指 标时要考虑采用的哪种合成方法。
（二）声卡的技能指标 o 声道数
声卡所支持的声道数也是重要指标。 单声道是比较原始的声音复制形式，缺乏对声 音的位置定位。 立体声声音在录制过程中被分配到两个独立的 声道，从而达到了很好的声音定位效果。
（二）声卡的技能指标
随着波表合成技术的出现，由双声道立体声向 多声道环绕声的发展显得格外迫切。 四声道环绕规定了4个发音点：前左、前右、 后左、后右，听众则被包围在这中间，同时还建议 增加一个低音音箱，以加强对低频信号的回放处理 （这也是如今4.1声道音箱系统广泛流行的原因）。
（二）声卡的技能指标
CD-DA
FM广播 AM广播
电话 10 20 50 200 3.4K 7K 15K 22K
四、模拟音频的数字化过程
话音信号是典型的连续信号，不 仅在时间上是连续的，而且在幅 度上也是连续的。在时间上“连 续”是指在一个指定的时间范围 里声音信号的幅值有无穷多个， 在幅度上“连续”是指幅度的数 值有无穷多个。我们把在时间和 幅度上都是连续的信号称为模拟
第三章
多媒体音频信息处理
声音是携带信息的极其重要的媒体， 是多媒体技术研究中的一个重要内容。 声音的种类繁多，如人的话音、乐器声、 动物发出的声音、机器产生的声音以及 自然界的声音等。 这些声音有许多共同的特性，也有 它们各自的特性。在用计算机处理这些 声音时，既要考虑它们的共性，又要利 用它们的各自的特性。
自适应差分脉冲编码 (ADPCM)
自适应就是使量化间隔大小的变化自动的去 适应输入信号大小的变化.他根据信号分布不均匀 的特点,是系统具有随输入信号的变化而改变量化 区间的大小,以保证输入量化器的信号基本均匀的 能力.
ITU-T G系列音频压缩编码标准
标准 比特速度 编码技术
G.711 64kb/s G.722 64kb/s G.723 G.729
脉冲编码调制(PCM)
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 方法可以按量化方式的不同,分为均匀量化PCM, 非均匀量化PCM和自适应量化PCM等三种.
均匀量化
非均匀量化
差分脉冲编码调制(DPCM)
他编码的不是声音采样样本值,而是样本值及 其预测值的差分。根据过去的样本去估算(estimate) 下一个样本信号的幅度大小，这个值称为预测值， 然后对实际信号值与预测值之差进行量化编码， 从而就减少了表示每个样本信号的位数。
波形编码的算法简单，易于实现，可获得 高质量的语音。常见的三种波形编码方法为： 脉冲编码调制(PCM)，实际为直接对声音信号作 A／D转换。只要采样频率足够高，量化位数足 够多，就能使解码后恢复的声音信号有很高的 质量。 差分脉冲编码调制(DPCM)，即只传输声音预测 值和样本值的差值以此降低音频数据的编码率。 自适应差分编码调制(ADPCM)，是DPCM方法的进 一步改进，通过调整量化步长，对不同频段设 置不同的量化字长，使数据得到进一步的压缩。
2). 参数编码 参数编码方法通过建立起声音信号的产生 模型，将声音信数编码法算法复杂，计算量大，压缩 率高，但还原声音的质量不高。 3). 混合编码 混合编码是把波形编码的高质量和参数编 码的低数据率结合在一起，取得了较好效果。
一个声源每秒钟可产生成百上千个波峰，把每 秒钟波峰所发生的数目称之为信号的频率。 信号周期是指两个峰点或谷底之间的相对时间。 信号的基线提供了一个测量声音的起点。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。 信号带宽是声音信号的一个重要参数，它用来描 述组成复合信号的频率范围。
五、音频信号的压缩编码与标准
数字波形文件数据量大，数字音频的编码 必须采用高效的数据压缩编码技术。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,并以这种形式在计算机内传输 和存储.在播放时经解码器恢复成原来的声音信号.
输入信号
编码器
传输/存储
解码器 输出信号
音频信号能够被压缩编码的依据有两个， 一是声音信号存在着数据冗余；二是利用人 的听觉特性来降低编码率，人的听觉具有一 个强音能抑制一个同时存在的弱音现象，这 样就可以抑制与信号同时存在的量化噪声； 另外人耳对低频端比较敏感，而对高频端不 太敏感，由此引出了“子带编码技术”。 音频信号的编码方式可分为波形编码 参数编码和混合编码三种。
对于PCM采样得到的波形文件,其声音文件 的大小与采样频率、量化位数和声道数有关. 文件大小=采样频率*(量化位数/8)*声道数* 录音时间
如：对于立体声，如果采样频率为44.1Kz，分辨率为 16bit，声道数为2，语音时间为10秒，求录音文件 的大小？
VOC文件 VOC文件是Creative公司所使用的标准音频文件格式。 与WAVE格式类似，VOC文件有文件头块和音频数据 块组成。文件头包含一个标识、版本号和一个指向数 据块起始地址的指针。数据块分成各种类型的子块， 如声音数据、静音、标记、重复、重复的结束及终止 标记等。
①高压缩比，存储空间小。 ②适合网络播放。 ③音质不是很好。 ④专用播放器Realplayer、 超级解霸2001以上的版本等
AIFF格式文件 AIF是音频交换文件格式（Audio Interchange File Format）的英文缩写，是苹果计算机公司开发的一 种声音文件格式。
七、声卡
编码
为什么要对音频编码？ A、获取更好的数学描述方法？ B、让声音不失真？ C、不编码就不是比特流？ D、为了使比特流更加简练？ E、为了便于计算机存储？ F、为了便于在网络上传输音频？
以上哪个是最根本的出发点？
所谓编码,就是按照一定的格式把离散的数字 记录下来,并在有用的数据中加入一些用于纠错、 同步和控制的数据.在数据回放时,可以根据所记 录的纠错数据判别读出的声音数据是否有错,如 在一定范围内有错,可加以纠正.
七、声卡
（一）功能
o 录制、编辑和回放数字声音文件 o 控制各声源的音量并混合在一起 o 对声波文件进行压缩和解压缩 o 语音合成技术 o MIDI接口（乐器数字接口）
（二）声卡的技能指标
o 音频技术指标
声卡的录音、放音效果应该具有CD唱片的音质。 所谓CD音质是指录音采样速度达到44.1kHz，用16 位量化指标来记录声音。Sound Blaster 16（即16位 声霸卡）系列的声卡都是CD音质的声卡。
保密电话
移动通信 语音邮件 ISDN CD
混合 编码
RPE-CELP LD-CELP MPEG
5.0
六、数字音频的文件格式
WAV文件 WAV文件又称为波形文件,是Micorsoft公司的文件 格式.WAV文件来源于对声音模拟波形的采样,并以 不同的量化位数把这些采样点的值转换成二进制数. WAVE声音文件是使用RIFF(资源交换文件)的格式 描述的
音频编码标准和算法
编码 类型 算法 PCM μ(A) 波形 编码 APCM DPCM 名称 均匀量化 μ(A) 自适应量化 差值量化 64kbit/s G.711 公共网 ISDN 配音 4.04.5 数据率 标准 应用 质量
ADPCM
SB-ADPCM 参数 编码
自适应差值量化
子带一自适应差值量化
5.1声道已广泛运用于各类传统影院和家庭影院 中，该声音系统来源于4.1环绕，不同之处在于它增 加了一个中置单元，这个中置单元负责传送低于80 Hz的声音信号，在欣赏影片时有利于加强人声，把 对话集中在整个声场的中部，以增强整体效果。
mp3文件 是用一种属于按MPEG标准的声音压缩技术制作的 数字音频文件。
①存储空间小,同样长度的音乐文件，用MP3 存储相当于WAV的1/10。 ③比较好的播放器：winamp、超级解霸、 realplayer等，一般都支持。
RA格式文件 Real Player公司推出的适合于网络播放的 媒体格式。
一、音频信号的分类
音频信号可分为两类：
语音信号：语音是语言的物质载体，它包含了 丰富的语言内涵，是人类进行信息交流所特有 的形式。 非语音信号：主要包括音乐和自然界存在的其他 声音形式。非语音信号的特点是不含复杂的语义 和语法信息，其信息量低，识别简单。
二、音频信号的形式
声音可用一条连续的曲线来表示。这条连 续的曲线无论多么复杂，都可分解成一系列正 炫波的线性叠加，称为声波。因声波是在时间 上和幅度上都连续变化的量，因此称之为模拟 量。模拟信号有两个重要参数：频率和幅度。
振 幅 基线
周期
声音分类
频率范围
亚声波
人类听力所能接受 超声波 超高声波