声音的数字化专业知识讲座
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声音和图像的数字化课件高中信息技术归纳.ppt
存储量(B)=采样频率（HZ）*量化位数 /8*声道数*时间(S)。
五分钟双声道、16位采样位数、44.1kHz 采样频率声音的不压缩数据量是多少？ 16*44.1*1000*2*300/8=52920000B =50.47MB
存在数据冗余，需要进行数据视频的数字化的基本思想是把 一幅图像看成由许许多多的彩色或各 级别的灰度点组成的，这些点按纵横 排列起来构成一幅画，这些点称为像 素。
720*576*25(帧)*60(秒/分)*90(分钟)*2(字节/ 像素)=111,974,400,000字节=104GB 也就是说这段视频如果不经压缩，大约要占 104GB的容量
整理
整理
黑白两色
一位二进制数
黑白照片
一个字节
整理
彩色图象
三个字节
存储量=图像水平分辨率*图像垂 直分辨率*颜色深度
视频存储量=图像水平分辨率*图像垂 直分辨率*颜色深度*25*时间（s）
已知一个视频的分辨率是720 x 576，采用YUY2 的色彩空间（每个像素占用两个字节）表示每 一帧图像，每秒钟播放25帧，共能播放1小时30 分。请计算保存这样的视频文件所需的磁盘空 间要多大？
整理
声音和图像的数字化
—— 俞 颖
整理
声音是通过什么产生的？
振动 声波
模拟信号：时间或幅值上连续的信号。
数字信号：幅值被限制在有限个数值之间。 数字信号经过编码可以被计算机识别。
整理
模数转换：采样和量化。 采样：就是按一定的频率， 每隔一段时间，测得模拟 信号的模拟量值。
量化：把采样时测得的模拟电压值， 进行分级量化。
五分钟双声道、16位采样位数、44.1kHz 采样频率声音的不压缩数据量是多少？ 16*44.1*1000*2*300/8=52920000B =50.47MB
存在数据冗余，需要进行数据视频的数字化的基本思想是把 一幅图像看成由许许多多的彩色或各 级别的灰度点组成的，这些点按纵横 排列起来构成一幅画，这些点称为像 素。
720*576*25(帧)*60(秒/分)*90(分钟)*2(字节/ 像素)=111,974,400,000字节=104GB 也就是说这段视频如果不经压缩，大约要占 104GB的容量
整理
整理
黑白两色
一位二进制数
黑白照片
一个字节
整理
彩色图象
三个字节
存储量=图像水平分辨率*图像垂 直分辨率*颜色深度
视频存储量=图像水平分辨率*图像垂 直分辨率*颜色深度*25*时间（s）
已知一个视频的分辨率是720 x 576，采用YUY2 的色彩空间（每个像素占用两个字节）表示每 一帧图像，每秒钟播放25帧，共能播放1小时30 分。请计算保存这样的视频文件所需的磁盘空 间要多大？
整理
声音和图像的数字化
—— 俞 颖
整理
声音是通过什么产生的？
振动 声波
模拟信号：时间或幅值上连续的信号。
数字信号：幅值被限制在有限个数值之间。 数字信号经过编码可以被计算机识别。
整理
模数转换：采样和量化。 采样：就是按一定的频率， 每隔一段时间，测得模拟 信号的模拟量值。
量化：把采样时测得的模拟电压值， 进行分级量化。
04-课件：声音信息数字化
声音信息数字化
声音信息数字化 采样、量化、编码
采样是指在模拟音频的波形上 每隔一定的间隔取一个幅度值
量化是将采样得到的幅度值进 行离散、分类并赋值的过程
编码是将量化后的整数值用 二进制来信息数字化
多媒体信息编码 图形图像信息数字化 声音信息数字化 颜色信息数字化
用二进制数字序列表示声音
声音是以声波的形式传播，这种光滑 连续的声波曲线是模拟电信号。
声音信息数字化
声音信息数字化就是将表示声音的 模拟信号转化为数字声音信号，以 便于计算机处理。
声音信号的数字化
(2). 影响数字音频质量的技术参数
对模拟音频信号进行采样量化编码后，得 到数字音频。数字音频的质量取决于采样频率、 量化位数和声道数三个因素。 1). 采样频率 采样频率是指一秒钟时间内采样的次数。 在计算机多媒体音频处理中，采样频率通常采 用三种：11.025KHz(语音效果)、22.05KHz(音 乐效果)、44.1KHz(高保真效果)。常见的CD唱 盘的采样频率即为44.1KHz。
采样
• 模拟音频是连续的；数字音频是离散的 数字序列。把模拟音频转化成数字音频， 需要进行“采样”。 • 采样——在一定的采样周期的模拟音频 波形上取点（幅度值）。 • 采样周期——采样时所使用的时间间隔。
量化
• 量化位数:量化位数叫采样精度或采样位 数,量化位数是对模拟音频信号的幅度轴 进行数字化所采用的位数。
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
8 位可编程 A/D 转换芯片
(1). 采样和量化
数的采样
(c) 采样信号的量化
模拟信号的数字化过程
100101100011101
采样与量化过程示例
以图4-1所示的原始模拟波形为例进行采样和量化。 假设采样频率为1000次/秒，即每1/1000秒A/D转 换器采样一次，其幅度被划分成09共10个量化等 级，并将其采样的幅度值取最接近0 9之间的一 个数来表示，如图4-2所示。图中每个长方形表示 一次采样。
(3). 数字音频文件的存储量
以字节为单位，模拟波形声音被数字化后 音频文件的存储量(假定未经压缩)为： 存储量=采样频率×量化位数/8×声道数×时间 例如，用44.1KHz的采样频率进行采样，量 化位数选用16位，则录制1秒的立体声节目，其 波形文件所需的存储量为：
声音的数字化表示
声音表达信息的特点及数字化表示惠水民族中学濛江校区信息技术教研组集体备课主备人：李秋霞授课人：一、教材分析本节内容是《多媒体技术应用》选修教材中的第三章第一节“多媒体作品中的声音”，声音同视频、动画一样，都是重要的信息表达方式，由于数字化音频在加工、存储、传递等方面的方便性，它正成为信息化社会人们进行信息交流的重要手段。
因此这一节要让学生了解声音数字化表示的基本方法，激发学生的兴趣，同时教师要引导学生利用数字化声音进行信息交流。
二、教学目标考虑到学生已有的认知结构和心理特征，根据教材结构与内容分析，制定的教学目标如下：知识与技能通过本节课的教学，让学生理解声音表达信息的特点，感受声音在人类表达、交流中的重要作用；了解数字音频与模拟音频的区别、体验声音的数字化过程以及了解midi音乐的特点。
过程与方法通过小组合作探究学习，使掌握本节课的教学内容，同时培养学生自主学习与合作探究学习的素养。
情感态度与价值观培养学生自主学习能力与团队合作能力，增强学生自主学习的意识、提高学生发现问题、解决问题的能力。
同时通过学生自主学习，让他们明白“要知此事须躬行”的人声哲理。
三、教学重难点教学重点：深入了解声音表达信息的特点，理解声音数字化表示基本方法。
教学难点：掌握模拟音频转换数字音频过程，掌握声音数据容量的计算。
四、学情分析：在前面已经学习了图形、图像的数字化，由于学生的水平参差不齐，大部分学生已经习惯由老师来灌输知识，学生自主学习和小组合作能力缺乏，自我学习意识教差，所以需要教师引导学生作为主体在课堂发挥。
五、教学方法兴趣引导、任务驱动、小组合作探究考虑到学生认知方式，从实际生活入手，用学生感兴趣的内容，借助多媒体手段展示，并用语言激发学生学习的兴趣和主动性，并引导学生进一步的探究，让学生以自主探究和小组合作的方式来获取知识，组长组织本组同学讨论交流，由基础较好的学生带动其他组员共同深入实践学习，教师巡视并给以帮助提示。
08第15、16课时声音-视频数字化
②音强 人耳对声音强弱的主观感觉 在频率一定情况下响度取决于声 波的振幅
多媒体技术
③音色 人耳对声源发声特色的感受 音色是由与基音共存的泛音所决 定的,与声波的波形有关
多媒体技术
3.2.2音频信号的数字化
音频：人耳可以听到的声音是频率在20Hz
～20kHz之间的声波。
语（话）音信号：人的发音器官发出的声 音频率约在80Hz ～ 3400Hz之间，但人说话 的信号频率通常在300Hz ～ 3400Hz之间。
多媒体技术
2.
量化
（1）量化位数
CCIR601建议中，规定对亮度和色差 信号都采用8 bit的均匀量化。8 bit的 量化精度在某些场合是不够的，在后来 的数字演播室中又扩展到10 bit的量化。
多媒体技术
（2）量化噪声
量化信噪比可用以下简单公式表示： (S/N)(dB)≈10.8＋6n(图像亮度信号、 单极性)
Cr
Cb
多媒体技术
1.取样
(1）取样结构 数字电视中一般 采用正交结构
奇数场扫描线
偶数场扫描线
要求取样周期是行周期的整数倍。
多媒体技术
(2) 取样频率 1)亮度信号的取样频率
①要满足取样定理
设亮度信号带宽fmax是6MHz，因此有
fs≥2fmax= 12MHz
②为获得正交型取样结构
③兼容625/50和525/60(59.94)两种
多媒体技术
3. 声道数
声道数：指一次取样所记录产生的声音
波形的个数。 立体声更能反映人们的听觉效果。 但随着声道数的增加，将使所消耗的存
储容量成倍增加。
多媒体技术
4. 数字声音存储量
第3章声音的数字化PPT课件
– 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；
8
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
– 均匀采样：采样的间隔时间相等
24
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。
25
MIDI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）
➢ 定义和产生乐曲的MIDI信息和数据组存放 于MIDI文件中, MIDI文件本身只是一堆数 字信号而已，不包含任何声音信息。
未经压缩的数字声音的数据率bs采样频率hz样本精度bit声道数随着电能应用的不断拓展以电能为介质的各种电气设备广泛进入企业社会和家庭生活中与此同时使用电气所带来的不安全事故也不断发生18质量采样频率khz样本精度声道数据率kbs频率范围hz电话单声道6402003400am11025单声道882507000fm2205016立体声70562015000cd44116立体声141122020000dat4816立体声153602020000随着电能应用的不断拓展以电能为介质的各种电气设备广泛进入企业社会和家庭生活中与此同时使用电气所带来的不安全事故也不断发生19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
300HZ ~ 3kHZ 语音信号（speech）
3
模拟信号与数字信号
8
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
– 均匀采样：采样的间隔时间相等
24
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。
25
MIDI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）
➢ 定义和产生乐曲的MIDI信息和数据组存放 于MIDI文件中, MIDI文件本身只是一堆数 字信号而已，不包含任何声音信息。
未经压缩的数字声音的数据率bs采样频率hz样本精度bit声道数随着电能应用的不断拓展以电能为介质的各种电气设备广泛进入企业社会和家庭生活中与此同时使用电气所带来的不安全事故也不断发生18质量采样频率khz样本精度声道数据率kbs频率范围hz电话单声道6402003400am11025单声道882507000fm2205016立体声70562015000cd44116立体声141122020000dat4816立体声153602020000随着电能应用的不断拓展以电能为介质的各种电气设备广泛进入企业社会和家庭生活中与此同时使用电气所带来的不安全事故也不断发生19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
300HZ ~ 3kHZ 语音信号（speech）
3
模拟信号与数字信号
1.1：数字化声音
第一讲：数字化声音一、教学目标1、了解声音数字化过程2、影响数字化声音的两个要素3、理解声音数字化的表示方法二、重点、难点模拟声音与数字声音的转化三、教学过程1、导入：自然界的声音：自然中的声音都是连续变化的，称之为模拟量。
2、数字计算机只能处理数字量，因此，必须将自然界中存在的模拟量转化称数字量。
3、模拟量声音转化为数字量的第一步：建立坐标系，横坐标表示时间，纵坐标表示压力，我们也可以用电压来表示。
4、第一个步骤：采样，就是提取合适的采样点5、第二个步骤：离散。
将原有的模拟声波取消，信息点离散6、量化过程，将不在整数上的点整数化7、讨论：假如需要更多的原有声音信息保存下来，可以采取哪些手段和方法？讲过讨论：采样频率的提高，可以保留更多的原有信息，文件体积会增大量化位数的增加，可以保留更多的信息。
8、二进制数位的增加，实现了更多数据信息的保留。
例如SOS信号的数字化表示9、、声音试听分别听不同采样频率、不同量化深度的同一段音乐，找出还原效果最好的一个。
10、师生共同探讨原因：1）、自然界中存在的是模拟化的声音，是一个连续变化的量，具有连续的波形。
2）、数字计算机只能处理二进制数值。
3）、如何将模拟量转化成二进制数值。
数字化声音的二个过程：采样，量化。
4）、影响声音数字化的因素，采样频率，量化深度5）、采样频率、量化深度都是越大越好吗？11、计算机处理声音转化的设备――声卡12、数字声音的获取方法二：MIDI设备输入13、识别计算机中的声音格式文件：1）具有相同的图标2）使用相同的播放器播放3）具有相同的后缀名14 压缩文件的构成15数字音频的常用编码有三种：波形编码、参数编码和混合编码四、课堂总结数字化的一般过程数字化过程种的技术参数：采样频率和量化位数。
五、布置作业：预备一段mp3音乐，结合自己的录音，制作一段配乐录音。
六、教学反思：这节课内容相对比较独立，概念比较多，但是大多数学生似乎都还能接受。
10-4-2第二讲 音频的数字化
量化（Quantization）
将采样样本的幅度按照量化级别决定其取值的过 程。目的是将采样样本的幅度值离散化。 量化之前需要规定量化级，比如8级，16级等。
量化是一个多对一的映射
编码 用相应位数的二进制代码表示量化后的采样 样本的量级。 如果有N个量化级为，那么对应的二进制位数 就为log2N。当N＝16，二进制需要4位。 经过编码之后，每个样本都表示为相应的二 进制代码。
脉冲编码调制（PCM，Pulse Code
Modulation）,完成模拟信号的数字化
音频的数字化
与数字音频相关的重要特性：
采样频率
采样频率与声音的质量关系最为紧密。采样频率越高， 声音质量越接近原始声音，所需的存储量便越多。标准的 采样频率有三个：44.1KHz，22.05kHz，和11.025kHz。
音频的数字化
怎样得到数字化声音?
声音采样
11011100 11001101
数字化过程
数字化过程：连续信号离散信号
数字化过程包括三步骤
采样 量化 编码
采样（Sampling）
通过某种频率的采样脉冲将模拟信息的值取出， 变连续的模拟信息为离散信号。
采样定理：采样频率>＝原始信号频率的2倍时， 采样信号才可以保真地恢复为原始信号。
音频的数字化
音频的数字化
1．音频的数字化与再现
在计算机中，所有的信息都以数字来表示。声音信号 也是由一系列的数字来表示的，称为数字音频。数字音频 的特点就是保真度好，动态范围大。 数字声音是一个数据序列。它是由外界声音经过采样、 量化和编码后得到的。
音频的数字化
对声音进行采样用奈奎斯特采样定理来决定采样的频 率。根据该定理，只要采样频率高于信号中最高频率的两 倍，就可以从采样中完全恢复原始信号的波形。因为人耳 所能听到的频率范围为20Hz到20KHz，所以实际的采样过程 中，为了达到好的效果，就采用44.1KHz作为高质量声音的 采样频率。如果达不到这么高的频率，声音恢复的效果就 会差一些，例如电话声音的质量等。一般来说，声音恢复 和采样频率、信道带宽都有关。
Lecture 5数字声音与midi简介PPT课件
• 采样（sampling）：将声音信号在时间上离散 化，即每隔相等的一段时间抽取一个信号样本。
16
声音信号数字化
• 量化（quantization）：将连续的信号幅度离散 化。如果幅度的划分是等间隔的，称为线性量 化，否则为非线性量化。
电压范围 量化(dec) 编码(bin)
0.5 ~ 0.7
3
011
0.3 ~ 0.5
2
010
0.1 ~ 0.3
1
001
-0.1 ~ 0.1
0
000
-0.3 ~ -0.1
-1
111
-0.5 ~ -0.3
-2
110
-0.7 ~ -0.5
-3
101
-0.9 ~ -0.7
-4
100
17
声音信号数字化
• 采样频率
奈奎斯特理论指出：采样频率不应低于声音信 号最高频率的两倍，这样就能把以数字表达的 声音还原成原来的声音，称为无损数字化。
fs >= 2fmax
话音信号最高频率约为3.4kHz，所以采样频率 取为8kHz。
18
声音信号数字化
• 采样精度
每个声音样本的数字化位数反映了声音波形幅 度的采样精度。
质量
电话 AM FM CD DAT
采样频率 （kHz）
8 11.025 22.050 44.1
48
样本精度
8 8 16 16 16
• 声音的方向性
– 人类听觉在水平方向的定位精度高达3～5°，最小能分辨的时间差为26～ 44μS
• 声音的掩蔽特性（时域掩蔽、频域掩蔽、MP3）
– 舞会，一段时间后听不到太多的声音 – 主唱的声音被吉他手的声音淹没
16
声音信号数字化
• 量化（quantization）：将连续的信号幅度离散 化。如果幅度的划分是等间隔的，称为线性量 化，否则为非线性量化。
电压范围 量化(dec) 编码(bin)
0.5 ~ 0.7
3
011
0.3 ~ 0.5
2
010
0.1 ~ 0.3
1
001
-0.1 ~ 0.1
0
000
-0.3 ~ -0.1
-1
111
-0.5 ~ -0.3
-2
110
-0.7 ~ -0.5
-3
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-0.9 ~ -0.7
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声音信号数字化
• 采样频率
奈奎斯特理论指出：采样频率不应低于声音信 号最高频率的两倍，这样就能把以数字表达的 声音还原成原来的声音，称为无损数字化。
fs >= 2fmax
话音信号最高频率约为3.4kHz，所以采样频率 取为8kHz。
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声音信号数字化
• 采样精度
每个声音样本的数字化位数反映了声音波形幅 度的采样精度。
质量
电话 AM FM CD DAT
采样频率 （kHz）
8 11.025 22.050 44.1
48
样本精度
8 8 16 16 16
• 声音的方向性
– 人类听觉在水平方向的定位精度高达3～5°，最小能分辨的时间差为26～ 44μS
• 声音的掩蔽特性（时域掩蔽、频域掩蔽、MP3）
– 舞会，一段时间后听不到太多的声音 – 主唱的声音被吉他手的声音淹没
1.2声音的数字化说课稿高中信息技术华东师大版2020必修1数据与计算
（二）学习障碍
在学习本节课之前，学生可能具备的前置知识包括基本的计算机操作技能、初中阶段的物理知识（如声音的基本特性），以及对数字媒体的一些初步了解。可能存在的学习障碍主要有以下几点：
1.对于声音的数字化过程理解不深，难以将理论知识与实际应用相结合；
2.对数字音频格式的了解有限，可能混淆不同格式之间的特点和应用场景；
3.能够识别常见的数字音频格式，并了解其特点；
4.学会使用数字音频处理软件进行基本操作。
过程与方法：
1.通过实践操作，培养学生的动手能力和解决问题的能力；
2.通过小组合作，培养学生的团队协作能力和沟通能力；
3.通过案例分析，提高学生的信息素养和批判性思维能力。
情感态度与价值观：
1.培养学生对信息技术课程的学习兴趣，激发学生的学习积极性；
2.案例分析法：通过具体案例分析，使学生了解声音数字化技术在现实生活中的应用，提高学生的兴趣和实际操作能力。
3.合作学习法：鼓励学生进行小组讨论、分享心得，培养学生团队协作能力和沟通能力。
4.实践操作法：让学生动手实践，将理论知识应用于实际操作中，提高学生的动手能力和解决问题的能力。
（二）媒体资源
我将使用以下教具、多媒体资源和技术工具来辅助教学：
（三）互动方式
我计划设计以下师生互动和生生互动环节，以促进学生的参与和合作：
1.师生互动：
-提问：教师针对教学内容进行提问，引导学生思考和回答，检验学生对知识的掌握程度。
-案例讨论：教师给出具体案例，引导学生分析、讨论，激发学生的思维碰撞。
2.生生互动：
-小组合作：将学生分成小组，进行讨论、实践操作，促进成员间的沟通与协作。
接着，我会简要介绍声音数字化的发展历程，以及它在我们日常生活中的应用，如电话、音乐播放器、电影等。这样既能激发学生的学习兴趣，又能让学生意识到声音数字化技术的重要性。
在学习本节课之前，学生可能具备的前置知识包括基本的计算机操作技能、初中阶段的物理知识（如声音的基本特性），以及对数字媒体的一些初步了解。可能存在的学习障碍主要有以下几点：
1.对于声音的数字化过程理解不深，难以将理论知识与实际应用相结合；
2.对数字音频格式的了解有限，可能混淆不同格式之间的特点和应用场景；
3.能够识别常见的数字音频格式，并了解其特点；
4.学会使用数字音频处理软件进行基本操作。
过程与方法：
1.通过实践操作，培养学生的动手能力和解决问题的能力；
2.通过小组合作，培养学生的团队协作能力和沟通能力；
3.通过案例分析，提高学生的信息素养和批判性思维能力。
情感态度与价值观：
1.培养学生对信息技术课程的学习兴趣，激发学生的学习积极性；
2.案例分析法：通过具体案例分析，使学生了解声音数字化技术在现实生活中的应用，提高学生的兴趣和实际操作能力。
3.合作学习法：鼓励学生进行小组讨论、分享心得，培养学生团队协作能力和沟通能力。
4.实践操作法：让学生动手实践，将理论知识应用于实际操作中，提高学生的动手能力和解决问题的能力。
（二）媒体资源
我将使用以下教具、多媒体资源和技术工具来辅助教学：
（三）互动方式
我计划设计以下师生互动和生生互动环节，以促进学生的参与和合作：
1.师生互动：
-提问：教师针对教学内容进行提问，引导学生思考和回答，检验学生对知识的掌握程度。
-案例讨论：教师给出具体案例，引导学生分析、讨论，激发学生的思维碰撞。
2.生生互动：
-小组合作：将学生分成小组，进行讨论、实践操作，促进成员间的沟通与协作。
接着，我会简要介绍声音数字化的发展历程，以及它在我们日常生活中的应用，如电话、音乐播放器、电影等。这样既能激发学生的学习兴趣，又能让学生意识到声音数字化技术的重要性。
音频的数字化与语音编码课件.ppt
学习内容
第一节 音频的数字化 1、 声音 2、模拟音频与数字音频 3、音频的采样、量化和数字化（重点） 4、数字音频的格式
学习内容
第二节 语音编码 1、人耳的听觉特性 2、脉冲编码调制(PCM) 3、G.711标准、G.721标准、G.722标准（重点）
学习目标
1、了解声音相关概念及要素 2、掌握音频采样、量化和数字化原理 3、了解数字音频的文件格式 4、掌握常见的音频压缩编码方法 5、理解G.711、G.721、G.722标准
量化等级的划分
三、音频的数字化
模拟信号
采样
量化
编码
A/D转换中，影响质量及数据量的主要因素：
每秒钟需要采集多少个声音样本即采样频率
每个声音样本的位数(bps)应该是多少即量化位数
三、音频的数字化
例子:每个声音样本用16位表示,测得声音样本值是在0~65536的范围里,它的精度就是输入信号的1/65536
五、音频文件的读取
六、声音质量的度量
1、客观质量度量：信噪比
信噪比SNR（Signal to Noise Ratio）是有用信号与噪声之比的简称。 噪音可分为环境噪音和设备噪音。信噪比越大，声音质量越好。
2、客观质量度量：带宽
200—3.4KHz
电话声音范围
50—7KHz
调幅广播声音范围
文件数据量计算：
? 1分钟单声道，采样频率为11.025kHz，8位采样位数
四、数字音频的文件格式
2、MP3文件
MPEG Audio Layer-3 特点：数据量较小，压缩率10：1—20：1 音质较好 是目前最为流行的音频格式文件
四、数字音频的文件格式
例：sound.wav
44.1kHz 16位 双声道 12.68秒 2236752字节数据量
第一节 音频的数字化 1、 声音 2、模拟音频与数字音频 3、音频的采样、量化和数字化（重点） 4、数字音频的格式
学习内容
第二节 语音编码 1、人耳的听觉特性 2、脉冲编码调制(PCM) 3、G.711标准、G.721标准、G.722标准（重点）
学习目标
1、了解声音相关概念及要素 2、掌握音频采样、量化和数字化原理 3、了解数字音频的文件格式 4、掌握常见的音频压缩编码方法 5、理解G.711、G.721、G.722标准
量化等级的划分
三、音频的数字化
模拟信号
采样
量化
编码
A/D转换中，影响质量及数据量的主要因素：
每秒钟需要采集多少个声音样本即采样频率
每个声音样本的位数(bps)应该是多少即量化位数
三、音频的数字化
例子:每个声音样本用16位表示,测得声音样本值是在0~65536的范围里,它的精度就是输入信号的1/65536
五、音频文件的读取
六、声音质量的度量
1、客观质量度量：信噪比
信噪比SNR（Signal to Noise Ratio）是有用信号与噪声之比的简称。 噪音可分为环境噪音和设备噪音。信噪比越大，声音质量越好。
2、客观质量度量：带宽
200—3.4KHz
电话声音范围
50—7KHz
调幅广播声音范围
文件数据量计算：
? 1分钟单声道，采样频率为11.025kHz，8位采样位数
四、数字音频的文件格式
2、MP3文件
MPEG Audio Layer-3 特点：数据量较小，压缩率10：1—20：1 音质较好 是目前最为流行的音频格式文件
四、数字音频的文件格式
例：sound.wav
44.1kHz 16位 双声道 12.68秒 2236752字节数据量
《音频信号及数字化》课件
总结与展望
总结音频信号及数字化的主要内容
音频信号的基本 概念、特点及处 理方法
数字信号与模拟 信号的区别和转 换过程
音频数字化的原 理、方法和应用 领域
音频信号处理技 术的发展趋势和 未来展望
展望未来音频技术的发展趋势
音频信号处理技 术不断进步，实 现更高质量的音 频传输和存储
人工智能技术助 力音频处理，实 现个性化推荐和 智能交互
音频信号是声音的电信号表示 音频信号的频率范围通常在20Hz-20kHz之间 音频信号的幅度随声音的强度变化 音频信号可以以模拟或数字形式进行传输和存储
音频信号的分类
模拟音频信号： 连续变化的电压 或电流信号
数字音频信号： 离散的脉冲编码 调制信号
音频信号的采样： 将连续时间信号 转换为离散时间 信号的过程
语音识别：利用数字音频技术实现语音识别功能， 将语音转换为文本或命令 单击此处输入你的正文，请阐述观点
量化：将采样得到的信号进行量化处理， 将连续的数字信号转换为离散的数字信号
单击此处输入你的正文，请阐述观点
解码：对编码后的数字信号进行解码，将其 还原为原始的音频信号 数字音频的应用 数字音频的应用
音频信号的量化： 将连续幅度信号 转换为离散幅度 信号的过程
音频信号的传输方式
模拟信号传输：通过连续变化的电压或电流表示音频信号，通过导线传输
数字信号传输：将模拟信号转换为离散的二进制码表示音频信号，通过数字通信系统传输
光纤传输：利用光纤作为传输介质，具有传输距离远、传输容量大、抗干扰能力强等优点
音频编辑：对音频文件进行剪辑、拼接、混音等 编辑操作
单击此处输入你的正文，请阐述观点
音频传输：利用数字音频技术实现音频信号的远 程传输和播放
《音频数字化》课件
音频接口
将模拟信号转换为数字信 号，连接电脑或其他数字 设备。
音频编辑软件
Adobe Audition
功能强大，支持多轨编辑、效果 处理等。
Audacity
开源免费，适合初学者，支持多轨 录音与编辑。
GarageBand
苹果公司出品，简单易用，适合音 乐制作与编曲。
混音与母带处理软件
FL Studio
模拟信号是连续变化的信号，而数字信号是离散的信号。
音频数字化的基本原理
通过采样、量化和编码三个步骤，将模拟音频信号转换为数字信号 。
音频数字化的历史与发展
早期音频数字化技术
高清晰度音频
脉冲编码调制（PCM）是最早的音频 数字化技术，广泛应用于广播、电视 等领域。
随着技术的发展，无损压缩格式如 FLAC、ALAC等逐渐兴起，提供了更 高质量的音频体数字化》PPT课件
CATALOGUE
目 录
• 音频数字化概述 • 音频数字化的技术原理 • 音频数字化的制作流程 • 音频数字化的设备与软件 • 音频数字化的未来展望
01
CATALOGUE
音频数字化概述
音频数字化的定义
音频数字化定义
将连续的模拟音频信号转换为离散的数字信号的过程。
模拟信号与数字信号的区别
采样频率
常见的采样频率有8kHz、 11.025kHz、22.05kHz、 44.1kHz和48kHz等，不同的采 样频率适用于不同的应用场景。
量化与量化等级
量化
量化是将连续的模拟信号转换为离散 的数字信号的过程，它通过将连续幅 度的样本值一分为二来减少信号的精 度。
量化等级
常见的量化等级有8位、16位、24位 等，量化等级越高，音频质量越好， 但所需的存储空间和计算资源也越多 。
音频处理基础知识课件
19
二、数字音频文件格式
?11.2.1 声音文件格式 7、WMA 微软公司 开发 的网络 音频格式，同 时兼顾了保 真度 和网络传输 需求， 当一首歌曲 压缩到很小的 时候， 还能够保持很好的音 质，压缩比率一般都可以 达到1 8:1左右。支持 数据流（Stream）技术，可以在网 上一边下载一边收听。并且提供了版 权保护方法。 8、Ogg 比较新的音频压缩格式，采用的 声学模型比MP3更 先进，相同位速率 编码的OGG比MP3的音质更好， 但使用程度 远不如其他主流音 频格式广泛。
RealAudio文件是RealNetworks 公司开发的一种新 型流式音频 (Streaming Audio) 文件格式；它包含在 Real Networks所制定的音频、视频压缩规范 RealMedia 中， 主要用于在低速率的广域网上实时传输音频信息 ； 网络连接速率不同，客户端所获得的声音质量也不 尽相同：对于 28.8kb/s的连接，可以达到广播级的声 音质量；如果拥有 ISDN或更快的线路连接，则可获 得CD音质的声音。
频率为44.1 kHz ，量化位数为 16位，立体声。一 分钟 CD-DA 音乐所需的存储量为
44.1 K×16×2×60÷8 = 10584 KB
12
一、声音及声音的数字化
?11.1.3 数字音频
用一组数字来描述的音频信号。 音频的数字化表示
模拟音频经过 A/D 转换后，将模拟信号转换为数字 信号，并输出到数字存储器中保存。
为什么要用数字音 频来描述声音信号?
模拟信号不能精 确复制和传输
13
一、声音及声音的数字化
?模拟声音量化数据表
采样序号
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
二、数字音频文件格式
?11.2.1 声音文件格式 7、WMA 微软公司 开发 的网络 音频格式，同 时兼顾了保 真度 和网络传输 需求， 当一首歌曲 压缩到很小的 时候， 还能够保持很好的音 质，压缩比率一般都可以 达到1 8:1左右。支持 数据流（Stream）技术，可以在网 上一边下载一边收听。并且提供了版 权保护方法。 8、Ogg 比较新的音频压缩格式，采用的 声学模型比MP3更 先进，相同位速率 编码的OGG比MP3的音质更好， 但使用程度 远不如其他主流音 频格式广泛。
RealAudio文件是RealNetworks 公司开发的一种新 型流式音频 (Streaming Audio) 文件格式；它包含在 Real Networks所制定的音频、视频压缩规范 RealMedia 中， 主要用于在低速率的广域网上实时传输音频信息 ； 网络连接速率不同，客户端所获得的声音质量也不 尽相同：对于 28.8kb/s的连接，可以达到广播级的声 音质量；如果拥有 ISDN或更快的线路连接，则可获 得CD音质的声音。
频率为44.1 kHz ，量化位数为 16位，立体声。一 分钟 CD-DA 音乐所需的存储量为
44.1 K×16×2×60÷8 = 10584 KB
12
一、声音及声音的数字化
?11.1.3 数字音频
用一组数字来描述的音频信号。 音频的数字化表示
模拟音频经过 A/D 转换后，将模拟信号转换为数字 信号，并输出到数字存储器中保存。
为什么要用数字音 频来描述声音信号?
模拟信号不能精 确复制和传输
13
一、声音及声音的数字化
?模拟声音量化数据表
采样序号
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
数据编码 ——声音数字化 课件 2023—2024学年 教科版(2019)高中信息技术必修1
2、声音量化
量化值
7
6
5
5
4
4
3
3
3
2
11
0 1S 2S 3S 4S 5S
时间
每秒采集1次
声音量化
分级越多还是越 少声音的质量会
更好呢？
2、声音量化
量化值15
14
13
12
11
10
9
8
7
76
6
5
4
3
2
1
1
0
10 5
1S 2S 3S 4S 5S 时间
声音量化
2、声音量化
量化值 7 3位二进制
几位二进制
WAV
3、声音编码
AAAEEEEEEEEEE A03E10
优化数据排列
声音编码 确立编码规则，优化数据排列
➢ 未压缩 ➢ 无损压缩 ➢ 有损压缩
WAV APE
无损压缩：还原后的压缩数据和压缩前相同
3、声音编码
20 ——20000HZ
有损压缩：损失信息、提高 压缩比例，减少存储容量
声音编码 确立编码规则，优化数据排列
➢ 未压缩 ➢ 无损压缩 ➢ 有损压缩
WAV APE MP3
3、声音编码
类型 未压缩 无损压缩 有损压缩
音频格式文件 WAV APE MP3
声音编码
确立编码规则，优化数据排列
➢ 未压缩 ➢ 无损压缩 ➢ 有损压缩
WAV APE MP3
生成不同的音频文件格式
体验活动 WAV 与 MP3 将原始音频另存为MP3格式，保存后查看两者的文件大小
1、声音采样
振幅
振幅
1S 2S 3S 4S 5S 时间
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3以下硬件设备中,能完成声音数字化的设备为( )
耳机 声卡
话筒 音响
本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不
10秒钟如当下之的处，声请联音系文本人件或网站删除。
量化位数 声道数
采样频率
存储量=
22 * 1000
* 16 * 2 * 10 / 8 (单位：字节B) (单位：位bit)
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ADC模数转换当器之处转，请换联过系本程人或网站删除。
（2） 量化：把幅度上连续取值（模拟量）的每一个样本转换 为离散值（数字值）表示，因此量化过程又是也称为A/D转换 （模数转换）
1001
量化级数越大，量化位数也就越大，声音的质 量越好,占电脑的存储空间也越多。
2 数值量 在时间上和数量上都是离散的物理量称为数字量。
例如：
用电子电路记录从自动生产线上输出的零
数量
件数目时，每送出一个零件便给电子电路
一个信号，使之记1，而平时没有零件送
出时加给电子电路的信号是0，所以能记
数。可见，零件数目这个信号无论在时间
上还是在数量上都是不连续的，因此它是
一个数字量。最小的数量单位就是1个。
8,000 Hz - 电话所用采样率, 对于人的说话已经足够 22,050 Hz - 无线电广播所用采样率 32,000 Hz - miniDV 数码视频 camcorder、DAT (LP mode)所用 采样率 44,100 Hz - 音频 CD, 也常用于 MPEG-1 音频（VCD, SVCD, MP3）所用采样率 47,250 Hz - 商用 PCM 录音机所用采样率 48,000 Hz - miniDV、数字电视、DVD、DAT、电影和专业音 频所用的数字声音所用采样率 50,000 Hz - 商用数字录音机所用采样率 96,000 或者 192,000 Hz - DVD-Audio、一些 LPCM DVD 音轨、 BD-ROM（蓝光盘）音轨、和 HD-DVD （高清晰度 DVD）音 轨所用所用采样率
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sound1.wav
sound2.wav
想一想：哪个声音文件音质佳 ，哪个声音文件占的存储空间更大 ？
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话
ADC模数
筒
转换器
计算机 存储器
其中ADC模数转换器的作用是（ ） A．将模拟信号转换为数字信号 B．将数字信号转换为模拟信号 C．对模拟信号进行放大 D．对数字信号进行压缩
2. 小王通过Windows附件中的“录音机”程序录制自己的 声音，这一过程实现了（ ）
A.图像识别 B.模数转换 C.语音识别 D.格式转换
（1）采样 ：把时间域或空间域的连续量转化成离散量的过 程。一般都是每隔相等的一小段时间采样一次，其时间间隔 称为采样周期。
采样点
采样频率：每秒钟采样点的次数。（单位：HZ） 采样频率越大，声音越真实，自然。但数据量 就越多。
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数字化声音存储量计算：
声音存储量= 采样频率×量化位数 ×声道数×时间／8
单位 ：字节
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1. 录制声音的过程如图所示
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请你算一算 当之处，请联系本人或网站删除。
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声道
当之处，请联系本人或网站删除。
声道(Sound Channel) 是指声音在录制或播放时在 不同空间位置采集或回放的相互独立的音频信号，所 以声道数也就是声音录制时的音源数量或回放时相应 的扬声器数量。
常见的有单声道，双声道（立体声），四声道环 绕和5.1声道环绕。
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录制声音的过程
话
ADC模数
计算机
筒
转换器
存储器
声波 电信号
（模拟量形式转换）
电信号 数字量
过程：采样 量化
存储数字量信息
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ADC模数转换当器之处转，请换联过系本程人或网站删除。 过程：音频信号通过 采样和量化实现模拟量的数字化
时间
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思考1？ 我们计算机只能存储和识别“0”和“1”，那么我们
计算机存储的数据是模拟量还是数值量呢？
思考2? 人们听到的声音是由振动产生的波通过介质（空气）
传到人耳的结果，是模拟信号。而计算机中是用二进制存 储数据，只能识别两个值，0和1，计算机中所用信息是数 字量。但我们计算机经常要处理声音信号，我们怎样把自 然界里的声音这种模拟量转换成计算机里数字量呢？
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当之处，请联传系本感人器或网站删除。
传感器：作用是进行能量方式的转换,将各种物理量的变化 转换成电流或电压的变化形式.
常见的传感器有声音传感器（话筒）、温度传感器(空 调)、光敏传感器(数码相机自动感光设备)、红外传感器(报 警器)、距离传感器(倒车雷达)等.通过对它们获得的电流或 电压形式的模拟信号进行采样和量化,变为数字形式的数值 信号,计算机就可以存储和处理这些信息了.
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当之处模，拟请联量系与本数人或字网量站删除。
1 模拟量 在时间上或数值上都是连续的物理量称为模拟
量。把表示模拟量的信号叫模拟信号。
例如：汽车在刹车过程中，速度是
速度
从某个值减速到零，在变化过程中
时间上和速度上的值是连续变化的。
时间
耳机 声卡
话筒 音响
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量化位数 声道数
采样频率
存储量=
22 * 1000
* 16 * 2 * 10 / 8 (单位：字节B) (单位：位bit)
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ADC模数转换当器之处转，请换联过系本程人或网站删除。
（2） 量化：把幅度上连续取值（模拟量）的每一个样本转换 为离散值（数字值）表示，因此量化过程又是也称为A/D转换 （模数转换）
1001
量化级数越大，量化位数也就越大，声音的质 量越好,占电脑的存储空间也越多。
2 数值量 在时间上和数量上都是离散的物理量称为数字量。
例如：
用电子电路记录从自动生产线上输出的零
数量
件数目时，每送出一个零件便给电子电路
一个信号，使之记1，而平时没有零件送
出时加给电子电路的信号是0，所以能记
数。可见，零件数目这个信号无论在时间
上还是在数量上都是不连续的，因此它是
一个数字量。最小的数量单位就是1个。
8,000 Hz - 电话所用采样率, 对于人的说话已经足够 22,050 Hz - 无线电广播所用采样率 32,000 Hz - miniDV 数码视频 camcorder、DAT (LP mode)所用 采样率 44,100 Hz - 音频 CD, 也常用于 MPEG-1 音频（VCD, SVCD, MP3）所用采样率 47,250 Hz - 商用 PCM 录音机所用采样率 48,000 Hz - miniDV、数字电视、DVD、DAT、电影和专业音 频所用的数字声音所用采样率 50,000 Hz - 商用数字录音机所用采样率 96,000 或者 192,000 Hz - DVD-Audio、一些 LPCM DVD 音轨、 BD-ROM（蓝光盘）音轨、和 HD-DVD （高清晰度 DVD）音 轨所用所用采样率
本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不 当之处，请联系本人或网站删除。
sound1.wav
sound2.wav
想一想：哪个声音文件音质佳 ，哪个声音文件占的存储空间更大 ？
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话
ADC模数
筒
转换器
计算机 存储器
其中ADC模数转换器的作用是（ ） A．将模拟信号转换为数字信号 B．将数字信号转换为模拟信号 C．对模拟信号进行放大 D．对数字信号进行压缩
2. 小王通过Windows附件中的“录音机”程序录制自己的 声音，这一过程实现了（ ）
A.图像识别 B.模数转换 C.语音识别 D.格式转换
（1）采样 ：把时间域或空间域的连续量转化成离散量的过 程。一般都是每隔相等的一小段时间采样一次，其时间间隔 称为采样周期。
采样点
采样频率：每秒钟采样点的次数。（单位：HZ） 采样频率越大，声音越真实，自然。但数据量 就越多。
本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不 当之处，请联系本人或网站删除。
本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不 当之处，请联系本人或网站删除。
数字化声音存储量计算：
声音存储量= 采样频率×量化位数 ×声道数×时间／8
单位 ：字节
本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不 当之处，请联系本人或网站删除。
1. 录制声音的过程如图所示
本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不
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本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不
声道
当之处，请联系本人或网站删除。
声道(Sound Channel) 是指声音在录制或播放时在 不同空间位置采集或回放的相互独立的音频信号，所 以声道数也就是声音录制时的音源数量或回放时相应 的扬声器数量。
常见的有单声道，双声道（立体声），四声道环 绕和5.1声道环绕。
本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不 当之处，请联系本人或网站删除。
录制声音的过程
话
ADC模数
计算机
筒
转换器
存储器
声波 电信号
（模拟量形式转换）
电信号 数字量
过程：采样 量化
存储数字量信息
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ADC模数转换当器之处转，请换联过系本程人或网站删除。 过程：音频信号通过 采样和量化实现模拟量的数字化
时间
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思考1？ 我们计算机只能存储和识别“0”和“1”，那么我们
计算机存储的数据是模拟量还是数值量呢？
思考2? 人们听到的声音是由振动产生的波通过介质（空气）
传到人耳的结果，是模拟信号。而计算机中是用二进制存 储数据，只能识别两个值，0和1，计算机中所用信息是数 字量。但我们计算机经常要处理声音信号，我们怎样把自 然界里的声音这种模拟量转换成计算机里数字量呢？
本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不
当之处，请联传系本感人器或网站删除。
传感器：作用是进行能量方式的转换,将各种物理量的变化 转换成电流或电压的变化形式.
常见的传感器有声音传感器（话筒）、温度传感器(空 调)、光敏传感器(数码相机自动感光设备)、红外传感器(报 警器)、距离传感器(倒车雷达)等.通过对它们获得的电流或 电压形式的模拟信号进行采样和量化,变为数字形式的数值 信号,计算机就可以存储和处理这些信息了.
本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不
当之处模，拟请联量系与本数人或字网量站删除。
1 模拟量 在时间上或数值上都是连续的物理量称为模拟
量。把表示模拟量的信号叫模拟信号。
例如：汽车在刹车过程中，速度是
速度
从某个值减速到零，在变化过程中
时间上和速度上的值是连续变化的。
时间