《音频数字化》PPT课件
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音频编辑和处理
数字音频工具提供丰富的编辑和处理功能，使音频 效果更加精细和个性化。
音频传输和存储
数字音频的压缩和网络传输技术使得音频内容能够 快速传输和存储。
音乐播放器和流媒体服务
数字音频技术促进了音乐播放器和流媒体服务的发 展，使音乐更普及和便捷。
结语
音频数字化的未来发展充满无限可能，但也面临着一些挑战。只有充分认识和发挥音频数字化的 价值和意义，才能更好地应对挑战。
音频数字化的意义
音频数字化使得音频信号能够以数字形式存储、传输和处理，提高音频质量和便捷性。
常见的音频数字化格式
常见的音频数字化格式包括WAV、MP3、AAC、FLAC等。
音频数字化原理
音频数字化涉及模拟信号与数字信号之间的转换，以及ADC和DAC转换器的工作原理。
模拟信号与数字信号
模拟信号是连续变化的信号，而 数字信号是离散的信号，可以通 过采样和量化将其转换。
1
录制和采集
使用录音设备或计算机软件采集音频信号，并将其转为数字音频。
2
编码和压缩
对数字音频进行编码和压缩，以减少文件大小并提高传输效率。
3
存储和传输
将数字音频保存在存储设备中，或通过网络传输音频格式决定了音频信号的存储和传输方式，常见格式包括WAV、MP3、AAC、FLAC等。
WAV格式
WAV是一种无损音频格式，支持高音质的音频录制和 编辑。
MP3格式
MP3是一种有损压缩音频格式，文件大小较小，适合 在网络上传输和存储。
AAC格式
FLAC格式
数字音频的应用
数字音频在音频录制、编辑和处理、音频传输和存储、音乐播放器和流媒体服务等方面得到广泛应用。
音频录制
数字化音频处理
数字化音频处理
模拟信息与数字信息区别
1.
模拟信息是连续的， 模拟信息是连续的，自然界中的各种信息 都是模拟信息。 都是模拟信息。 数字信息是离散的，由一连串的数字组成， 数字信息是离散的，由一连串的数字组成， 电脑中的所有信息都是数字信息。 电脑中的所有信息都是数字信息。
2.
自然界中的声 音是如何在电 脑中存储和加 工的呢？
5.1.3 声音的数字原理 音频信息数字化原理（图1） 音频信息数字化原理（
采样
5.1.3 声音的数字原理 音频信息数字化原理（图2） 音频信息数字化原理（
量化
隔在模拟音频波形 采样：每隔一个时间间隔在模拟音频波形 上取一个值。 量化：就是把采样得到的瞬时值进行幅度 量化：就是把采样得到的瞬时值进行幅度 离散 。 编码：是根据一定的协议或格式转换比特 编码：是根据一定的协议或格式转换比特 流的过程。
【练习】请计算对于双声道立体声、采样频 率为44.1kHz、采样位数为16位的激光唱盘 （CD-A），用一个650MB的CD-ROM可存放 多长时间的音乐？
解： 已知音频文件大小的计算公式如下： 每秒文件字节数=采样频率（Hz）×采样位数（位）× 声道数/8 根据上面的公式计算一秒钟时间内，采样频率为44.1kHz、采样位 数为16位，双声道立体声激光唱盘（CD-A）的不压缩数据量。 (44.1×1000×16×2)/（8×1024×1024）=0.168MB/s 那么，一个650MB的CD-ROM可存放的时间为 （650/0.168）/（60×60）=1.07小时 答约1个小时即可。
音频的数字化
1.
输入设备——麦克风 输入设备——麦克风 转换设备——声卡 转换设备——声卡 输出设备——音箱 输出设备——音箱 声卡
模拟信息与数字信息区别
1.
模拟信息是连续的， 模拟信息是连续的，自然界中的各种信息 都是模拟信息。 都是模拟信息。 数字信息是离散的，由一连串的数字组成， 数字信息是离散的，由一连串的数字组成， 电脑中的所有信息都是数字信息。 电脑中的所有信息都是数字信息。
2.
自然界中的声 音是如何在电 脑中存储和加 工的呢？
5.1.3 声音的数字原理 音频信息数字化原理（图1） 音频信息数字化原理（
采样
5.1.3 声音的数字原理 音频信息数字化原理（图2） 音频信息数字化原理（
量化
隔在模拟音频波形 采样：每隔一个时间间隔在模拟音频波形 上取一个值。 量化：就是把采样得到的瞬时值进行幅度 量化：就是把采样得到的瞬时值进行幅度 离散 。 编码：是根据一定的协议或格式转换比特 编码：是根据一定的协议或格式转换比特 流的过程。
【练习】请计算对于双声道立体声、采样频 率为44.1kHz、采样位数为16位的激光唱盘 （CD-A），用一个650MB的CD-ROM可存放 多长时间的音乐？
解： 已知音频文件大小的计算公式如下： 每秒文件字节数=采样频率（Hz）×采样位数（位）× 声道数/8 根据上面的公式计算一秒钟时间内，采样频率为44.1kHz、采样位 数为16位，双声道立体声激光唱盘（CD-A）的不压缩数据量。 (44.1×1000×16×2)/（8×1024×1024）=0.168MB/s 那么，一个650MB的CD-ROM可存放的时间为 （650/0.168）/（60×60）=1.07小时 答约1个小时即可。
音频的数字化
1.
输入设备——麦克风 输入设备——麦克风 转换设备——声卡 转换设备——声卡 输出设备——音箱 输出设备——音箱 声卡
音频信号的数字化
整理ppt
5.采样频率
目前常用的音频采样频率有48kHz，44.1kHz，32kHz， 96kHz，192kHz……
音频信号的采样频率选取原则 1. 音频信号的最高频率 2. 防混叠低通滤波器的截止特性 3. 以录像机作为记录设备时，便于形成伪视频信号。
量化
量化：把幅度上连续变化的样本值离散化，变换为有限 个样本值。
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1.采样定理
采样又称取样或抽样，是指每隔一定的时间间隔，抽取信号 的一个瞬时幅度值。这样就把时间上连续变化的无限个样值 变成离散的有限个样值的过程。
vI(t)
vI’ (t)
整理ppt
0
t
0
t
vS
0
t
TS
脉冲序列的采样频率fs (sampling rate) ，即每秒钟采样的次数。 采样时间 采样后得出的一系列在时间上离散的样本值称为样值序列。
比特： 用高、低两种电平表示脉冲序列中的基本单元
字节： 一个字节等于8位二进制
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2.2音频信号的数字化
ADC（A/D） Analogue Digital Conversion模数变化，用一系 列数码来代替连续变化的声音
音频信号的数字化
采样（SAMPLING）
1. 采样定理 2. 混叠失真与限带滤波 3. 采样保持电路 4. 采样脉冲宽度与孔径效应 5. 采样频率
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级联积分式A/D转换器
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为了防止产生混叠失真,当采样频率确定后,必须限制原模 拟信号的上限频率。因此，一般在采样之前设置一个低 通滤波器，滤除高于fs/2的频率，这一低通滤波器也叫防 混叠滤波器。
相应的，在D/A转换器之后要设置内插低通滤波器（防 镜像滤波器），以滤除多余的高频分量，只把原信号取 出来。
音频数字化
1.声音有哪3要素？分别与声波的什么参量有关？声音的三要素为：音调、响度、音色；音调主要与声波的频率有关，响度和声波振动的幅度有关，音色与声波的振动波形有关。
2.假定语音信号的频率范围是50Hz —10 kHz，音乐信号的频率范围是15Hz —20 kHz。
采用奈奎斯特频率，并用12bit表示语音信号样值，用16bit表示音乐信号样值。
(1)计算这两种信号数字化后的比特率；(2)存储一段10分钟的音乐所需要的存储器容量。
解：(1)语音信号：比特率=采样率×编码位数×声道数 =10×2×12×1=0.24 (Mb/s)音乐信号：比特率=采样率×编码位数×声道数 =20×2×16×1=0.64 (Mb/s)答：语音信号数字化后的比特率为0.24Mb/s,音乐信号数字化后的比特率为0.64Mb/s.(2) 容量= 48MB答：存储一段10 分钟的音乐所需要的存储器容量为48MB.3，数字化后图像分辨率720×576、8比特量化，4:2:2格式，帧频25Hz，1秒的数据量？用2GB硬盘能存储多长时间？解：(1)数据量 =（25×720×576××8×1）÷8=20.736MB答：1秒的数据量为20.736MB。
(2) 时间= = 96.45 s答：用2GB硬盘能存储96.45 秒。
13. 什么是复合编码？什么是分量编码？它们各有什么优缺点？复合编码是将复合彩色信号直接编码成PCM形式。
复合彩色信号是指彩色全电视信号，它包含有亮度信号和以不同方式编码的色度信号。
复合编码的优缺点是:码率低、设备较简单、图像质量较差分量编码是将三基色信号R、G、B分量或亮度和色差信号Y、(B－Y)、(R－Y)分别编码成PCM形式。
分量编码的优点是:码率较高、设备较贵、图像质量好14. 画图说明4：2：2采样格式，一帧500×200点阵，4：2：2格式采样，8 bit 编码的图像，该图像的数据量有多大？ 解：数据量 = 500×200××8=1.6Mb/s答：该图像的数据量是1.6 Mb/s.。
声音的数字化 ppt课件
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。
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时间
2
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？
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
采样量化8000hz电话所用采样率对于人的说话已经足够22050hz无线电广播所用采样率32000hzminidv数码视频camcorderdatlpmode所用采样率44100hz音频cd也常用于mpeg1音频vcdsvcdmp3所用采样率47250hz商用pcm录音机所用采样率48000hzminidv数字电视dvddat电影和专业音频所用的数字声音所用采样率50000hz商用数字录音机所用采样率96000或者192000hzdvdaudio一些lpcmdvd音轨bdrom蓝光盘音轨和hddvd高清晰度dvd音轨所用所用采样中的“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
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
数字化音频
1.5 数字音频的处理
专业的音频编辑软件GoldWave功能强大，可以对音 乐进行播放、录制、编辑、转换格式、特技处理等。 GoldWave支持多种声音格式，如WAV、MP3、AU、AVI、 MPEG、MOV、RAW、SDS等。其主要功能有： ➢ 音频文件的格式转换：，它还支持MAC计算机所使用
的声音文件。因此，通过GoldWave可以实现这种格式 的转换。 ➢ 音频数据的简单编辑 ➢ 声音效果的处理 ➢ 音频的修复 ➢ CD音乐提取 ➢ 声音文件的生成 ➢ 声音文件的录制
GoldWaved的界面与窗口
GoldWaved的界面
谢谢观看！
多媒体技术与应用
➢ WAV文件：微软公司开发的一种声音文件格 式，也称波形声音文件，是最早的数字音 频格式，被Windows平台及其应用程序广泛 支持。1.3 数字音频文件格式
➢ MP3音频文件：全称为MPEG-1 audio layer3，其压 缩率为12：1。优势是在高压缩比的情况下，还能 拥有优美的音质。它利用知觉音频编码技术，即利 用了人耳的特性，消减音乐中人耳的特性，消减音 乐中人耳听不到的成分，同时尽可能地维持原来的 声音质量。
例如，假设输入电压的范围是0V～7V，并假设它 的取值只限定在0，1，2，…，7共8个值。如果采样得 到的幅度值是1.2V，则它的取值就应是1V，如果采样 得到的幅度值是2.6V，则它的取值就应是3V等。
这种数值就称为离散数值，即量化值。量化之后 得到的是时间离散、幅度离散的数字信号。
3. 编码
编码，即是将量化值表示成为二进制数的 形式，以便于计算机存储和处理。例如，上面 量化规定的8个取值，就可以用3位二进制数表 示，从000～111，2V可以表示为001，3V可以表 示位011，6V可以表示位101。
音频信号的数字化
为了防止产生混叠失真,当采样频率确定后,必须限制原模 拟信号的上限频率。因此，一般在采样之前设置一个低 通滤波器，滤除高于fs/2的频率，这一低通滤波器也叫防 混叠滤波器。
相应的，在D/A转换器之后要设置内插低通滤波器（防 镜像滤波器），以滤除多余的高频分量，只把原信号取 出来。
精品
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
理想的滤波器 a) 平坦的通带 b) 陡直的滤波特性 c) 无穷大的阻带衰减
精品
0
0000
1
0001
2
0010
3
0011
4
0100
5
0101
6
0110
7
0111
8
1000
9
1001
10
1010
11
1011
12
1100
13
1101
14
1110
15
1111
精品
总结PCM的三个步骤
1. 采样：时间离散化 2. 量化：幅值离散化 3. 编码：数值二值化
精品
2.3 A/D转换器
对数字音频来说，A/D转换器的性能对音质具有决定 性的影响
音频信号的采样频率选取原则 1. 音频信号的最高频率 2. 防混叠低通滤波器的截止特性 3. 以录像机作为记录设备时，便于形成伪视频信号。
量化
量化：把幅度上连续变化的样本值离散化，变换为有限 个样本值。
量化精度（RESOLUTION）
f t V 1.461.5 1.521.5
1 .5
1 .4
采样频率要大于或等于被采样信号最高频率的2倍， 就可以无失真地恢复出原始的模拟信号。
fs ≥ 2fm。
否则，采样后的信号频谱会发生混叠现象。
实训1 声音的数字化(Adobe Audition)41页PPT
学习目标
❖ 了解声音的数字化及编码标准。 ❖ 掌握声音文件的格式及音频素材的获取。 ❖ 掌握声音的录制、编辑和效果处理。 ❖ 掌握使用Adobe Audition录制歌曲。
目录
4.1 音频基础 4.2 数字音频 4.3 音频素材的处理 4.4 电子合成音乐
4.1 音频基础 4.1.1 声音的基本概念 4.1.2 声音的质量
转换。
Audition部分菜单命令及操作介绍
1．文件菜单：【文件】菜单包含了常用的【新建】、 【打开】、【关闭】、【存储】等命令。
2．编辑菜单：【编辑】菜单中包含【复制】、【粘 帖】、【删除】、【格式转换】等命令。
3．视图菜单：【视图】菜单中包含了软件中常用的视 图选项 。
4．效果菜单：【效果】菜单包含了在编辑处理音频时 要用到的大部分的功能，如反转、倒转、延迟和回声、 混响、滤波和均衡等，还能调用Direct-X的插件效果 器。
声音数字化的意义
❖ 音频数字化的意义在于： （1）声音信息数字化后，复制无衰减，信噪比特别高，可保
证节目存储、播放的高质量。 （2）数字音频可通过计算机进行加工处理，可增进音频编辑、
加工的效率、质量和效果。 （3）数字化音频可压缩，便于存储，可降低存储费用。 （4）数字化音频可通过网络传输，便于信息的广泛传播，更
实训1 声音的数字化(Adobe Audition)
51、山气日夕佳，飞鸟相与还。 52、木欣欣以向荣，泉涓涓而始流。
53、富贵非吾愿，帝乡不可期。 54、雄发指危冠，猛气冲长缨。 55、土地平旷，屋舍俨然，有良田美 池桑竹 之属， 阡陌交 通，鸡 犬相闻 。
实训1 声音的数字化
第4章 多媒体音频处理技术
便于音频节目的优胜劣汰。 （5）数字化音频有助于人们进行音乐的创作，降低了音乐创
第三章音频信号及数字化
3.1.6 采样定理及音频采样频率标准 4. 采样定理
采样频率fs必须高于被采样信号所含最高频率的两倍。
该定理指出：当对连续变化的信号波形进行采样时，若
采样频率fs高于该信号所含最高频率的两倍，那么可以由采
样值通过插补技术正确地恢复原信号的波形，否则将会引 起频谱混叠（Aliasing）产生混叠噪声（Aliasing Noise）, 而重叠的部分是不能恢复。这一定理不仅适用于模拟音频 信号，也同样适用于模拟视频信号的采样。
2020/3/2
第3章 音视频信号及数字化
3.1 音频信号及数字化
3.1.6 采样定理及音频采样频率标准
如fs低于信号中最高频率的两倍，将出现频谱混叠，
原信号的频谱与下边带无法分开，破坏了原信号的频谱， 原信号将无法恢复。
2020/3/2
亨利.奈奎斯特(Harry Nyquist)采样定理:当对连续变化的信号 波形采样时,若采样频率fs高于该信号所含最高频率的2倍,那么 可以由采样值通过插补技术正确地恢复原信号的波形; 44.1kHz作为CD级音频信号的采样频率;
2020/3/2
8．动态范围 是某个声音的最强音与最弱音的强度差，用分
贝表示。它是衡量声音强度变化的重要参数。
2020/3/2
第3章 音视频信号及数字化
3.1 音频信号及数字化
3.1.1 音频信号及其心理特征 9．音频信号在时域和频域中的表现形式 在时域空间中表现为幅值随时间连续变化的曲线， 在频域中则是将音频信号经傅里叶（Fourier）变换后 在频率空间的分立或连续的谱线。
2020/3/2
第3章 音视频信号及数字化
3.1 音频信号及数字化
3.1.3 为什么要数字化 3. 与计算机的兼容性 多媒体是以计算机控制为基础的，而计算机处理、存 储的都是数字信息，即“0”、 “1”信号，所以在多媒 体中的音频、视频信号必须是数字信号。
采样频率fs必须高于被采样信号所含最高频率的两倍。
该定理指出：当对连续变化的信号波形进行采样时，若
采样频率fs高于该信号所含最高频率的两倍，那么可以由采
样值通过插补技术正确地恢复原信号的波形，否则将会引 起频谱混叠（Aliasing）产生混叠噪声（Aliasing Noise）, 而重叠的部分是不能恢复。这一定理不仅适用于模拟音频 信号，也同样适用于模拟视频信号的采样。
2020/3/2
第3章 音视频信号及数字化
3.1 音频信号及数字化
3.1.6 采样定理及音频采样频率标准
如fs低于信号中最高频率的两倍，将出现频谱混叠，
原信号的频谱与下边带无法分开，破坏了原信号的频谱， 原信号将无法恢复。
2020/3/2
亨利.奈奎斯特(Harry Nyquist)采样定理:当对连续变化的信号 波形采样时,若采样频率fs高于该信号所含最高频率的2倍,那么 可以由采样值通过插补技术正确地恢复原信号的波形; 44.1kHz作为CD级音频信号的采样频率;
2020/3/2
8．动态范围 是某个声音的最强音与最弱音的强度差，用分
贝表示。它是衡量声音强度变化的重要参数。
2020/3/2
第3章 音视频信号及数字化
3.1 音频信号及数字化
3.1.1 音频信号及其心理特征 9．音频信号在时域和频域中的表现形式 在时域空间中表现为幅值随时间连续变化的曲线， 在频域中则是将音频信号经傅里叶（Fourier）变换后 在频率空间的分立或连续的谱线。
2020/3/2
第3章 音视频信号及数字化
3.1 音频信号及数字化
3.1.3 为什么要数字化 3. 与计算机的兼容性 多媒体是以计算机控制为基础的，而计算机处理、存 储的都是数字信息，即“0”、 “1”信号，所以在多媒 体中的音频、视频信号必须是数字信号。
音频信号的数字化
-ƒm -ƒs
ƒm ƒs
音频信号的数字化
音频信号的数字化 音频信号的过采样 音频信号的过采样，不是通过频谱的混叠失真来限定ƒ 的带宽， 音频信号的过采样，不是通过频谱的混叠失真来限定 m的带宽， 而是以超过奈奎斯特采样率的频率进行采样（ 倍以上 倍以上） 而是以超过奈奎斯特采样率的频率进行采样（2倍以上） 在对信号数字处理之前，设置一个上限频率合适的前置滤波， 在对信号数字处理之前，设置一个上限频率合适的前置滤波， 模拟信号进行限带滤波，滤除频率高于ƒ 的频率分量， 对模拟信号进行限带滤波，滤除频率高于ƒm 的频率分量，使信号的 频率分布在一个频率区间内， 频率分布在一个频率区间内，即 f ∈[ -f m, f m ]，ƒm < ƒS/2 ， 过采样设置保证模拟滤波后残留的高频信号频谱不影响重要信 过采样设置保证模拟滤波后残留的高频信号频谱不影响重要信 号的频谱，通常选为: 号的频谱，通常选为 ƒS = （2.1~2.5) ƒm
音频信号的数字化
音频信号的数字化 量化作用效果 由于随着比特数的增加 量化步长变小， 随着比特数的增加， 由于随着比特数的增加，量化步长变小，信号的量化比特数将 决定系统的分辨率 量化对模拟音频信号的幅度轴进行数字化所采用的比特数决定 了模拟信号数字化以后的动态范围，量化位越高， 了模拟信号数字化以后的动态范围，量化位越高，信号的动态范围 越大
音频信号的数字化
音频信号的数字化 音频信号是连续非周期信号，应用傅里叶变换（ ）： 音频信号是连续非周期信号，应用傅里叶变换（FT）： 得到的幅频分布形式在所有的频率处都有值， 得到的幅频分布形式在所有的频率处都有值，形成一个连续频 谱 频谱描述了信号所包含的从 0 到ƒm 点对称排列的所有频率分 量，频谱的幅度实际上就是反映了每个频率分量正弦波的幅度
音频信号的数字化
1、对模拟信号以一定的时间间隔采集，并保持到下一次采样 2、用最接近的量化电平代表采样保持电平 这个过程称为模拟信号转换为数字信号的数字化
音频信号的数字化 音频信号是连续非周期信号，应用傅里叶变换（FT）： 得到的幅频分布形式在所有的频率处都有值，形成一个连续频 谱
频谱描述了信号所包含的从 0 到ƒm 点对称排列的所有频率分
当D/A转换器从图4-2得到的数值中重构原来 信号时，得到图4-3中蓝色(直线段)线段所 示的波形。从图中可以看出，蓝色线与原 波形(红色线)相比，其波形的细节部分丢失 了很多。这意味着重构后的信号波形有较 大的失真。
• 左图为采样率2000Hz，量化等级为20的采样量化过程 • 右图为采样率4000Hz，量化等级为40的采样量化过程 • • 当采样率和量化等级提高一倍，从图中可以看出，当 用D/A转换器重构原来信号时（图中的轮廓线），信号的失真 明显减少，信号质量得到了提高。
音频信号的数字化
声音是由振动产生的。物体振动停止，发声也停止。当 振动波传到人耳时，人便听到了声音。 人能听到的声音，包括语音、音乐和其它声音（环境声、 音效声、自然声等），可以分为乐音和噪音。 乐音 是由规则的振动产生的，只包含有限的某些特定频 率，具有确定的波形。 噪音 是由不规则的振动产生的，它包含有一定范围内的 各种音频的声振动，没有确定的波形。 声音具有三个要素： 音调、响度（音量/音强）和音色
量，频谱的幅度实际上就是反映了每个频率分量正弦波的幅度
t
-ƒm
ƒm
ƒ
音频信号的数字化 音频信号经过采样形成离散信号，应用傅里叶变换（DTFT）： ∑ 得到的幅频分布形式是连续的频谱 离散非周期信号的频谱是周期性的，周期为1 / Ts ，形成以 ± n * ƒs 为中心的频谱镜像
音频信号的数字化 音频信号是连续非周期信号，应用傅里叶变换（FT）： 得到的幅频分布形式在所有的频率处都有值，形成一个连续频 谱
频谱描述了信号所包含的从 0 到ƒm 点对称排列的所有频率分
当D/A转换器从图4-2得到的数值中重构原来 信号时，得到图4-3中蓝色(直线段)线段所 示的波形。从图中可以看出，蓝色线与原 波形(红色线)相比，其波形的细节部分丢失 了很多。这意味着重构后的信号波形有较 大的失真。
• 左图为采样率2000Hz，量化等级为20的采样量化过程 • 右图为采样率4000Hz，量化等级为40的采样量化过程 • • 当采样率和量化等级提高一倍，从图中可以看出，当 用D/A转换器重构原来信号时（图中的轮廓线），信号的失真 明显减少，信号质量得到了提高。
音频信号的数字化
声音是由振动产生的。物体振动停止，发声也停止。当 振动波传到人耳时，人便听到了声音。 人能听到的声音，包括语音、音乐和其它声音（环境声、 音效声、自然声等），可以分为乐音和噪音。 乐音 是由规则的振动产生的，只包含有限的某些特定频 率，具有确定的波形。 噪音 是由不规则的振动产生的，它包含有一定范围内的 各种音频的声振动，没有确定的波形。 声音具有三个要素： 音调、响度（音量/音强）和音色
量，频谱的幅度实际上就是反映了每个频率分量正弦波的幅度
t
-ƒm
ƒm
ƒ
音频信号的数字化 音频信号经过采样形成离散信号，应用傅里叶变换（DTFT）： ∑ 得到的幅频分布形式是连续的频谱 离散非周期信号的频谱是周期性的，周期为1 / Ts ，形成以 ± n * ƒs 为中心的频谱镜像
《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 。
第3章声音的数字化PPT课件
20
总结：
➢ 声音的数字化过程实际上就是采样、量化 和编码的过程；
➢ 数字音频的数据量很大，对计算机存储和 数据实时传输都造成一定的压力。因此， 实际运用中并非都按最高音质来采样，而 是根据音源的质量和实际需要灵活运用； 如在录制一段语音，8kHZ就够了。
21
➢ 对于音乐信号。减少数据量的方法不是降 低采样频率和采样精度，而是数据压缩；
22
二、电子合成音乐
– PCM数字音频实际上是一种数字式录音/重 放的过程，需要很大的数据量
– 可用合成的方式产生音乐（电子乐器:电子 键盘、吉他、萨克斯管、钢琴、风琴、贝 司、铜管乐器、簧管乐器等）
23
MIDI
➢ MIDI是乐器数字接口（musical instrument digital interface）的英文缩写, 是一个国际通用的标准接口,是一种技术规 范。 20世纪80年代提出来的，是数字音乐 的国际标准
1
参数指标
1) 幅度（振幅）：指声波波形的最高（低） 点与时间轴之间的距离，反映声音信号的 大小、强弱程度
2) 频率：信号在单位时间内变化的次数， HZ;多个频率声音的复合
2
➢ 人们对声音的感知不仅与声音幅度有关， 还与声音的频率有关：
可听声（audio）： 20HZ ~ 20kHZ 次音、亚音信号(subsonic) ：<20HZ 超音信号、超声(supersonic) :>20kHZ
300HZ ~ 3kHZ 语音信号（speech）
3
模拟信号与数字信号
➢ 模拟信号：时间或幅度上连续的信号
• 时间上“连续”是指在一个指定的时间范围内 信号的幅值有无穷多个；
• 幅度上“连续”是指幅度的数值有无穷多个；
总结：
➢ 声音的数字化过程实际上就是采样、量化 和编码的过程；
➢ 数字音频的数据量很大，对计算机存储和 数据实时传输都造成一定的压力。因此， 实际运用中并非都按最高音质来采样，而 是根据音源的质量和实际需要灵活运用； 如在录制一段语音，8kHZ就够了。
21
➢ 对于音乐信号。减少数据量的方法不是降 低采样频率和采样精度，而是数据压缩；
22
二、电子合成音乐
– PCM数字音频实际上是一种数字式录音/重 放的过程，需要很大的数据量
– 可用合成的方式产生音乐（电子乐器:电子 键盘、吉他、萨克斯管、钢琴、风琴、贝 司、铜管乐器、簧管乐器等）
23
MIDI
➢ MIDI是乐器数字接口（musical instrument digital interface）的英文缩写, 是一个国际通用的标准接口,是一种技术规 范。 20世纪80年代提出来的，是数字音乐 的国际标准
1
参数指标
1) 幅度（振幅）：指声波波形的最高（低） 点与时间轴之间的距离，反映声音信号的 大小、强弱程度
2) 频率：信号在单位时间内变化的次数， HZ;多个频率声音的复合
2
➢ 人们对声音的感知不仅与声音幅度有关， 还与声音的频率有关：
可听声（audio）： 20HZ ~ 20kHZ 次音、亚音信号(subsonic) ：<20HZ 超音信号、超声(supersonic) :>20kHZ
300HZ ~ 3kHZ 语音信号（speech）
3
模拟信号与数字信号
➢ 模拟信号：时间或幅度上连续的信号
• 时间上“连续”是指在一个指定的时间范围内 信号的幅值有无穷多个；
• 幅度上“连续”是指幅度的数值有无穷多个；
音频的数字化
当采样率和量化等级 提高一倍，信号的失 真明显减少，信号质 量得到了提高。
声音的数字化
采样率和声音质量有关，越高声音的还原 就越真实越自然
8,000 Hz - 电话所用采样率, 对于人的说话已 经足够 22.05 KHz - FM广播的声音品质 44.1KHz - 是理论上的CD音质界限 48KHz - 人耳的极限
请计算该音频的存储容量。
方法一：10*60*44100*16*2/8/1024/1024MB 方法二：10*60*1411/8/1024 MB
课堂小测
系统中09位图、视频、音频的数字化
音频数字化
声音的数字化
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
声音的数字化
通过“采样”和“量化”实现波形声音模拟量的数字化。 采样频率：每秒所采样的次数，单位为HZ(赫兹)。 量化位数：每个采样点所需的二进制位数。
声音的数字化
上图采样率2000Hz， 量化等级为20的采样 量化过程 下图为采样率4000Hz， 量化等级为40的采样 量化过程
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
声音的数字化
Wav声音文件的大小和采样频率、量化位数有关： 采样频率越高，声音越真实，存储量也越大 量化位数越大，声音越真实，存储量也越大
常识：CD的采样频率为44.1KHz。 Wav声音文件存储量的计算方法： 采样频率×时间×量化位数×声道数
在GoldWave软件中录制了一段10分钟的 Wave格式音频，状态信息如图所示：
声音图像的数字化 ppt课件
三、声音的数字化（声音的编码）
例：CD音频格式采用的采样频率为44.1KHz,量化的值用16位二 进制表示，立体声双声道，每秒钟数据量为多少字节?
44100×16×2÷8
采样频率越高、量化级数越多，存储声音的数据量也就越大。 量化位数越高，音质越好。
三、声音的数字化（声音的编码）
实验：
启动 “附件” “娱乐” “录音机”
存。观察它们文件的大小。
总结
信息的数字化的过程就是把自然界连续的 模拟量变成离散的数字量，其过程是先把连续 的模拟量切割成一个个离散的点，然后用二进 制去表示这个点的值，最后将这些点的二进制 编码依次存储在一个文件里，就形成了数字化 的声音和图像。
采用不同采样率，声音的效果会不同，计算声音文件大小不同
四、图像的数字化
图像的数字化的思想是：把一副图像看作是纵横分割的许多图像元素 的组合，对每个图像元素进行采样并量化。
对于黑白图像：把图像分割成一个个小方格，有黑色的方格记作“1”， 没有黑色的记作“0”，在将代码“0”和“1”按一定的编码规定和先后 次序记录下来，图像的数字化过程即可完成。
四、图像的数字化
例1：一幅分辨率为800×600的黑白图像，保存需要___字节。 800×600×1/8
计算原理：一幅位图图像可以看成是由许多点( 像素 )组成的，每个像 素有一种颜色，每一种颜色用几位二进制数来表示。
四、图像的数字化
问题：黑白图片的 1个像素在计算机中存储时占几个位? 16色图片的 1个像素在计算机中存储时占几个位? 256色图片的 1个像素在计算机中存储时占几个位? 24位图片的 1个像素在计算机中存储时占几个位?
精品资料
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人耳听觉的声音频率范围：20HZ—20KHZ 采样定律：采样频率不应抵于声音信号最高频率两倍 当采样频率达到40KHZ以上时，人耳听觉认为数字音频已达到 保真程度。----CD唱盘44.1KHZ
请同学们思考： 影响数字音频质量的因素有哪些？
(2). 影响数字音频质量的技术参数
数字音频的质量取决于 采样频率、 量化位数和 声道数
2). 量化位数（量化精度—Y轴度量单位） 描述每个采样点样值（电压值）的二进制位数。
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
常用的量化位数为8位、12位、16位。 0.1和0.11哪个更准确？
3). 声道数 每次对一个通道声波进行采样和量化为
单声道；每次对两个通道声波进行采样和量 化为称为双声道（立体声），它更能满足人 们的听觉需求。
时间
由于计算机只能处理二进制数字信息， 以二进制数字来记录电压的幅度（声波）， 即转换为数字音频，才能被存储和处理
-------声音的数字化
电压
0.3
0.2
011
0.1
010Biblioteka 00001-0.1
时间
000
-0.2
111
-0.3
110
111
声音的数字化
过程如下图所示：
模拟信号
采样、量化、编码
数字信号
复制PPT文件，自学并完成以下内容： 1、声音的数字化原理 2、声音数字化后其质量取决于哪些因素？ 3、声音数字化所占用的存储空间 4、声音的压缩和常见声音文件的格式：
声音的数字化原理
声音是大自然的恩赐，它使整个世界充满生机 声音是由物体振动产生的，是一种波。
声波通过话筒转变为时间上连续的电压波，
176KB*240
约41.3MB
(3). 数字音频文件的存储量（字节B）
采样频率×时间(S) ×量化位数/8×声道数
--------------------- -----------（换算为B）
总点数
每个点占用空间
ftp://192.168.0.5
复制PPT文件，P19自学并完成以下内容：
4、声音的压缩和常见声音文件的格式：
电压波与引起电压波的声波的变化规律是一致的 因此可以利用电压波来模拟声音信号，这种电压 波被称为----模拟音频信号(如磁带、录像带上的 声音信号)
播放时音响设备将电压波传至扬声器，扬声
器的振动产生声音，从而将模拟音频电信号还原
为声音。
电压 0.3 0.2 0.1 00 -0.1 -0.2 -0.3
MIDI软件有多种类型，有MIDI播放软件、演奏软件和 创作软件。
通常，大多数的媒体播放器都可以播放MIDI音乐，如 WINDOWS95\98的媒体播放器（Windows Media Player）
除了媒体播放器以外，MIDI演奏软件和创作软件都可以 作为MIDI的播放器使用，
随着声道数的增加，所占用的存储容量 也成倍增加。
小结：声音数字化质量
影响声音数字化质量的三个因素
采样频率
量化位数
声道数
每秒钟采样的次数 每个采样点用多少二进制位表示 声音通道的个数
采样频率越高 声音质量越好 数据量也越大
11.025kHz 22.05kHz 44.1kHz
量化位数越多 音质越好 数据量也越大
数字音频的文件格式
1.WAV文件—图象：bmp 波形文件是由采样数据组成，其还原音质较好，
但文件数据量很大。 2.MP3文件
MP3(MPEG Audio layer 3)是一种按MPEG标准的 声音压缩技术制作的音频文件。
特点：①优美音质 ②高压缩比(1:12)
3.WMA文件
WMA文件是Windows Media格式中的一个 子集，而Windows Media格式是由Microsoft Windows Media技术使用的格式，包括音频、视 频或脚本数据文件。
(1). 采样和量化
数字化音频的过程如下图所示。
电压
0.3
0.2
0.1
00
-0.1
时间
-0.2
-0.3
(a) 模拟音频信号
电压 0.3 0.2 0.1 00 -0.1 -0.2 -0.3
时间
(b) 音频信号的采样
011
010
001
000
111 110
时间
111
(c) 采样信号的量化（度量单位）
（2）编码(刻度) 量化编码示意
8位 16位
立体声比单声道 的表现力丰富， 但数据量翻倍 单声道 立体声
一
如何计算数字音频文件的存储量？
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： 44100×1×16／8×2=176400(字节) 约176KB
实践：
1、如果CD音质的采样频率为44.1KHZ，量化位数为16bit, 那么4分钟CD双声道立体声音乐的数据长度是多少？
采 样电压
采样电压
同一段声音进行采样时，间隔的时间越 短，采样的次数越多，采样越密集，这样获 得的音频就越接近原始声音的真实面貌。 采样的密集程度，可用每秒种采样的次数
----采样频率
单位：HZ (1/秒)
1000HZ=1000次/秒
1). 采样频率：指一秒钟时间内采样的次数。
常用采样频率有三种： 11.025KHz(语音效果)-11025次/秒 22.05KHz(音乐效果) --22050次/秒 44.1KHz(高保真效果如CD唱盘)--44100次/秒
优势：在保证只有MP3文件一半大小的前提 下保持相同的音质，也可以在线听
4。RA文件
在线音乐欣赏（ra,rm,rmx）
根据网络带宽改变声音的质量
５.MIDI文件--乐器数字接口（数字音乐的国际标 准）
Musical Instrument Digital Interface
MIDI文件不是一段录好的声音，而是记录演奏 乐器的各种信息或指令，如用哪一种乐器，什 么时候按某个键，力度怎么样等等，至于播放 时发出的声音，那是通过播放软件或者音源的 转换而成的。
播放MIDI文件就是按照记录合成音乐
46-竖琴
合成音色 2（温暖）
46-竖琴
合成音色 2（温暖）
优势：数据量很小、修改方便(与WAV相比) 1分钟MIDI文件 5～10KB 10M
不足：缺乏重现真实的自然音或语音
MIDI音乐可很好地达到原始乐器的品质，并能模 拟各种声音（包括非自然界声音）。
因此，MIDI 主要用于原始乐器作品、流行歌曲 表演、游戏音效及电子贺卡音乐
请同学们思考： 影响数字音频质量的因素有哪些？
(2). 影响数字音频质量的技术参数
数字音频的质量取决于 采样频率、 量化位数和 声道数
2). 量化位数（量化精度—Y轴度量单位） 描述每个采样点样值（电压值）的二进制位数。
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
常用的量化位数为8位、12位、16位。 0.1和0.11哪个更准确？
3). 声道数 每次对一个通道声波进行采样和量化为
单声道；每次对两个通道声波进行采样和量 化为称为双声道（立体声），它更能满足人 们的听觉需求。
时间
由于计算机只能处理二进制数字信息， 以二进制数字来记录电压的幅度（声波）， 即转换为数字音频，才能被存储和处理
-------声音的数字化
电压
0.3
0.2
011
0.1
010Biblioteka 00001-0.1
时间
000
-0.2
111
-0.3
110
111
声音的数字化
过程如下图所示：
模拟信号
采样、量化、编码
数字信号
复制PPT文件，自学并完成以下内容： 1、声音的数字化原理 2、声音数字化后其质量取决于哪些因素？ 3、声音数字化所占用的存储空间 4、声音的压缩和常见声音文件的格式：
声音的数字化原理
声音是大自然的恩赐，它使整个世界充满生机 声音是由物体振动产生的，是一种波。
声波通过话筒转变为时间上连续的电压波，
176KB*240
约41.3MB
(3). 数字音频文件的存储量（字节B）
采样频率×时间(S) ×量化位数/8×声道数
--------------------- -----------（换算为B）
总点数
每个点占用空间
ftp://192.168.0.5
复制PPT文件，P19自学并完成以下内容：
4、声音的压缩和常见声音文件的格式：
电压波与引起电压波的声波的变化规律是一致的 因此可以利用电压波来模拟声音信号，这种电压 波被称为----模拟音频信号(如磁带、录像带上的 声音信号)
播放时音响设备将电压波传至扬声器，扬声
器的振动产生声音，从而将模拟音频电信号还原
为声音。
电压 0.3 0.2 0.1 00 -0.1 -0.2 -0.3
MIDI软件有多种类型，有MIDI播放软件、演奏软件和 创作软件。
通常，大多数的媒体播放器都可以播放MIDI音乐，如 WINDOWS95\98的媒体播放器（Windows Media Player）
除了媒体播放器以外，MIDI演奏软件和创作软件都可以 作为MIDI的播放器使用，
随着声道数的增加，所占用的存储容量 也成倍增加。
小结：声音数字化质量
影响声音数字化质量的三个因素
采样频率
量化位数
声道数
每秒钟采样的次数 每个采样点用多少二进制位表示 声音通道的个数
采样频率越高 声音质量越好 数据量也越大
11.025kHz 22.05kHz 44.1kHz
量化位数越多 音质越好 数据量也越大
数字音频的文件格式
1.WAV文件—图象：bmp 波形文件是由采样数据组成，其还原音质较好，
但文件数据量很大。 2.MP3文件
MP3(MPEG Audio layer 3)是一种按MPEG标准的 声音压缩技术制作的音频文件。
特点：①优美音质 ②高压缩比(1:12)
3.WMA文件
WMA文件是Windows Media格式中的一个 子集，而Windows Media格式是由Microsoft Windows Media技术使用的格式，包括音频、视 频或脚本数据文件。
(1). 采样和量化
数字化音频的过程如下图所示。
电压
0.3
0.2
0.1
00
-0.1
时间
-0.2
-0.3
(a) 模拟音频信号
电压 0.3 0.2 0.1 00 -0.1 -0.2 -0.3
时间
(b) 音频信号的采样
011
010
001
000
111 110
时间
111
(c) 采样信号的量化（度量单位）
（2）编码(刻度) 量化编码示意
8位 16位
立体声比单声道 的表现力丰富， 但数据量翻倍 单声道 立体声
一
如何计算数字音频文件的存储量？
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： 44100×1×16／8×2=176400(字节) 约176KB
实践：
1、如果CD音质的采样频率为44.1KHZ，量化位数为16bit, 那么4分钟CD双声道立体声音乐的数据长度是多少？
采 样电压
采样电压
同一段声音进行采样时，间隔的时间越 短，采样的次数越多，采样越密集，这样获 得的音频就越接近原始声音的真实面貌。 采样的密集程度，可用每秒种采样的次数
----采样频率
单位：HZ (1/秒)
1000HZ=1000次/秒
1). 采样频率：指一秒钟时间内采样的次数。
常用采样频率有三种： 11.025KHz(语音效果)-11025次/秒 22.05KHz(音乐效果) --22050次/秒 44.1KHz(高保真效果如CD唱盘)--44100次/秒
优势：在保证只有MP3文件一半大小的前提 下保持相同的音质，也可以在线听
4。RA文件
在线音乐欣赏（ra,rm,rmx）
根据网络带宽改变声音的质量
５.MIDI文件--乐器数字接口（数字音乐的国际标 准）
Musical Instrument Digital Interface
MIDI文件不是一段录好的声音，而是记录演奏 乐器的各种信息或指令，如用哪一种乐器，什 么时候按某个键，力度怎么样等等，至于播放 时发出的声音，那是通过播放软件或者音源的 转换而成的。
播放MIDI文件就是按照记录合成音乐
46-竖琴
合成音色 2（温暖）
46-竖琴
合成音色 2（温暖）
优势：数据量很小、修改方便(与WAV相比) 1分钟MIDI文件 5～10KB 10M
不足：缺乏重现真实的自然音或语音
MIDI音乐可很好地达到原始乐器的品质，并能模 拟各种声音（包括非自然界声音）。
因此，MIDI 主要用于原始乐器作品、流行歌曲 表演、游戏音效及电子贺卡音乐