多媒体信息处理技术

(2)基于声学参数的压缩:通过对音频的参数，如共振峰、线 性预测系数、滤波器组等的分析，对音频信号进行压缩编码。
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任务1 音频处理技术
(3)基于人类听觉特性的压缩:利用人类听觉系统的特点和人 类听觉心理特点以及掩蔽效应等讲行压缩编码，可以得到很 高的压缩效率。
3. 1. 3音乐设备数字接口技术
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3. 1. 2音频数据的压缩与编码
1.音频信号的冗余度 1)频域冗余度 (1)非均匀长时功率谱密度。在较长的时间间隔内对音频信
号进行平均统计，可以得到音频信号的功率源自文库密度函数。通 过对该函数的分析，可以发现音频信号的功率谱是非常不平 坦的，就是说音频信号在给定的频段上呈现出非常的不均匀 性。这说明音频信号存在着固有的冗余度。
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(2)有损压缩:音频信号的压缩不仅仅根据可完全恢复的冗余 度进行，还可以基于各种声学参数、相关性等进行压缩。
2)根据压缩编码的理论和方法的不同时，语音压缩编码进行 分类
(1)基于统计特性的压缩:通过对音频信号进行抽样统计分析， 得出音频幅度的分布规律和相邻样本所具有的相关性，从而 找出压缩算法。
2. MIDI音乐的合成方式 1)调频合成方式 2)波表合成方式
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3.MIDI消息与MIDI文件 MIDI传送的信息不是声音波形本身，而是电子乐器操作指
令和控制代码。 MIDI文件是由一系列MIDI指令组成的。一个MIDI指令通
常由3个字节组成，其中第一个字节是指令状态字节，状态 字节后面紧跟着两个数据字节。状态字节的最高有效级被设 置为“1”，低4位是通道信息，一共可以表示16个通道;其 余3位表示消息的类型。MIDI的消息类型如图3 -5所示。
1. MIDI技术简介 人们在说到多媒体音频技术时总会提起MIDI(Musical
Instrument Digital Interface,音乐设备数字接口)音 频技术。这里所说的音乐设备一般指的是带有键盘的电子乐 器。MIDI是由音乐家制定的播放录制电子音乐的国际标准。 MIDI为各种电子乐器与各种计算机的连接建立了一个共同 的软件和硬件标准。
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4.人类听觉的频率响应 人耳对不同频率的声音所感觉到的强弱是不同的。人类对声
音的频率有一个响应的范围，即人听觉频率响应不是平直的。 此外，当声压级不同时人的频率响应也不同，如图3-3所示。 5.几种声音的频率范围与带宽 1)声音的频率范围 频率范围是衡量声音质量的重要指标。现在，常将声音质量 分为四个等级，见表3-2。 2)带宽 带宽是无线电技术、通信工程和计算机网络技术中的术语， 是指频率的覆盖范围。带宽表示一条通信线路(包括有线和无 线)可以传输的载波频率范围。
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MIDI标准的建立和推广给电子乐器的应用和计算机多媒体 技术的进一步发展创造了条件。MIDI接口和计算机音频卜 的声音合成能力为音乐创作、存储、传输和播放都带来了极 大的好处和方便。
MIDI并不仅仅是一个简单的接口标准，应该说它代表着计 算机电子音乐子系统的构成。以MIDI为接口标准的计算机 电子音乐子系统的配置示意如图3 -4所示。
2)时域冗余度 (1)样本间相关 (2)幅度的非均匀分布。 (3)静止系数。
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(4)周期之间的相关性。 (5)基音之间的相关性。 2.音频信号压缩编码的分类 通过上述对音频信号冗余度的分析，可以知道对于音频信号
来说，有很多对音频信号进行压缩编码的切入点。因此音频 信号压缩编码就可分为很多不同的类型。 1)根据压缩编码对语音信号的质量是否有损失对语音压缩编 码进行分类 (1)无损压缩:音频信号的压缩仅仅根据可完全恢复的冗余度 进行。
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2.人对声音强弱的感觉—声压级 人对声音强弱的感觉，就是人们平时说的声音的大小。人对
声音强弱的感觉与外界声音的强弱成正相关的关系，但是人 对声音的感觉与声音的强度并不是成正比的，它们之间的关 系是非线性的。通过实验发现，人对声音的感觉与对声音的 强度值取对数后基本呈线性关系，所以通常将声强值取对数 来表示声音的强弱。这种表示声音强弱的数值，称为声压级 或声强级，单位是分贝，用dB表示。
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(2)语音信号特有的短时功率谱密度。人类语音信号在短时 功率谱上有着非常强烈的不均匀性。在某些频率上出现峰值， 在另外一些频率上则出现低谷。出现峰值的频率称为共振峰 频率。在给定的频段上会出现几个这样的共振峰频率。这些 共振峰频率决定了不同的语音特征。由于共振峰频率的峰值 随着频率的升高递减，所以前两个共振峰频率谱决定了语音 特征。这说明，可以对语音信号的高频部分进行适当地压缩。
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3.人对声音频率的感觉—音高和音阶 人们对声音频率的感觉，就是人们平时说的声音粗和细。人
对声音频率的感觉在声学上称为音调的高低，在音乐中称为 音高。声音的频率越高，人感觉到的声音就越细，即音调越 高;反之，则越粗，即音调越低。 图3 -2是在一个倍频程(8度音)的频率范围内按频率的对数 刻度分成12个等分而得到的音阶，称之为12平均律。
模块3 多媒体信息处理技术
任务1 任务2 任务3 任务4
音频处理技术 图形/图像处理技术 数字视频处理技术 多媒体动画处理基础
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3.1.1声音的基本概念
1.声音的本质 声音的本质是机械振动或气流扰动引起周围弹性物质发生波
动。声音可以沿着弹性物质向外传播，因此在物理学上，声 音又被称为声波或弹性波。引起声波的物体称为声源。声波 所及的空间范围称为声场。 声音是一种常见的物理现象。既然声音是一种波，那么它就 具有一般波动现象所具有的特性。 简单的机械振动是简谐振 动，在数学上可以用一个正弦函数来描述。对于单一频率的 声音来说也是一个简谐振动，将其称为简谐声。简谐声的图 像如图3-1所示。