第二章 多媒体音频技术

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多媒体 音频技术
2.1 数字音频基础
三、音频的文件格式 1.WAV WAV文件 1.WAV文件 WAV是Microsoft/IBM共同开发的PC波形 共同开发的PC WAV是Microsoft/IBM共同开发的PC波形 文件。因未经压缩,文件数据量很大。 文件。因未经压缩,文件数据量很大。 特点:声音层次丰富, 特点:声音层次丰富,还原音质好 2.MP3文件 2.MP3文件 MP3 layer3)是一种按 是一种按MPEG MP3(MPEG Audio layer3)是一种按MPEG 标准的音频压缩技术制作的音频文件。 标准的音频压缩技术制作的音频文件。 特点:高压缩比(11:1) (11:1), 特点:高压缩比(11:1),优美音质
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多媒体 音频技术
2.2 数字音频压缩标准
音频信号压缩编码的分类: 音频信号压缩编码的分类: 无损压缩(熵编码) ①无损压缩(熵编码) 霍夫曼编码、算术编码、 霍夫曼编码、算术编码、行程编码 ②有损压缩 波形编码--PCM、DPCM、 --PCM 波形编码--PCM、DPCM、ADPCM 子带编码、 子带编码、矢量量化 混合编码--MPLPC、 --MPLPC 混合编码--MPLPC、CELP 参数编码---LPC 参数编码--LPC
2.3 声卡与音箱
声卡(声音卡、音频卡) 一、声卡(声音卡、音频卡) 1.声卡的主要功能 1.声卡的主要功能 声卡是负责录音、 声卡是负责录音、播音和声音合成的一 种多媒体板卡。其功能包括: 种多媒体板卡。其功能包括:
①录制、编辑和回放数字音频文件 录制、 ②控制和混合各声源的音量 ③记录和回放时进行压缩和解压缩 语音合成技术(朗读文本) ④语音合成技术(朗读文本) 具有MIDI接口(乐器数字接口) MIDI接口 ⑤具有MIDI接口(乐器数字接口)
3.声卡的性能指标 3.声卡的性能指标 ⑴采样和量化能力 衡量音响器材音质好坏。 衡量音响器材音质好坏。 采样频率:11.025kHz (语音效果 语音效果) 采样频率:11.025kHz (语音效果) (音乐效果 音乐效果) 22.05 kHz (音乐效果) (高保真效果 高保真效果) 44.1 kHz (高保真效果) 量化等级: /256级 语音质量) 量化等级: 8位/256级 (语音质量) 16位/65536级 高保真质量) 16位/65536级(高保真质量)
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多媒体 音频技术
2.1 数字音频基础
二、声音的数字化 1.声音信号的类型 1.声音信号的类型 模拟信号(自然界、物理) 模拟信号(自然界、物理) 数字信号(计算机) 数字信号(计算机) 2.声音数字化过程 2.声音数字化过程
模拟信号
采样
量化
A/D ADC D/A DAC
编码
数字信号
模拟信号
数字信号
f(Hz)
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多媒体 音频技术
2.1 数字音频基础
声音的传播携带了信息, 声音的传播携带了信息,它是人类传播 信息的一种主要媒体。 信息的一种主要媒体。 声音的三种类型: 声音的三种类型: 波形声音: 波形声音:包含了所有声音形式 语音:不仅是波形声音, 语音:不仅是波形声音,而且还有丰富 的语言内涵(抽象→提取特征→意义理解) 的语言内涵(抽象→提取特征→意义理解) 音乐:与语音相比,形式更规范。 音乐:与语音相比,形式更规范。 音乐是符号化的声音。 音乐是符号化的声音。
声音按频率分类: 声音按频率分类:
次声波
20Hz
可听声波
20kHz
超声波 f(Hz)
语音信号频率范围:300Hz语音信号频率范围:300Hz-3kHz Hz 声音质量的频率范围: 声音质量的频率范围:
CD-DA
频带
10 20 50 200
FM广播 广播 AM广播 广播 电话 3.4k 7k 15k 20k
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多媒体 音频技术
2.3 声卡与音箱
2.音箱的分类 2.音箱的分类 功放:有源音箱、 功放:有源音箱、无源音箱 声道:2.0→双声道立体声 声道:2.0→双声道立体声 2.1→双声道 双声道+ 2.1→双声道+超重低音声道 4.1/5.1/7.1 5.1→五声道+超重低音声道 5.1→五声道+ 五声道
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2.3 声卡与音箱
杜比环绕 立体声技术
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多媒体 音频技术
2.4 音频处理软件
专业音乐软件
1.01.0Cakewalk 1.0-9.0→Sonar 1.0-4.x 音乐编曲软件 Cubase VSI 5.x→Cubase SX 2.1 音序器) (音序器) Audio(PC版 Apple版 合成器软件 Logic Audio(PC版、Apple版) (MIDI/音频 合成器一体化) 音频/ (MIDI/音频/合成器一体化) CoolEdit (Syntrillium) 录音、混音、 录音、混音、 Audition (Adobe) 音频编辑软件 GoldWare (GoldWare Inc.) 效果器软件 效果器插件 Bundle(20以上 以上) Waves Native Gold Bundle(20以上) TC Native Bundle(4) Ultrafunk Sonltus fx(7)
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2.3 声卡与音箱
4.声卡的外部接口 4.声卡的外部接口
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多媒体 音频技术
2.3 声卡与音箱
用来连接外部音频设备以便进行录音, 用来连接外部音频设备以便进行录音,如 录音机、CD唱机和音响等 录音机、CD唱机和音响等 用来连接话筒, 用来连接话筒,直接输入现场的声音信号 用来连接外部音频设备的输入口, 用来连接外部音频设备的输入口,也可连 接大功率有源音响等 用来连接扬声器, 用来连接扬声器,从声卡的内置功率放大 器向扬声器输出声音 用来连接游戏杆或MIDI设备。 MIDI设备 用来连接游戏杆或MIDI设备。 用来连接CD-ROM驱动器,可以直接播放CD 用来连接CD-ROM驱动器,可以直接播放CD CD 驱动器 音乐,而不占用CPU CPU时间 音乐,而不占用CPU时间
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2.3 声卡与音箱
3.音箱的性能指标 3.音箱的性能指标 输出功率:额定功能、最大峰值功率。 输出功率:额定功能、最大峰值功率。 频率范围: 频率范围:指音箱最低有效回放频率和 最高有效回放频率之间的范围。 最高有效回放频率之间的范围。 信噪比: 信噪比:指音箱回放的有效信号与噪声 信号的比值。信噪比较低时,噪声严重。 信号的比值。信噪比较低时,噪声严重。 信噪比=70-80dB→普通音箱 信噪比=70-80dB→普通音箱 信噪比=80-90dB→高档音箱 信噪比=80-90dB→高档音箱 信噪比> 信噪比>95dB →专业音箱
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多媒体 音频技术
2.3 声卡与音箱
2.声卡的组成原理 2.声卡的组成原理
声波
A/D
数据处理
D/A
喇叭
话筒输入 线性输入
混音器 A/D和 A/D和D/A
扬声器输出 线性输出
MIDI接口 MIDI接口
数字音频处理芯片
音乐合成器
CD接口 CD接口
总线接口芯片
计算机总线
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2.3 声卡与音箱
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2.2 数字音频压缩标准
标准 说明 采样8kHz,量化8bit,码率64kbps G.711 采样8kHz,量化8bit,码率64kbps 64 采用ADPCM编码,码率32 ADPCM编码 32kbps G.721 采用ADPCM编码,码率32kbps 采用ADPCM有损压缩,码率24 ADPCM有损压缩 24kbps G.723 采用ADPCM有损压缩,码率24kbps 采用LD CELP压缩技术 码率16 LD压缩技术, 16kbps G.728 采用LD-CELP压缩技术,码率16kbps 采样16kHz,量化14bit, 16kHz 14bit 采样16kHz,量化14bit,码率 G.722 224(64)kbps 224(64)kbps 采样44.1kHz,量化16bit, 44.1kHz 16bit 采样44.1kHz,量化16bit,码率 MPEG 705kbps (MPEG三个压缩层次 384三个压缩层次, 705kbps (MPEG三个压缩层次,384音频 64kbps) 64kbps)
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2.2 数字音频压缩标准
编码器 传输/ 传输/存储 解码器
输出音频信号
一、音频压缩方法概述
输入音频信号
压缩编码技术是指用某种方法使 数字化信息的编码率降低的技术 音频信号能压缩的基本依据: 音频信号能压缩的基本依据: 声音信号中存在大量的冗余度; ①声音信号中存在大量的冗余度; ②人的听觉具有强音能抑制同时存在的 弱音现象。 弱音现象。
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多媒体 音频技术
2.1 数字音频基础
3.WMA文件 3.WMA文件 WMA Audio)是 WMA(Windows Media Audio)是Windows Media格式中的一个子集 音频格式) 格式中的一个子集( Media格式中的一个子集(音频格式)。 特点:压缩到MP3 MP3一半 特点:压缩到MP3一半 4.MIDI MIDI文件 4.MIDI文件 MIDI(乐器数字接口 乐器数字接口) MIDI(乐器数字接口)是由一组声音或乐 器符号的集合。 器符号的集合。 特点:数据量很小, 特点:数据量很小,缺乏重现自然音
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线性输入接口 Line In 话筒输入接口 Mic In 线性输出接口 Line Out 扬声器输入接 口/Spk Out 游戏杆 MIDI接口 MIDI接口 CD音频连接器 CD音频连接器
多媒体 音频技术
2.3 声卡与音箱
二、音箱 1.音箱的工作原理 1.音箱的工作原理 音箱是一种电声转换的发音设备。 音箱是一种电声转换的发音设备。 发音过程:声卡输出模拟信号→ 发音过程:声卡输出模拟信号→功率放 大器→电流经音箱中金属线圈产生磁场→ 大器→电流经音箱中金属线圈产生磁场→与 永久磁铁相互作用产生吸 引和排斥→带动线圈和簿 引和排斥→ 膜振动→声波。 膜振动→声波。
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多媒体 音频技术
2.1 数字音频基础
3.声音数字化过程 3.声音数字化过程
连续的模拟声音信号 声音信号的采样
示意
离散的音频信号
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多媒体 音频技术
2.1 数字音频基础
4.声音数字化三要素 4.声音数字化三要素
采样频率 每秒钟抽取声 波幅度样本的 次数 采样频率越高 声音质量越好 数据量也越大 11.025kHz 11.025kHz 22.05 kHz 44.1 kHz 量化位数 每个采样点用 多少二进制位 表示数据范围 量化位数越多 音质越好 数据量也越大 8位=256 16位 16位=65536 声道数 使用声音通道的 个数 立体声比单声道 的表现力丰富, 的表现力丰富, 但数据量翻倍 单声道 立体声
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2.1 数字音频基础
一、声音的基本概念 声音是通过一定介质传播的连续的波。 声音是通过一定介质传播的连续的波。 声波 A 周期
振幅
t
重要 振幅:音量的大小 振幅: 指标 周期:重复出现的时间间隔 周期: 频率: 频率:指信号每秒钟变化的次数
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多媒体 音频技术
2.1 数字音频基础
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二、音频压缩技术标准
分类 电话语 音质量 调幅广 播质量 高保真 立体声
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2.2 数字音频压缩标准
三、音频压缩工具 MP3压缩工具 音频编辑软件CoolEdit 压缩工具: MP3压缩工具:音频编辑软件CoolEdit 豪杰超级解霸3000 豪杰超级解霸3000
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多媒体 音频技术
2.1 数字音频基础
5.声音数字化的数据量 5.声音数字化的数据量 音频数据量=采样频率× 音频数据量=采样频率×量化位数 声道数/8 字节/ /8( ×声道数/8(字节/秒)
采样频率 (kHz) 11.025 22.05 44.1 量化位数 (bit) 8 16 8 16 8 16 数据量( 数据量(KB/s) 单声道 10.77 21.53 21.53 43.07 43.07 86.13 立体声 21.53 43.07 43.07 86.13 86.13 172.27
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多媒体 音频技术
2.3 声卡与音箱
⑵芯片类型 CODEC芯片 依赖CPU 价格便宜) 芯片( CPU, CODEC芯片(依赖CPU,价格便宜) 数字信号处理器DSP(不依赖CPU) DSP(不依赖 数字信号处理器DSP(不依赖CPU) ⑶总线类型 ISA总线 PCI总线 USB接口 总线、 总线、 ISA总线、PCI总线、USB接口 ⑷输出声道数 声道(立体声) 2.1/4.1/5.1声道 2声道(立体声)、2.1/4.1/5.1声道 多通道声卡(营造杜比环绕立体声) 多通道声卡(营造杜比环绕立体声)
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