音频信息的获取与处理 (2)

(1) 人与计算机通信(接收音频信号) 音频获取；语音识别与理解。 (2) 计算机与人通信(输出音频) 音频合成； 声音定位；音频/视频同步。 (3) 人—计算机—别人通信
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2-10 音频卡的主要功能（教材P28）
音频的录制与播放、编辑与合成、MIDI接口、 文语转换、CD-ROM接口及游戏接口等。
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2-3 量化：
在数字音频技术中，把采样得到的表 示声音强弱的模拟电压用数字表示。模拟 电压的幅值仍然是连续的，而用数字表示 音频幅度时，只能把无穷多个电压幅度用 有限个数字表示，即把某一幅度范围内的 电压用一个数字表示，这称之为量化。
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2-4．奈奎斯特采样定理 1927年，奈奎斯特确定了如果对某一带宽的
有限时间连续信号（模拟信号）进行抽样，且在 抽样率达到一定数值时，根据这些抽样值可以在 接收端准确地恢复原信号。为不使原波形产生 “半波损失”，采样率至少应为信号最高频率的 两倍，这就是著名的奈奎斯特采样定理。奈奎斯 特1928年发表了《电报传输理论的一定论题》。
常用的音频采样率有： 8kHz、11.025kHz 、 22.05kHz、16kHz、37.8kHz、44.1kHz、48kHz。
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均匀量化：就是将输入数据的振幅进行等值均分， 优点是计算处理简单，缺点是量化误差大；
非均匀量化：就是将输入数据的振幅，按照其变化 曲线的曲率大小进行不等值划分。优点是量化误差 大，缺点是计算处理复杂，需要较多的比特数。
自适应量化：就是按照输入数据的变化曲线的局部 区域的特点，自适应地修改和调整量化器的箱宽。 优点是量化误差小，缺点是计算处理复杂。
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2-1 数字音频：
在计算机内，所有的信息均以数字表 示。各种命令是不同的数字，各种幅度的 物理量也是不同的数字。音频信号也用一 系列数字表示，称之为数字音频。数字音 频的特点是保真度好，动态范围大。
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2-2 采样：
模拟声音在时间上是连续的，而数字 音频是一个数字序列，在时间上只能是断 续的。因此当把模拟声音变成数字声音时， 需要每隔一个时间间隔在模拟声音波形上 取一个幅度值，称之为采样，采样的时间 间隔称为采样周期。
第二章 音频信息的获取与处理
音频（Audio）指人说话的声音频率。
（音频是个专业术语,人类能够听到的所有声音都称之为音频 ）
定义：20HZ～20KHZ的音频范围 分类：波形声音、语音、音乐 声音三要素：音调、音强、音色
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考核目的：
考核学生对数字音频获取与处理的基本 原理、采样量化的基本原理、音频卡的 组成及工作原理、音频编码标准以及音 乐合成原理的理解和掌握。
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2-6 WAV文件储存容量计算（教材24）
WAV文件的字节数/每秒=采样频率（Hz）× 量化位数（位） ×声道数/8
S 采( H 样 ) 量 z频 ( 位 化 ) 声 率 位 时 道 ( s ) 数 间 数 ( M ) 8 1 0 12 04 24
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112-8 音频信号处理的特点（教材P26）
(1) 音频信号是时间依赖的连续媒体。 (2) 理想的合成声音应是立体声。 (3) 对语音信号的处理，要抽取语意等其 它信息，如可能会涉及到语言学、社会学、 声学等。
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2-9 从人与计算机交互的角度来看音频信 号相应的处理如下:
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2-11 音频卡的分类
音频卡的分类主要根据数据采样量化的位 数来分，通常分为8位、16位和32位等几类。 位数越高，量化精度越高，音质就越好。
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2-12 音频卡的工作原理（教材P33-55）
音频卡的组成平面图(图2.2)
音频卡的工作原理框图(图2.5)
（1）声音的合成与处理：这部分是音 频卡的核心，一般由数字声音处理器、FM音 乐合成器及MIDI控制器组成。
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考核的知识点：
什么是数字音频、数字音频采样和量化 的基本原理、音频卡的工作原理、音频 编码标准和音乐合成的原理。
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考核要求：
掌握：数字音频信息的获取与处理的原 理过程、音频卡的工作原理。
理解：数字音频采样量化的原理过程、 音乐合成的原理。
了解：数字音频编码的标准。
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（3）计算机总线接口和控制器：总线接口 和控制器是由数据总线双向驱动器、总 线接口控制逻辑、总线中断逻辑及DMA （直接存储器存取）控制逻辑组成。
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2-13音频卡硬件的安装步骤:
（1）将电脑电源关闭，拔下供电电源和所有外接线 插头；
（2）打开机箱外壳，选择一个空闲的16位扩展槽并
将声卡插入扩展槽，声卡一般应尽可能远离显示卡， 以防两者互相干扰；
（3）连接来自CD-ROM驱动器的音频线及声卡的输入/ 输出线和游戏棒等；
（4）如果需要，将CD-ROM驱动器的接口电缆插在卡
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2-5 数字音频的文件格式
.WAV Microsoft公司的波形音频文件格式。 .MID MIDI文件格式。 .VOC Creative公司的波形音频文件格式。 .SND NeXT计算机的波形音频文件格式。 .AIF Apple计算机的波形音频文件格式。 .RMI Microsoft公司的MIDI文件格式。它可 以包括图片、标记和文本。
它的主要任务是完成声波信号的 模/数、 数/模转换，利用调频技术控制声音的音调、 音色、和幅度。
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（2）混合信号处理器及功率放大器：内置 数字/模拟混音器，混音器的声源可以是 MIDI信号、CD音频、线输入、话筒和PC 的扬声器等，可以选择输入一个声源或 将几个不同的声源进行混合录音。
由于MIDI文件记录的是一系列的计算 指令而不是数据化后的波形数据，因此占 用的存储空间比WAV文件要小很多。所以预 装MIDI文件比装入WAV文件要容易很多。这 为设计多媒体应用系统和指何时播放音乐 带来很大的灵活性。但是MIDI文件的录制 比较复杂，这要学习一些使用MIDI创作并 改编作品的专业知识，并且还必须有专门 工具，如键盘合成器等。