音频的数字化与语音编码
移动通信第四版第7章语音编码技术
第7章 语音编码技术
以汉语发音为例来对语音波形图加以说明：
– 从波形图上可以区分以下几类发音： – 无声段和幅度较小的随机噪声段：特点是波形
幅度明显小于发音段，波形无规则 – 爆破音：特点是时长很短，仅有一两个脉冲，
幅度大于无声段，一般处于辅音前； – 辅音：b,d,g,p,t,k,s,sh,x,h,f,z,zh,j,c,ch,q,m,n,l,r 等，
? 数字语音信号处理中，通常采取短时分析技术。
带限
时变
准平稳
准周期
第7章 语音编码技术
补充：什么是和弦 ？
? 手机的和弦数目等于midi格式中的音轨数，但是手机的每个 音轨都是单音音轨，这是与我们在电脑上常常听的midi的最 大的区别，也是和弦数目对铃声效果影响的由来。
? 和弦是按照一定的音程关系结合起来的三个或三个以上同时 或先后发音，叫做“和弦”。传统和声以三度叠作为和弦构 成的原则。通常是同时发音。当你在钢琴上同时按1，3，5 时所发的音，是一个以1为根音的大三和弦。和弦的好处是 声音丰满动听，富有表现力。大三和弦听起来十分响亮，而 小三和弦则委婉动听。
第7章 语音编码技术
? 语音编码属于信源编码 , 是指利用话音信号及人 的听觉特性上的冗余性 , 在将冗余性进行压缩 (信 息压缩 )的同时 , 将模拟话音信号转变为数字信号 的过程。语音编码是从模拟系统到数字系统至关 重要的一步。语音编码的目的是在保证一定的算 法复杂度和通信时延的前提下 , 占用尽可能少的 信道容量, 传输尽可能高质量的话音信号。
波形编辑方式；参数编辑方式；按规则合成方式。
第7章 语音编码技术
语音编码分类
波形编码
根据编码器的实现机理，分成三大类
参量编码
5g通信的语音编码标准
5g通信的语音编码标准在5G通信系统中，语音编码技术是实现高效、可靠和低延迟语音传输的关键。
以下是关于5G通信的语音编码标准的主要内容：1. 音频编解码器标准在5G通信中，音频编解码器（Audio Coder）标准是实现语音信号的压缩和编码的核心技术。
目前，3GPP组织正在制定新一代的音频编解码器标准，称为3 (Low Complexity Communication Efficient Coding)。
该标准旨在提供低复杂度、高通信效率的音频编码方案，以适应5G通信的高速率、大带宽和低延迟的需求。
2. 语音传输协议标准5G通信系统需要提供低延迟、高可靠性的语音传输协议。
为了实现这一目标，一些新兴的语音传输协议正在被开发和应用。
其中最具代表性的两种技术是VoNR (Voice over New Radio)和VoLTE (Voice over LTE)。
这两种技术都旨在提供高效的语音传输方案，同时保证低延迟和高可靠性。
VoNR是一种基于5G NR（新无线电）技术的语音传输协议。
它利用5G的高速率和低延迟特性，实现在移动通信网络中传输语音和视频信号。
VoNR可以提供比传统VoLTE技术更高的频谱效率和更低的传输延迟，从而提供更好的语音通话体验。
VoLTE是一种基于LTE技术的语音传输协议。
它利用LTE的高速率和低延迟特性，实现在移动通信网络中传输语音信号。
VoLTE可以提供与VoNR相似的语音质量和低延迟性能，但需要在LTE网络中进行优化和部署。
3. 语音质量评估和测量标准为了确保5G通信中的语音质量，需要制定相应的语音质量评估和测量标准。
这些标准应该能够评估各种语音编码器和传输协议的性能，以确保它们能够提供高质量的语音传输。
例如，主观音质评估（Subjective音质Evaluation）和客观音质评估（Objective音质Evaluation）是两种常用的语音质量评估方法。
主观音质评估是通过人的听觉感受来评估音质的好坏，客观音质评估则是通过测量信号的客观指标如失真度、噪声水平等来评估音质。
03 数字声音及MPEG声音
2.3 语音编码
音频子带的树型结构划分 正交镜象滤波器(quandrature mirror filter，QMF)
2.3 语音编码
SB-ADPCM(子带-自适应差分脉冲编码调制) （G.722标准）
用正交镜象滤波器(QMF)把频带分割成两个等带宽 的子带，分别是高频子带和低频子带。在每个子 带中的信号都用ADPCM进行编码 对高子带分配2位表示每个样本值，而低子带分配 6位。因为64 kb/s的G.722标准主要还是针对宽带 话音，其次才是音乐
1.
2.
PCM在通信中的应用 频分多路复用（frequency-division multiplexing，FDM ） 时分多路复用(time-division multiplexing， TDM)
1.
24路制的重要参数如下：
每秒钟传送8000帧，每帧125 m s。 12帧组成1复帧(用于同步)。 每帧由24个时间片(信道)和1 位同步位组成。 每个信道每次传送8位代码， 1帧有24 × 8 ＋1＝193位 (位)。 数据传输率R＝8000×193＝ 1544 kb/s。 每一个话路的数据传输率＝ 8000×8=64 kb/s。
2.3 语音编码
2.3 语音编码
子带编码的好处：
对每个子带信号分别进行自适应控制，量化 阶(quantization step)的大小可以按照每个 子带的能量电平加以调节。具有较高能量电 平的子带用大的量化阶去量化，以减少总的 量化噪声 可根据每个子带信号在感觉上的重要性，对 每个子带分配不同的位数，用来表示每个样 本值。
00H 04H 08H
字节 数 4 4 4
数据 类型 char Long int char
《第4课 声音编码》教学设计教学反思
《声音编码》教学设计方案（第一课时）一、教学目标1. 知识与技能：了解声音的基本观点，理解声音的数字化过程，掌握声音的编码方式。
2. 过程与方法：通过实际操作，掌握如何将声音文件进行编码处理。
3. 情感态度与价值观：培养学生对信息技术学科的兴趣，增强学生对于声音数字化技术的认识。
二、教学重难点1. 教学重点：掌握声音的编码方式，理解声音的数字化过程，能够进行简单的声音编码操作。
2. 教学难点：如何将生活中的声音进行编码处理，如何理解声音的数字化原理。
三、教学准备1. 硬件设备：计算机、耳机、麦克风、声卡等。
2. 软件环境：安装有录音软件、音频编辑软件、多媒体播放器等。
3. 素材：准备一些生活中的声音文件（如鸟叫声、水流声等），以及一些音乐和语音文件。
4. 教室互动工具：用于学生参与教室讨论和提问。
四、教学过程：（一）导入新课1. 同砚们，你们喜欢听故事吗？那老师就给大家讲一个有趣的故事吧！（播放故事音频）2. 听完故事，大家有什么想说的吗？3. 对，故事中的人物和情节我们听得清清楚楚，但是，如果故事需要我们拿着放大器去听，那会怎么样呢？这就是我们今天要学习的内容——声音编码。
（二）探究新知1. 认识声音文件（1）播放一段杂音较多的声音文件，请学生尝试修复。
（2）学生讨论、交流。
（3）教师介绍声音文件的基本知识，包括：声音文件需要数字化、压缩编码、存储格式等。
2. 学习声音编码（1）教师介绍声音编码的基本观点和作用。
（2）通过实例讲解不同编码方式的特点和适用途景。
（3）介绍常见的声音编码格式及其特点。
（三）实践操作1. 小组合作，尝试应用不同的声音编码格式保存音频文件。
2. 将保存好的音频文件发给教师或上传到班级学习平台，由教师评判、反馈。
3. 根据教师的反馈，小组内讨论、交流，总结经验教训。
（四）教室小结1. 教师总结声音编码的基本知识和实践操作要点。
2. 鼓励学生在平时生活中多尝试应用声音编码技术，提高自己的信息素养。
声音信号的数字化
精品பைடு நூலகம்档
(2). 影响(yǐngxiǎng)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(zhìliàng)取决于采样频率、 量化位数和声道数三个因素。 1). 采样(cǎi 频率 yànɡ)
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数字信号
• 在时间和幅度上都是离散的信号(xìnhào) 称为数字信号(xìnhào)。
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2．数字音频
• 声波是随时间而连续变化的物理量，通 过 能量转换装置，可用随声波变化而改变 的电压或电流信号来模拟。以模拟电压 的幅度来表示(biǎoshì)声音的强弱。 为使计算机能处理音频，必须对声音信 号数字化。
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da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
声音 信号的数字 (shēngyīn) 化
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1、模拟信号
• 在时间和幅度上都是连续(liánxù)的信号称 为模拟信号。
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点样值的二进制位数。例如，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，而16位量化位数表示每个采样值可以用216即
65536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。
3). 声道数
声音通道的个数称为声道数，是指一次采 样所记录产生的声音波形个数。记录声音时，如
sip 语音编码标准
sip 语音编码标准
SIP（Session Initiation Protocol）是一种用于建立、修改和终止多媒体会话的协议，它不直接处理语音编码。
SIP通过使用各种媒体传输协议（如RTP）来传输音频、视频等媒体流，而这些协议支持多种语音编码标准。
在音频传输方面，常见的语音编码标准包括：
1. PCM（Pulse Code Modulation）：这是最基本的数字音频编码格式，
也称为线性PCM。
它以原始的模拟音频信号采样，每个样本以8位或16
位表示，采样率可以从32kHz到96kHz。
2. ：这是ITU-T制定的一种简单的音频压缩标准，用于电话通信。
它包括
两种压缩算法：μ-law和A-law，可以将一个样点的8位PCM信号压缩到
4位或5位。
3. ：这是一种更高效的语音压缩标准，主要用于VoIP和无线通信。
它可以将语音信号压缩到8kbit/s左右，同时保持良好的语音质量。
4. AMR（Adaptive Multi-Rate）：这是一种用于移动通信的语音压缩标准，可以根据不同的信道条件自适应地选择不同的编码速率。
5. EVRC（Enhanced Variable Rate Codec）：这是一种用于CDMA网络的语音压缩标准，可以在/s到/s的范围内自适应地选择编码速率。
这些语音编码标准都可以在SIP协议中使用，具体使用哪种标准取决于实际的应用场景和网络条件。
音频基本知识
音频基本知识第一部分 模拟声音-数字声音原理第二部分 音频压缩编码第三部分 和弦铃声格式第四部分 单声道、立体声和环绕声第五部分 3D环绕声技术第六部分数字音频格式和数字音频接口第一部分 模拟声音-数字声音原理一、模拟声音数字化原理声音是通过空气传播的一种连续的波，叫声波。
声音的强弱体现在声波压力的大小上，音调的高低体现在声音的频率上。
声音用电表示时，声音信号在时间和幅度上都是连续的模拟信号。
图1 模拟声音数字化的过程声音进入计算机的第一步就是数字化，数字化实际上就是采样和量化。
连续时间的离散化通过采样来实现。
声音数字化需要回答两个问题：①每秒钟需要采集多少个声音样本，也就是采样频率(f s)是多少，②每个声音样本的位数(bit)应该是多少，也就是量化位数。
¾采样频率奈奎斯特理论（采样定理）指出，采样频率不应低于声音信号最高频率的两倍，这样才能把以数字表达的声音还原成原来的声音。
采样的过程就是抽取某点的频率值，很显然，在一秒中内抽取的点越多，获取得频率信息更丰富，为了复原波形，一次振动中，必须有2个点的采样，人耳能够感觉到的最高频率为20kHz，因此要满足人耳的听觉要求，则需要至少每秒进行40k次采样，用40kHz表达，这个40kHz就是采样率。
我们常见的CD，采样率为44.1kHz。
电话话音的信号频率约为3.4 kHz，采样频率就选为8 kHz。
常见的音频录制时的采样率和量化位数：镭射碟 声音录制格式 从数字音频接口输入输出DVD杜比数字 杜比数字位信号线性PCM 线性PCM(48kHz采样/16bit或48KHz采样/24bit等)CD 线性PCM 线性PCM(44.1kHz采样/16bit)VCD MPEG 线性PCM(44.1kHz采样/16bit)表1 常见音频录制及传输格式¾量化精度光有频率信息是不够的，我们还必须纪录声音的幅度。
量化位数越高，能表示的幅度的等级数越多。
数字通信中的语音编码技术
数字通信中的语音编码技术数字通信技术是当前社会中应用最为广泛的一种通信方式，我们平时使用的手机、电脑、电视等都是基于数字通信技术实现的。
而在数字通信领域中，语音编码技术是其中非常重要的一个领域。
本文将会对数字通信中的语音编码技术进行详细介绍，包括其概念、应用和实现原理等方面。
一、语音编码技术概述语音编码是一种将人类语音转换成数字信号的技术。
正常人类语音每秒钟会有约25帧的语音信号，每帧包含了很多信息。
如果在数字通信系统中直接把语音信号传输，将会占用很大的带宽，造成通信的负担。
因此，对于数字通信系统来说，我们需要对语音信号进行压缩和编码处理，以便于在数据传输过程中占用更少的带宽，从而提高通信效率。
语音编码技术主要有两个阶段，即语音信号的采样和量化和语音信号的压缩编码。
采样和量化是指将语音信号转化为数字信号，并对数字信号的每一个样本进行一定的量化。
而压缩编码则是将量化后的语音信号进行编码，使其占用更少的位数，从而实现带宽压缩并提高通信效率。
语音编码技术的主要应用领域是手机通信和VOIP（网络电话），手机通信是我们日常生活中必不可少的通信方式之一。
由于手机的通信信道有限，因此需要对语音信号进行压缩编码以节省通信资源，从而实现高清晰度的通话。
而VOIP则是在互联网上进行语音通话的技术，也需要使用语音编码技术实现高质量的通话。
二、语音编码技术的实现原理语音编码技术的实现原理涉及到数字信号处理、信息论和信号处理等多个方面。
具体来说，语音编码技术的实现主要包括以下几个步骤：1、语音信号的采样和量化。
语音信号的采样和量化将模拟语音信号转换为数字信号。
在这一步骤中，对于语音信号的每一个样本进行一定的量化，将其表示为二进制数，以实现数字化信号的传输、处理和存储。
2、语音信号的预处理。
为了提高语音信号的编码效果，需要对语音信号进行预处理。
主要有高通滤波、分帧、时域抖动平滑等处理方式。
预处理的目的主要是消除语音信号中不必要的信息，以减少编码后的数据量。
数字信号处理技术在音频处理中的应用
数字信号处理技术在音频处理中的应用随着数字化的普及，人们对音频处理的需求也越来越高。
在这种背景下，数字信号处理技术的应用日趋广泛。
数字信号处理技术是利用计算机对数字信号进行处理的一种技术。
它可以对各种形式的数字信号进行采样、数字化、压缩、编码、滤波、分析、处理等操作，从而实现对音频信号的处理和改变。
本文将从以下几个方面详细探讨数字信号处理技术在音频处理中的应用。
一、数字信号处理在音频采样中的应用音频采样是指将声音信号转化为数字信号的过程。
数字信号处理技术可以对采样的音频信号进行精密处理，从而满足不同领域的需求。
比如，在工业领域，数字信号处理技术可以对工厂中的各种声音进行采集，从而实现对机器设备的状态监测。
而在娱乐领域，则可以利用数字信号处理技术对音乐进行数字化处理，实现对音频的高品质处理。
二、数字信号处理在音频滤波中的应用音频滤波是指将原始信号中的某些频率成分滤除或加强的过程。
数字信号处理技术可以对音频进行数字化滤波处理。
利用数字滤波器的滤波算法，可以通过对频域的分析和处理，实现滤波效果的优化。
比如，在语音识别领域，数字信号处理技术可以对语音信号进行数字化滤波，从而提升识别率。
三、数字信号处理在音频编解码技术中的应用音频编解码技术可以将音频信号进行数字化压缩或解压缩。
数字信号处理技术通过对音频信号进行数据压缩，可以实现对音频数据传输的效率和容量的提升。
比如，在传输音频数据时，数字信号处理技术可以利用压缩算法对数据进行压缩，从而节省传输带宽和存储空间。
四、数字信号处理在音频特效中的应用音频特效是指对音频信号进行特殊处理，使其产生不同的音效。
数字信号处理技术可以实现各种音效的数字化处理。
通过对音频进行数字信号处理，可以实现音效的精细调节和处理，从而达到更好的音效效果。
比如，在音乐制作领域，数字信号处理技术可以对音乐进行数字化处理，实现包括增益、音调、失真、滤波等各种音效效果。
综上所述，数字信号处理技术的应用范围非常广泛，在音频处理中有着不可替代的重要作用。
语音信号数字化
语音信号数字化语音信号是模拟信号，其频率为300 Hz～3.4 kHz。
原始语音信号如图2-1所示。
要将语音信号在数字传输系统中进行传递，就必须使模拟的语音信号数字化。
语音信号数字化是进行数字化交换和传输的基础。
语音信号数字化的方法有很多，用得最多的是PCM。
PCM是将模拟信号数字化的取样技术，它可将模拟语音信号变换为数字信号的编码方式，特别是对于音频信号。
在PCM传输系统中，发送端的模拟语音信号经声/电转换成模拟电信号，根据采样定理（采样过程所应遵循的规律，又称抽样定理、取样定理）对模拟电信号进行取样，取样之后进行幅度量化，最后进行二进制编码。
经过抽样、量化和编码3个模数变换（A/D）过程，模拟电信号变成一连串二进制PCM数字语音信号，进入传输线路进行传输，传输至接收端后，PCM数字语音信号经过模数反变换（D/A）还原为模拟信号，再由低通滤波器恢复出原始的模拟语音信号，就完成了语音信号的数字化传输，如下图所示。
PCM过程的各阶段语音信号波形如下图所示。
1.抽样抽样又称采样，是指在时间轴上等距离地在各取样点取出原始模拟信号的幅度值。
1928年，美国电信工程师H.奈奎斯特（H.Nyquist）提出了采样定理。
采样定理说明了采样频率与信号频谱之间的关系，是连续信号离散化的基本依据。
采样定理为采样频率建立了一个足够的条件，该采样频率允许离散采样序列从有限带宽的连续时间信号中捕获所有信息。
（1）奈奎斯特采样定理。
在进行模/数转换过程中，当采样频率fs大于或等于信号中最高频率fmax的2倍时，采样之后的数字信号会完整保留原始信号的全部信息。
一般实际应用中保证fs为fmax的2.56～4倍。
（2）语音信号抽样。
由采样定理可知，当满足奈奎斯特采样定理条件时，在接收端只需经过一个低通滤波器就能够还原成原模拟信号。
这一过程称为脉冲振幅调制(pulse amplitude modulation，PAM)。
取样后的信号称为脉冲振幅调制信号。
音频压缩编码
音频压缩编码音频压缩编码1、什么是语音编码技术？其发展与现状是怎样的？答: 语音信号的数字化传输,一直是通信的发展方向之一。
采用低速率语音编码技术进行语音传输比语音信号模拟传输有诸多优点，现代通信的发展趋势决定了语音编码技术的两大突出优势：∙大大节省了带宽。
从最初的PCM64k编码到现在标准语音压缩协议，如G.723编码速率为5.3K或6.3Kbps；G.729编码速率为8Kbps。
还有未形成协议标准但更低的编码速率已有成熟的算法可以实现，如AMBE、CELP、RELP、VSELP、MELP、MP-MLQ、LPC-10等多种语音压缩算法,最低编码速率达到2.4kbps，有些算法已在包括第三代移动通信系统(3G)的多个领域得到应用。
∙便于实现与IP融合。
Internet的成功运用使得与IP的融合已成必然的发展趋势。
分组语音即将分组交换的概念与语音传输相结合，使得语音信息更易于接入IP网。
而分组语音的关键技术之一就是语音编码技术，低速率的语音编码技术对语音信息的实时性有更好的保证。
采用分组语音传输的网络，其传输的语音信息本身就是分组数据包,这样的语音信息在接入Internet时将是非常的方便。
语音编码既可用软件也可用硬件的方法实现。
软件实现就是将压缩算法用软件方法实现，这样做的好处是成本低、修改方便灵活，但处理速度较慢，不易保证处理的实时性。
采用硬件实现就是将语音压缩算法固化到专用DSP芯片中，这样处理速度快，便于实时处理。
2、1.1.2 什么是G.711编码？答: G.711建议一种典型的采用PCM波形编码的压缩编解码方法，可以获得较高的语音质量，但数据压缩率低。
G.711建议描述了PCM的μ律（A律）压缩，如下图所示：采样率为8kHz，12bit线性A/D变换为数字信号，再经过对数PCM后压缩为8bit，一路音频为64kbit/s。
音频压缩技术1、音频信号的指标有哪些？答: 1）频带宽度：音频信号的频带越宽，所包含的音频信号分量越丰富，音质越好。
音频的数字化与语音编码课件.ppt
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
语音识别技术中的音频编码优化
语音识别技术中的音频编码优化一、语音识别技术概述语音识别技术是一种将人类语音转换为计算机可理解的文本信息的技术。
随着的快速发展，语音识别技术已经广泛应用于智能助手、自动客服、智能家居等领域。
本文将探讨语音识别技术中音频编码的优化问题，分析其重要性、挑战以及实现途径。
1.1 语音识别技术的核心特性语音识别技术的核心特性主要包括以下几个方面：- 高识别率：通过先进的算法，实现对语音的高准确度识别。
- 实时性：能够快速响应语音输入，实现实时的语音到文本的转换。
- 多语言支持：支持多种语言的识别，满足不同用户的需求。
- 环境适应性：能够在不同环境下保持稳定的识别效果。
1.2 语音识别技术的应用场景语音识别技术的应用场景非常广泛，包括但不限于以下几个方面：- 智能助手：为用户提供语音交互服务，如智能手机、智能音箱等。
- 自动客服：在呼叫中心等场景中，通过语音识别技术自动处理客户咨询。
- 智能家居：通过语音控制家中的智能设备，如灯光、空调等。
- 医疗记录：医生可以通过语音识别技术记录病历，提高工作效率。
二、音频编码技术在语音识别中的应用音频编码技术是语音识别系统中的关键组成部分，它直接影响到语音识别的准确性和效率。
音频编码技术的主要任务是将模拟的语音信号转换为数字信号，并进行压缩以减少数据量，同时保持语音质量。
2.1 音频编码技术的重要性音频编码技术在语音识别中的重要性主要体现在以下几个方面：- 数据压缩：通过编码技术减少语音数据的存储和传输需求。
- 语音质量保持：在压缩的同时，保持语音信号的清晰度和可识别性。
- 抗干扰能力：提高语音识别系统在噪声环境下的鲁棒性。
2.2 音频编码技术的关键技术音频编码技术的关键技术包括以下几个方面：- 采样率转换：将不同采样率的语音信号转换为统一的采样率，以适应语音识别系统的要求。
- 量化：将连续的语音信号转换为离散的数字信号。
- 编码算法：采用高效的编码算法，如线性预测编码、变换编码等，以实现数据的压缩。
电子竞赛-数字化语音存储与回放系统
压缩与扩张:实现非均匀量化的方法之一 特点: 对输入模拟信号进行压缩处理后再 均匀量化 。
方案4 基于FPGA控制的数字化语 音存储与回放系统
1、数字化语音存储与回放系统硬件电路
放大器1即音频信号放大电路 音频信号放大电路如图2所示。第一
级放大(-4．7)倍。IRD120实现自动增 益控制，当开关打到1的位置是增益自 动控制，当开关打到2的位置是手动控 制。增益自动、手动控制是利用场效 应管工作在可变电阻区，漏源电阻受 栅源电压控制的特性。第二级放大 (+101)倍。第三级放大倍数可调，最大 (-20)倍，保证ADC0809满量程转换。
通过麦克风接收模拟信号，通过ADC0809转换为数字信号，存储在内存单 元中，再通过开关选通存储通道，把数据存到存储器中去。 (2)放音子程序 读取存储文件上的相应数据，通过DAC0832转换，再用扬声器进行输出。 (3)文件的存放和读取 完成将数据存储和取出的操作。
图6 8253定时/计数器电路
数模转换(DAC)电路 DAC如图6所示。题目要
求变换频率fc=8kHz，字长 =8位，可选择转换时间不 超过125μs的8位D／A转换 芯片，DAC0800的转换时 间为100ns，可选用 DAC0800。存储芯片输出 的数字量经可编程器件图9 送给DAC0800 DAC电路， 将数字量转换为模拟量。
回放时，由程序控制从文件中提取出数字语音数据， 然后送入DAC0832转换成模拟信号，最后送入扬声 器回放出来。其中ADC0809以及DAC0832的采样频 率由8253定时/计数器产生，由程序控制其运行。
方案* 硬件设计
系统的组成大致有以下几部分：模拟信号放大电 路，电平提升电路，A/D转换电路，D/A转换电 路以及8253定时/计数电路。系统硬件电路框图 如图1所示。
音频解码 原理
音频解码原理
音频解码是将数字化的音频数据还原为原始音频信号的过程。
在数字音频中，音频信号被采样并转换为一系列数字样本，这些样本经过编码和压缩后存储或传输。
为了让人类能够听到音频，这些数字样本需要解码还原为模拟声音信号。
音频解码的过程通常由解码器完成。
解码器根据特定的音频编码格式，如MP3、AAC或WAV等，读取和解析音频文件中
的编码数据。
解码器使用编码算法的逆过程将编码数据转换为原始音频样本。
它解析压缩音频中的各种元数据和参数，如采样率、声道数、比特率等，并根据这些参数对编码数据进行解压缩和解码。
在解码过程中，解码器使用算法和数学模型对编码数据进行解析、补偿、滤波和还原等处理。
这些处理包括解码码率、差分解码、滤波、量化和逆量化等步骤。
最终，解码器将原始音频样本还原为模拟声音信号，使人们能够听到音频内容。
音频解码对于多媒体应用和通信系统非常重要。
它使我们能够播放和处理各种音频文件和流媒体，如音乐、语音、影片和广播等。
不同的音频解码器支持不同的音频编码格式，并且有着不同的性能和音质表现。
总之，音频解码是将数字音频数据转换为模拟声音信号的过程，利用解码器对编码数据进行解析、处理和还原，使人们能够听到高质量的音频内容。
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四、数字音频的文件格式
6、AIF、AU文件 Apple公司开发的音频文件格式
四、数字音频的文件格式
7、CD-DA 数字音频光盘
44.1khz、16Bit量化位数、双声道
四、数字音频的文件格式
8、MD Mini Disc
Sony推出的便携式音乐格式
MD汽车音响、随身听
五、音频文件的读取
工具：
UltraEdit
量化等级的划分
三、音频的数字化
模拟信号
采样
量化 编码
三、音频的数字化
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 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
88.2
176.4 192.0
50~7000
20~2000 20~2000
四、数字音频的文件格式
1、WAV文件
声音是随着时间连续变化的物理量，并且是
一种能借助介质传播的波。
四、数字音频的文件格式
1、WAV文件
特点：数据量大 音质好 不适合网络传播或播放
文件数据量计算：
字节数/秒=采样频率（HZ） * 量化位数（BIT）* 声道数/8
第五章 音频的数字化与语音编码
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
信号转换示意图
三、音频的数字化（采样）
采样：
将时间上连续的取值变为有限个离散取值的过程
三、音频的数字化（采样）
奈奎斯特采样定理：
设连续信号X(t)的最高频率分量为Fm，以等间隔Ts（Ts
称采样间隔，fs=1/Ts称为采样频率）对X(t)进行采样，得到
Xs(t)。如果Fs>=2Fm，则Xs(t)保留了X(t )的全部信息（从Xs(t)
可以不失真地恢复出X(t)）。
只要采样频率高始信号的波形。
三、音频的数字化（量化）
音频量化：将经采样后幅度上无限多个连续的样值
变为有限个离散值的过程
三、音频的数字化（量化）
量化过程：先将整个幅度划分成为有限个幅度（量化阶距） 的集合，把落入某个阶距内的样值归为一类，并赋予相同的 量化值。
2236752字节数据量
五、音频文件的读取
00h：52 49 46 46
RIFF标志
82 21 22 00
总数据块大小 2236802字节
?
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
3、MIDI文件 数字乐器接口标准 特点：midi文件中存储的是产生声音指令
Debug
其他反汇编软件
五、音频文件的读取
WAVE文件作为多媒体中使用的声波文件格式之一，它 是以RIFF格式为标准的。 RIFF是英文Resource Interchange File Format（资 源互换文件格式 ）的缩写，每个WAVE文件的头四个字 节便是“RIFF”。对应的十六进制是52 49 46 46。 RIFF／WAV文件标识段 WAVE文件 文件头 声音数据格式说明段 数据体
五、音频文件的读取
标志符（RIFF） 数据大小
格式类型（"WAVE"）
WAV文件结构 "fmt" Sizeof(PCMWAVEFORMAT)
文件头
PCMWAVEFORMAT "data"
声音数据大小 声音数据
数据体
五、音频文件的读取
五、音频文件的读取
例：sound.wav 44.1kHz 12.68秒 16位 双声道
数据量小
适用于：需要播放长时间高质量音乐
四、数字音频的文件格式
3、MIDI文件
四、数字音频的文件格式
3、MIDI文件
四、数字音频的文件格式
4、ASF、WMA文件 微软开发的网上流式数字音频文件格式 特点：音质好 数据量小
适合网络流式传输
四、数字音频的文件格式
5、RAM、RA文件 RealNetworks开发的网上流式数字音频文件格式 特点：能随带宽的不同而改变音质，在保证大多 数人听到流畅声音的前提下，带宽宽裕的听众获 得较好的音质 适合低网速的实时传输
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
第一节 音频的数字化
一、声音
声音是通过空气传播的一种连续的波，叫声波。 声音的强弱体现在声波压力的大小上 音调的高低体现在声音的频率上
一、声音——有关概念
复合信号：声音信号由许多频率不同的信号组成 分量信号：单一频率的信号 带宽：描述组成复合信号的频率范围。如： 高保真声音的频率范围为10 Hz~20K Hz，它的带宽 约为20K Hz。
一、声音——三要素
音强(volume) —> 响度，由振幅决定 音调(pitch) 音色 —> 由频率决定
—> 指声音频率组成成分
一、声音——分类
次音频信号<20HZ(人耳听不到) 音频信号20HZ~20kHZ(人能听到)
超音频信号>20kHZ(人听不到,有很强的方向
性,可以形成波束)
三、音频的数字化
声音质量与数据率
质量 电话 AM 采样频率 样本精度 单/立体 kHz (b/s) 声 8 8 单道声 11.025 8 单道声 数据率 (kB/s) 8 11 频率范围 200~3400 20~15000
FM
CD DAT
22.050
44.1 48
16
16 16
立体声
立体声 立体声
二、模拟音频与数字音频
模拟信号
数字信号
二、模拟音频与数字音频
模拟音频：在时间和幅度上都是连续变化的 数字音频：在时间和幅度上都是离散、不连续的
三、音频的数字化
模拟音频
数字音频
采样、量化、编码
三、音频的数字化（采样）
音频采样：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。