音频数字化PPT课件
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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
4
第一节 音频的数字化
5
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
6
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。
7
一、声音——三要素
❖ 音强(volume) —> 响度，由振幅决定
❖ 音调(pitch) —> 由频率决定
20
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。
21
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
? 1分钟单声道，采样频率为11.025kHz，8位采样位数
11
三、音频的数字化
模拟音频
采样、量化、编码
数字音频
12
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。
信号转换示意图
13
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
14
三、音频的数字化（采样）
奈奎斯特采样定理：
15
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
16
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。
量化等级的划分
17
三、音频的数字化
模拟信号 采样 量化 编码
31
五、音频文件的读取
工具：
UltraEdit Debug 其他反汇编软件
32
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。
18
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
19
三、音频的数字化
声音质量与数据率
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)）。
只要采样频率高于信号中最高频率的2倍，就可 以从采样中完全恢复原始信号的波形。
适合低网速的实时传输
28
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
29
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
30
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
WAVE文件 文件头
RIFF／WAV文件标识段 声音数据格式说明段
数据体
33
五、音频文件的读取
WAV文件结构
标志符（RIFF） 数据大小 格式类型（"WAVE"） "fmt" Sizeof(PCMWAVEFORMAT) PCMWAVEFORMAT "data" 声音数据大小 声音数据
文件头
数据体
34
22
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
23
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
数据量小 适用于：需要播放长时间高质量音乐
❖ 音色
—> 指声音频率组成成分
பைடு நூலகம்
8
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)
9
二、模拟音频与数字音频
模拟信号
数字信号
10
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
五、音频文件的读取
35
五、音频文件的读取
例：sound.wav
44.1kHz 12.68秒
第五章 音频的数字化与语音编码
1
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
2
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）
3
学习目标
质量 电话 AM FM CD DAT
采样频率 样本精度 单/立体
kHz
(b/s)
声
8
8
单道声
数据率 (kB/s)
8
11.025 8
单道声 11
22.050 16
立体声 88.2
44.1
16
立体声 176.4
48
16
立体声 192.0
频率范围
200~3400 20~15000 50~7000 20~2000 20~2000
24
四、数字音频的文件格式
3、MIDI文件
25
四、数字音频的文件格式
3、MIDI文件
26
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
27
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
4
第一节 音频的数字化
5
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
6
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。
7
一、声音——三要素
❖ 音强(volume) —> 响度，由振幅决定
❖ 音调(pitch) —> 由频率决定
20
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。
21
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
? 1分钟单声道，采样频率为11.025kHz，8位采样位数
11
三、音频的数字化
模拟音频
采样、量化、编码
数字音频
12
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。
信号转换示意图
13
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
14
三、音频的数字化（采样）
奈奎斯特采样定理：
15
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
16
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。
量化等级的划分
17
三、音频的数字化
模拟信号 采样 量化 编码
31
五、音频文件的读取
工具：
UltraEdit Debug 其他反汇编软件
32
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。
18
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
19
三、音频的数字化
声音质量与数据率
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)）。
只要采样频率高于信号中最高频率的2倍，就可 以从采样中完全恢复原始信号的波形。
适合低网速的实时传输
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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
29
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
30
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
WAVE文件 文件头
RIFF／WAV文件标识段 声音数据格式说明段
数据体
33
五、音频文件的读取
WAV文件结构
标志符（RIFF） 数据大小 格式类型（"WAVE"） "fmt" Sizeof(PCMWAVEFORMAT) PCMWAVEFORMAT "data" 声音数据大小 声音数据
文件头
数据体
34
22
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
23
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
数据量小 适用于：需要播放长时间高质量音乐
❖ 音色
—> 指声音频率组成成分
பைடு நூலகம்
8
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)
9
二、模拟音频与数字音频
模拟信号
数字信号
10
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
五、音频文件的读取
35
五、音频文件的读取
例：sound.wav
44.1kHz 12.68秒
第五章 音频的数字化与语音编码
1
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
2
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）
3
学习目标
质量 电话 AM FM CD DAT
采样频率 样本精度 单/立体
kHz
(b/s)
声
8
8
单道声
数据率 (kB/s)
8
11.025 8
单道声 11
22.050 16
立体声 88.2
44.1
16
立体声 176.4
48
16
立体声 192.0
频率范围
200~3400 20~15000 50~7000 20~2000 20~2000
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四、数字音频的文件格式
3、MIDI文件
25
四、数字音频的文件格式
3、MIDI文件
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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
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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