第二章音频的数字化
《音频数字化》课件
音频编辑和处理
数字音频工具提供丰富的编辑和处理功能,使音频 效果更加精细和个性化。
音频传输和存储
数字音频的压缩和网络传输技术使得音频内容能够 快速传输和存储。
音乐播放器和流媒体服务
数字音频技术促进了音乐播放器和流媒体服务的发 展,使音乐更普及和便捷。
结语
音频数字化的未来发展充满无限可能,但也面临着一些挑战。只有充分认识和发挥音频数字化的 价值和意义,才能更好地应对挑战。
音频数字化的意义
音频数字化使得音频信号能够以数字形式存储、传输和处理,提高音频质量和便捷性。
常见的音频数字化格式
常见的音频数字化格式包括WAV、MP3、AAC、FLAC等。
音频数字化原理
音频数字化涉及模拟信号与数字信号之间的转换,以及ADC和DAC转换器的工作原理。
模拟信号与数字信号
模拟信号是连续变化的信号,而 数字信号是离散的信号,可以通 过采样和量化将其转换。
1
录制和采集
使用录音设备或计算机软件采集音频信号,并将其转为数字音频。
2
编码和压缩
对数字音频进行编码和压缩,以减少文件大小并提高传输效率。
3
存储和传输
将数字音频保存在存储设备中,或通过网络传输音频格式决定了音频信号的存储和传输方式,常见格式包括WAV、MP3、AAC、FLAC等。
WAV格式
WAV是一种无损音频格式,支持高音质的音频录制和 编辑。
MP3格式
MP3是一种有损压缩音频格式,文件大小较小,适合 在网络上传输和存储。
AAC格式
FLAC格式
数字音频的应用
数字音频在音频录制、编辑和处理、音频传输和存储、音乐播放器和流媒体服务等方面得到广泛应用。
音频录制
第二章 数字音频编辑与处理
定俗成的整个电脑音乐的统称。
● 特点:文件不记载声音本身波形数据,可以理解为一个乐队的“总谱”
:上边记录的是有哪些乐器、每种乐器的音高、节奏、强弱等;通过声卡将
这个乐谱识出来,并用已经存放在声卡或者软件中的音色库把对应的声音播 放出来。 ● 应用:适合应用在对资源占用要求苛刻的场合,比如多媒体光盘、游戏 制作、背景音乐等。主要用于计算机声音的重放和处理。
● 声音的三要素
代表声音的快慢,与频率有关;使
● 音调 — (快慢)
用音频处理软件对声音的频率进行
调整时,其音调也会随之发生变化 (慢) (快) 声音的强度 (响度或音量),与声波振幅成
● 音强 — (强弱)
正比;唱盘、CD 盘等声音载体中的音强
不变,通过播放设备的音量控制可改变聆 (弱) (强) (停) 听时强度;音频处理软件可提高声源音强 声音的特色,主要影响因素是复音;复
主讲:韩立华
信息学院基础教研室
目标
• • • • • • 掌握声音的概念、特点和三个要素; 理解模拟音频转换为数字音频的过程; 掌握常见的音频文件格式及其特点; 了解音量调整、声音录制等基本知识; 掌握音频处理软件CoolEdit的基本用法。 会用CoolEdit制作自己的音频作品。
数字音频编辑处理
数字音频编辑处理
(1)采样
采样是采集声音模拟信号的样本,然 后再转换成数字信号。
数字音频编辑处理
(1)采样
采样是采集声音模拟信号的样本,然后再转 换成数字信号。
采样用两个参数来衡量:
采样频率 采样分辨率
又称:采样位数、 采样精度、量化 位数、量化精度
单位时间内 采样的数量
记录每次采样值大 小的数值的位数
三年级《数字化声音》教案
三年级《数字化声音编辑》优秀教案第一章:声音与数字化教学目标:1. 了解声音的数字化过程。
2. 学习音频文件的基本格式。
3. 掌握音频编辑软件的基本操作。
教学重点:1. 声音的数字化过程。
2. 音频文件的基本格式。
3. 音频编辑软件的基本操作。
教学难点:1. 音频文件的基本格式。
2. 音频编辑软件的基本操作。
教学准备:1. 计算机或平板设备。
2. 音频编辑软件(如Audacity)。
教学过程:1. 导入:向学生介绍声音的数字化过程,引导他们思考声音如何被转化为数字信号。
2. 讲解:讲解音频文件的基本格式,如WAV、MP3等。
3. 演示:使用音频编辑软件进行基本操作,如剪切、复制、粘贴等。
4. 实践:让学生分组使用音频编辑软件进行实践操作,教师巡回指导。
作业布置:1. 学生分组完成一个简单的音频编辑项目,如剪辑一段音频片段。
第二章:音量的调整与效果处理教学目标:1. 学习音量的调整方法。
2. 了解音频效果处理的基本技巧。
教学重点:1. 音量的调整方法。
2. 音频效果处理的基本技巧。
教学难点:1. 音量的调整方法。
2. 音频效果处理的基本技巧。
教学准备:1. 计算机或平板设备。
2. 音频编辑软件(如Audacity)。
教学过程:1. 复习:回顾上一章所学的内容,检查学生的掌握情况。
2. 讲解:讲解如何调整音量,如放大、缩小等。
3. 演示:使用音频编辑软件进行音量调整和效果处理,如混响、淡入淡出等。
4. 实践:让学生分组使用音频编辑软件进行音量调整和效果处理,教师巡回指导。
作业布置:1. 学生分组完成一个音频效果处理项目,如为一段音频添加混响效果。
第三章:剪辑与拼接音频教学目标:1. 学习音频剪辑的方法。
2. 掌握音频拼接的技巧。
教学重点:1. 音频剪辑的方法。
2. 音频拼接的技巧。
教学难点:1. 音频剪辑的方法。
2. 音频拼接的技巧。
教学准备:1. 计算机或平板设备。
2. 音频编辑软件(如Audacity)。
数字音频处理与音乐制作教程
数字音频处理与音乐制作教程第一章:数字音频处理介绍1.1 什么是数字音频处理?1.2 数字音频处理的历史发展1.3 数字音频处理的应用领域第二章:音频采样与数字化2.1 音频采样的原理和过程2.2 常见的音频采样率和比特深度2.3 音频数字化的优势与劣势第三章:数字音频处理软件3.1 数字音频处理软件的功能与分类3.2 常见的数字音频处理软件介绍3.3 数字音频处理软件的操作与应用第四章:音频编辑与修复4.1 音频编辑的基本操作技巧4.2 音频修复的方法与工具4.3 音频编辑与修复的实例演示第五章:音频效果处理5.1 音频效果处理的基本概念5.2 常见的音频效果处理器介绍5.3 音频效果处理的实践应用第六章:音频编码与格式转换6.1 音频编码的原理与常见格式6.2 音频格式转换的方法与工具6.3 音频编码与格式转换的注意事项第七章:音乐制作基础7.1 MIDI音乐制作的原理与应用7.2 MIDI音乐制作软件介绍7.3 制作简单音乐作品的实例演示第八章:音乐编曲与混音8.1 音乐编曲的基本原则与技巧8.2 音乐编曲软件介绍8.3 音乐混音的方法与实践第九章:音乐制作的高级技术9.1 混响与空间效果的应用技巧9.2 音频合成与采样器的使用方法9.3 音频自动化与编曲技巧第十章:音乐制作的后期处理10.1 音频母带处理的原则与技巧10.2 音频母带处理器介绍10.3 音频后期处理的注意事项与实践第十一章:数字音频处理的未来发展11.1 数字音频处理的趋势与展望11.2 新兴技术对音乐制作的影响11.3 数字音频处理的应用前景总结:本文详细介绍了数字音频处理与音乐制作的相关知识,包括音频采样与数字化、数字音频处理软件、音频编辑与修复、音频效果处理、音频编码与格式转换、音乐制作基础、音乐编曲与混音、音乐制作的高级技术、音乐制作的后期处理等方面的内容。
希望读者通过本文的学习,能够了解数字音频处理的基本原理和应用技巧,提升音乐制作的能力和水平。
第二章 视频与音频信号的数字化
信号带宽: 视频信号:6MHz(Y、R、G、B) 色差信号:1.5MHz(R-Y、B-Y压缩)
像素:组成图像的最小基本单元。
像素颗粒越小,单位面积上的像素数越多, 图像就越清晰、越逼真。
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fs≥2fm
3、频谱混叠和限带滤波
当fs<2fm时,上下边带的边界处频谱重叠在 一起,使信号分离不出来而产生干扰失真,叫 混叠干扰。
• 限带:使fm信号的最高频率<1/2·fs。
通常取fs=(2.2~2.7)fm。
二、量化
量化的概念 量化:把在时间上离散化的信号在幅度上
也离散化。
①量化级与量化级差
如果是4:4:4标准:总数码率R=3×13.5×8=324Mb/s。
2.6 ITU-R601标准和中国HDTV标准介绍
一、 ITU-R601标准介绍 演播室数字分量编码(4:2:2)标准—
ITU-R601 主要参数为:P22
参数名称
1.编码信号
2.一行取样点数 亮度信号(Y) 色度信号R-Y、B-Y
R、G、B或Y:74.25MHz
CR、CB :37.125MHz
格式:1920×1080i/50
第一、二章小结
数字电视: HDTV的基本参数: 数字电视的主要优缺点 数字电视系统的基本组成 音频信号的数字化
取样频率:32KHz、44.1KHz、48KHz 量化比特数:n=16bit 数码率: R=fs×n×声道数
多媒体技术及应用数字音频技术02
4. WMA文件
WMA(Windows Media Audio)是 Windows Media格式中的一个子集(音频 格式)。
特点:压缩到MP3一半
多媒体技术及应用数字音频技术02
2-11
2.1 数字音频基础
5. MIDI和RMI文件 MIDI(乐器数字接口)是由一组音乐、乐 谱或乐器符号的数字集合。 特点:播放效果与硬件相关,数据量很小, 音质不高、音色单调等 6.VOC文件 创新公司开发的声音文件格式,由文件头 块和音频数据块组成。
音乐是符号化的声音。
多媒体技术及应用数字音频技术02
2.1 数字音频基础
二、声音的数字化 1.声音信号的类型 模拟信号(自然界、物理) 数字信号(计算机) 2.声音数字化过程
模拟信号
采样
量化
编码
数字信号
模拟信号
A/D ADC D/A DAC
数字信号
多媒体技术及应用数字音频技术02
2.1 数字音频基础
霍夫曼编码、算术编码、行程编码 ②有损压缩
波形编码--PCM、DPCM、ADPCM 子带编码、矢量量化
参数编码--LPC 混合编码--MPLPC、CELP
多媒体技术及应用数字音频技术02
2.2 数字音频压缩标准
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
标准 G.711 G.721 G.723 G.728
多媒体技术及应用数字 音频技术02
2020/11/14
多媒体技术及应用数字音频技术02
第二章 数字音频技术
2.1 数字音频基础 2.2 数字音频压缩标准 2.3 声卡与电声设备 2.4 MIDI与音乐合成 2.5 音频编辑软件 2.6 语音识别技术 本章小结
音频信号的数字化
R-2R梯形网络式D/A转换器
只用到R、2R这样两个阻值
用网络的等效阻值来实现2的倍数的加权
级联积分式D/A转换器
D/A转换器的主要技术指标
• 分辨率
最小输出电压与最大输出电压之比。分辨率越高, 对应最小数字输入的模拟输出信号值越小,越灵敏。
• 线性度
非线性误差为理想的输入-输出特性曲线与实际转换 曲线的偏差,一般取偏差的最大值来表示。
• 噪声整形的工作原理是将噪声分量进行负反馈
噪声整形
噪声整形 上述电路变型后可得:1阶Δ-Σ调制器。
2阶Δ-Σ调制器
1比特A/D、D/A转换器 输出1个量化比特的△-∑调制器称为1比特转换器。
• 转换精度
转换精度以最大的静态转换误差的形式给出。转换 误差应该包括非线性误差、比例系数误差、以及漂移 误差等综合误差。
转换精度与分辨率是不同的。精度是指转换后所 得的实际值对于理想值的逼近程度。分辨率是指能够 对转换结果发生影响的最小输入量。
D/A转换器的主要技术指标
• 建立时间
D/A转换器的输入代码有满度值的变化时,输出模拟 信号电压达到满度值±1/2LSB精度时所需要得时间。 • 温度系数
当采样脉冲宽度为采样周期的1/4时,孔径效应就可以忽 略了。
5.采样频率
目前常用的音频采样频率有48kHz,44.1kHz,32kHz, 96kHz,192kHz……
音频信号的采样频率选取原则 1. 音频信号的最高频率 2. 防混叠低通滤波器的截止特性 3. 以录像机作为记录设备时,便于形成伪视频信号。
结论:数据率的大小取决于采样频率和量化比特。
2.5 过采样△-∑调制A/D、D/A
过采样
使用远大于奈奎斯特采样频率的频率对输入信号进行 采样。
第二章 数字音频处理
为了把采样得到的离散序列信号存入计算机, 必须将采样值量化成有限个幅度值的集合,采样值 用二进制数字表示的过程称为量化编码。
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, 当采样率和量化等级提高一倍,从图中可以看出, 当用D/A转换器重构原来信号时(图中的轮廓线), D/A转换器重构原来信号时 ),信 当用D/A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。 பைடு நூலகம்的失真明显减少,信号质量得到了提高。
2.1.2 声音的三要素
声音的三要素是音调、音色和音强。 声音的三要素是音调、音色和音强。 音调 音调---代表了声音的高低。 1.音调---代表了声音的高低 1.音调---代表了声音的高低。 音调与频率有关,频率越高,音调越高,反之亦 音调与频率有关,频率越高,音调越高, 如果改变某种声源的音调, 然。如果改变某种声源的音调,则声音会发生质 的转变,使人们无法辨别声源本来的面目。 的转变,使人们无法辨别声源本来的面目。
fs ≥2f 或者 Ts ≤T/2 其中f为被采样信号的最高频率 fs 为采样频率
2.2.3 影响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。数字音频的质量取决于采样频率、 量化位数和声道数三个因素。 1) 采样频率 采样频率是指一秒钟时间内采样的次数。 在计算机多媒体音频处理中,采样频率通常采 用三种:11.025KHz(语音效果)、22.05KHz(音 乐效果)、44.1KHz(高保真效果)。常见的CD唱 盘的采样频率即为44.1KHz。
2.1 多媒体计算机的组成与结构 2.2 多媒体音频 2.3 多媒体视频 2.4 多媒体光存储器 2.5 多媒体输入输出设备
第二章数字声音及MIDI-资料
5. 音频数据率
未经压缩的数字音频数据率(bit/s)= 采样频率(Hz)×量化位数 (bit)×声道数
音频数据存储量(Byte)= 数据率(bit/s)×持续时间(s) / 8
存储量=采样频率×量化位数/8×声道数×时间
例:采样率11.025KHz、量化位8位,采集1分钟, 则:音频数据率=11.025(KHz)×8(bit) = 88.2 (Kbit/s) 音频数据量=11.025(KHz)×8(bit) ×60(s)/8= 0.66 (MByte)
振 幅
周期
基线
•基线是测量模拟信号的基准点。 •声波的振幅表示声音信号的强弱程度。 •声波的频率反映出声音的音调,声音细尖 表示频率高,声音粗低表示频率低。
•振幅和频率不变的声音信号,称为单音。 单音一般只能由专用电子设备产生。
•在日常生活中,我们听到的自然界的声音 一般都属于复音,其声音信号由不同的振
幅与频率合成而得到。
模拟声音信号:可分解成一系列正弦波的 线性叠加。
最低频的音波称为基音,频率为基频 其余的为泛音,频率是基频的整数倍。
声音三要素:音高、音色、音强
音高:由基频决定,基频取对数后与人的音高 感觉成线性关系。
音色:有混入基音中的泛音决定。
音强:幅度,听觉与声音信号强度不成线性关 系,因而用20log幅度(分贝)表示
声音的质量与数据率
根据声音的频带,把声音的质量分为5个 等级
质量
采样频率 分辨率 (KHz) (b/s)
单声道/ 数据率 频率范围
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。
第2章 数字音频技术基础
(1)声调(Pitch,音调) (2)响度(Loundness)
① 声压 ② 声强(SPL,Sound Pressure Level)
(3)音色(Timbre)
图2-5 声强与声压的关系
当频率发生变化时,人们听到的音调 会有变化。
例如频率为1 000Hz、声压级为40dB 的声音,变化3Hz就能觉察出来,当频率 超过1 000Hz、声压超过40dB时,人耳能 觉察到的相对频率变化范围(Δf/f)约为 0.003。听觉灵敏度还与年龄有关。
研究结果表明:对于纯音,人耳能分 辨出280个声压层次和1 400个频率层次。
第2章 数字音频技术基础
2.1
声学原理
2.2
声音数字化
2.3
数字音频的主要性能参数
2.4
数字音频文件的常见格式
学习目标
知识目标:了解声学的基本原理,了解 数字音频的主要性能参数,掌握声音数字 化的实现方法,掌握与数字音频相关的基 本概念,熟悉数字音频文件的常见格式, 为学好数字音频设备打好基础。
在测试环境中,听众坐在具有同样构
造的两个扬声器前面,尽管两扬声器的声 音幅度相同,但听者定位右边扬声器的声 音更强,这是因为左边扬声器传输有接近 15ms的时延。
当时延超过50ms时,听众感知到来自 左边和右边扬声器两个不同声音事件。
为弥补这一延时产生的影响,需增加 该延时声道的幅度。
设计立体声设备和指导放声布局及聆 听方法时应充分考虑这一点。
技能目标:正确拆装CD机芯,了解CD唱 机的基本结构,掌握CD电路的工作原理。
典型设备:CD机
图2-1 CD唱机外形结构
八年级上册第二章第二节音频播放和数字录音
第二章第二节音频播放和数字录音学习目标:1、掌握播放各种音频文件的操作方法;2、了解利用计算机进行数字录音的操作过程。
重点难点录音机的使用教学方法讲授法、演示法、任务驱动法、项目训练法教学设备计算机、投影仪、音频光盘、话筒教学过程一、导入新课播放一段优美的音乐,陶冶一下学生的情操,同时引出本节课的主题——音频。
二、音频的播放:1、了解音频处理的计算机标准配置:声卡、音箱和麦克风。
2、教师利用准备好的音频文件让学生了解数字化音频文件的格式、特点、主要应用以及播放工具。
3、音频文件的播放(1)学生按照课本60页范例2.4:用“媒体播放机”播放数字化音频,自学*.wav 文件的播放。
(师巡视指导)(2)指导学生用相似的方法播放MIDI音乐(3)MP3的下载与播放教师示范,从因特网上下载一段MP3音乐,并启动“超级音频解霸”软件打开视听。
(学生可以参照课本61页的范例2.5来完成)(4)用相似的方法播放流媒体格式的RA音频。
4、数字化音频的获取:(1)数字录音:利用Windows自带的“录音机”程序录制自己的声音。
组内学生动手合作,完成课本62页范例2.6:使用Windows附件中的“录音机”软件录制朗诵唐诗“静夜思”的数字化音频文件。
(2)从因特网上获取音频素材(如上例——MP3的下载与播放)(3)从CD上获取音频素材(用专门的工具软件将CD音轨转换成数字化音频素材。
)(学生了解)5、音频文件的编辑(1)删除片段:将时间轴拖至合适位置,通过使用“编辑”菜单中的“删除当前点之前的位置”和“删除当前点之后的位置”命令进行操作。
(2)插入音频:将时间轴拖至需要插入其他声音的位置,通过使用“编辑”菜单中的“插入”命令进行操作。
(3) 声音的混合:打开录音机选择音频文件播放,把滑片拖到最前端,然后点击“编辑”菜单中的“音频文件的混合----”会弹出文件对话框选择合适的音频文件,这时可以试听效果是两种声音的混合。
10-4-2第二讲 音频的数字化
量化(Quantization)
将采样样本的幅度按照量化级别决定其取值的过 程。目的是将采样样本的幅度值离散化。 量化之前需要规定量化级,比如8级,16级等。
量化是一个多对一的映射
编码 用相应位数的二进制代码表示量化后的采样 样本的量级。 如果有N个量化级为,那么对应的二进制位数 就为log2N。当N=16,二进制需要4位。 经过编码之后,每个样本都表示为相应的二 进制代码。
脉冲编码调制(PCM,Pulse Code
Modulation),完成模拟信号的数字化
音频的数字化
与数字音频相关的重要特性:
采样频率
采样频率与声音的质量关系最为紧密。采样频率越高, 声音质量越接近原始声音,所需的存储量便越多。标准的 采样频率有三个:44.1KHz,22.05kHz,和11.025kHz。
音频的数字化
怎样得到数字化声音?
声音采样
11011100 11001101
数字化过程
数字化过程:连续信号离散信号
数字化过程包括三步骤
采样 量化 编码
采样(Sampling)
通过某种频率的采样脉冲将模拟信息的值取出, 变连续的模拟信息为离散信号。
采样定理:采样频率>=原始信号频率的2倍时, 采样信号才可以保真地恢复为原始信号。
音频的数字化
音频的数字化
1.音频的数字化与再现
在计算机中,所有的信息都以数字来表示。声音信号 也是由一系列的数字来表示的,称为数字音频。数字音频 的特点就是保真度好,动态范围大。 数字声音是一个数据序列。它是由外界声音经过采样、 量化和编码后得到的。
音频的数字化
对声音进行采样用奈奎斯特采样定理来决定采样的频 率。根据该定理,只要采样频率高于信号中最高频率的两 倍,就可以从采样中完全恢复原始信号的波形。因为人耳 所能听到的频率范围为20Hz到20KHz,所以实际的采样过程 中,为了达到好的效果,就采用44.1KHz作为高质量声音的 采样频率。如果达不到这么高的频率,声音恢复的效果就 会差一些,例如电话声音的质量等。一般来说,声音恢复 和采样频率、信道带宽都有关。
第4讲—第二章 数字音频处理技术(1)
● 确定合适的采样频率。采样频率 确定合适的采样频率。 插头: 插头 φ3.5mm/stereo 越高,录制质量越好, 越高,录制质量越好,但数据量 就大。 就大。
(2) 单击 [录音 按钮,开始录音 录音]按钮 录音 按钮, (录音时间为 秒) 录音时间为60秒 录音时间为
14
● 录音失败的处理 ●[操作步骤] [操作步骤] (1) 鼠标左键双击任务栏右侧 检查“波形” (2) 检Байду номын сангаас“波形”是否 被选择 — [√] (3) 选择“选项/属性” 选择“选项/属性” 选择“录音” (4) 选择“录音”选项 检查: (5) 检查: 录音控制 线路输入 麦克风应有 [√] 确定] (6) 单击 [确定]按钮
11011100 11001101
把数字化声音转换成模拟量, 把数字化声音转换成模拟量,经过音响单元重放出来 11011100
●设备和软件
声音重放
(1) 声音适配器 (声卡 8bit、16bit、… 128bit ¥80.00~800.00 声卡) 、 声卡 、 ~ (2) 声卡驱动软件以及各种声音处理软件
12
采集CD音轨并转换格式 采集 音轨并转换格式
Windows Media Player界面 界面 Windows自带的媒体播放器将曲目从 CD 复制到计算机中非常简便。 Windows自带的媒体播放器将曲目从 复制到计算机中非常简便。 (1) 插入 音乐盘,随后自动列出 音轨清单 插入CD音乐盘 随后自动列出CD音轨清单 音乐盘, (2) 在CD音轨清单中选择采样的音轨 CD音轨清单中选择采样的音轨 音轨清单中选择采样的
(对应书中第九章) 对应书中第九章)
思考题
数字音频处理技术
音频信号的数字化
-ƒm -ƒs
ƒm ƒs
音频信号的数字化
音频信号的数字化 音频信号的过采样 音频信号的过采样,不是通过频谱的混叠失真来限定ƒ 的带宽, 音频信号的过采样,不是通过频谱的混叠失真来限定 m的带宽, 而是以超过奈奎斯特采样率的频率进行采样( 倍以上 倍以上) 而是以超过奈奎斯特采样率的频率进行采样(2倍以上) 在对信号数字处理之前,设置一个上限频率合适的前置滤波, 在对信号数字处理之前,设置一个上限频率合适的前置滤波, 模拟信号进行限带滤波,滤除频率高于ƒ 的频率分量, 对模拟信号进行限带滤波,滤除频率高于ƒm 的频率分量,使信号的 频率分布在一个频率区间内, 频率分布在一个频率区间内,即 f ∈[ -f m, f m ],ƒm < ƒS/2 , 过采样设置保证模拟滤波后残留的高频信号频谱不影响重要信 过采样设置保证模拟滤波后残留的高频信号频谱不影响重要信 号的频谱,通常选为: 号的频谱,通常选为 ƒS = (2.1~2.5) ƒm
音频信号的数字化
音频信号的数字化 量化作用效果 由于随着比特数的增加 量化步长变小, 随着比特数的增加, 由于随着比特数的增加,量化步长变小,信号的量化比特数将 决定系统的分辨率 量化对模拟音频信号的幅度轴进行数字化所采用的比特数决定 了模拟信号数字化以后的动态范围,量化位越高, 了模拟信号数字化以后的动态范围,量化位越高,信号的动态范围 越大
音频信号的数字化
音频信号的数字化 音频信号是连续非周期信号,应用傅里叶变换( ): 音频信号是连续非周期信号,应用傅里叶变换(FT): 得到的幅频分布形式在所有的频率处都有值, 得到的幅频分布形式在所有的频率处都有值,形成一个连续频 谱 频谱描述了信号所包含的从 0 到ƒm 点对称排列的所有频率分 量,频谱的幅度实际上就是反映了每个频率分量正弦波的幅度
第二章音频信号及其处理
第二章
4.采样精度、采样位数、声道数
音频信号及其处理
采样数据位数(Sampling Data)也称量化精度,是指每个采样点 在A/D转换后所表示的数据范围。常用的采样数据位数有:8bit, 14bit,16bit。位数越少,声音的质量越低,需要的存储空间越少。 采样精度的另一种表示方法是信号噪声比,简称为信噪比 (signal-to-noise ratio,SNR),并用下式计算: SNR= 10 log [(Vsignal)2 / (Vnoise)2]=20 log (Vsignal / Vnoise) 其中,Vsignal表示信号电压,Vnoise表示噪声电压;SNR的单位为分贝 (dB)。 例1:假设Vnoise=1,采样精度为1位表示Vsignal=21,它的信噪比 SNR=6分贝。 例2:假设Vnoise=1,采样精度为16位表示Vsignal=216,它的信噪 比SNR=96分贝。
第二章
2.FM合成
音频信号及其处理
第二章
3.乐音样本合成
音频信号及其处理
第二章
音频信号及其处理
FM合成法:各种不同乐音的产生是通过组合各种波形和各种 波形参数并采用各种不同的方法实现的。用什么样的波形作为 数字载波波形、用什么样的波形作为调制波形、用什么样的波 形参数去组合才能产生所希望的乐音,这就是FM合成器的算法。 使用FM合成法来产生各种逼真的乐音是相当困难的,有些乐 音几乎不能产生,因此很自然地就转向乐音样本合成法。这种 方法就是把真实乐器发出的声音以数字的形式记录下来,播放 时改变播放速度,从而改变音调周期,生成各种音阶的音符。 乐音样本合成器所需要的输入控制参数比较少,可控的数字 音效也不多,大多数采用这种合成方法的声音设备都可以控制 声音包络的ADSR参数,产生的声音质量比FM合成方法产生的声 音质量要高。
音频信息的获取与处理
3. 数字音频音质与数据流量 3.1 音频信号经过数字系统重现后的音质与系统频率响应的范围成正比. 模拟信号 A/D→D/A 模拟信号
“音质”正比于“采样频率”× “量化位数” 3.2 音频数据流量单位(比特率,位数,码率) kb/s(kbps) , 8kbps = 1kBps = 采样频率 × 量化字节数 × 通道数 音频数据流量和数据量的计算 例: 对于调频广播级立体声,采样频率44.1 kHz,量化位数16 位,则音频信号 数字化后的数据量为: 44.1k×16 ×2 =1411.2 kb/s =176.4 kByte/s 采样频率 量化 声道数 数据量 电话: 11 kHz, 8位, 单声道, 88kb/s 收音机: 22kHz, 16位, 双声道, 352kb/s CD: 44.1kHz, 2Byte, 双声道, 1411 kb/s 音频数据总量=音乐时长×数据流量 例: 对于三分钟的乐曲,立体声总量=180s×176kB/s=31.68MB
第二章 音频信息的获取与处理
一.声音概述 二.数字化音频 三.音乐合成与MIDI 四.音频卡 五.数字音频压缩标准
2. 噪声 70dB: 50%的人的睡眠受到影响. 噪声性耳聋: 长期暴露在强噪声中, 听力不能复原, 引起心血管和消化系统疾病; 140dB ~160dB(高强度噪声): 会使鼓膜破裂, 双耳完 全失聪. 超音速飞机的轰声, 爆炸声: 玻璃震碎, 墙皮脱落 160dB以上的特强噪声: 使金属疲劳损坏
4.5 流式音频文件~ WMA扩展名 Microsoft 研制的一种压缩文件或流式文件, 相当于MP3, 压缩率较高和音质较好. 边下载边播放 4.6 流式音频文件~ RA扩展名 Real networks 推出的压缩格式,其压缩比可达到96:1. 4.7 数字音频文件~ PCM扩展名 模拟音频经A/D转换形成的二进制数字序列, 该文件没有文件头和文件结束标志. 音源信息完整, 冗余度过大, 音质好,数据量大. 较高保真水平, 被用于素材保存及音乐欣赏. 4.8 CD-DA音频文件~ CDA扩展名: 激光CD音乐盘格式. 音质好, 数据量大。 4.9 APE音频文件:是一种无损压缩音频技术,与MP3等有损压缩方式不同,在将CDA音 频数据文件压缩成APE格式后,还可将APE格式的文件还原为压缩前的CDA文件。APE 的文件大小约为CDA的一半。APE格式可用于通过网络传输CD质量的音乐. APE常用软件: CuteAPE(切割ape) Windows Media Player 11 千千静听 暴风影音和MPC等等。 5. 数字音频编辑:剪切粘贴, 左右声道剪切粘贴, 淡入淡出, 回声和混响, 模拟厅场。 6. 音频信号处理:声纹识别测谎,音乐合成,立体声模拟,采集,编解码和传输。
《音频数字化》课件
音频接口
将模拟信号转换为数字信 号,连接电脑或其他数字 设备。
音频编辑软件
Adobe Audition
功能强大,支持多轨编辑、效果 处理等。
Audacity
开源免费,适合初学者,支持多轨 录音与编辑。
GarageBand
苹果公司出品,简单易用,适合音 乐制作与编曲。
混音与母带处理软件
FL Studio
模拟信号是连续变化的信号,而数字信号是离散的信号。
音频数字化的基本原理
通过采样、量化和编码三个步骤,将模拟音频信号转换为数字信号 。
音频数字化的历史与发展
早期音频数字化技术
高清晰度音频
脉冲编码调制(PCM)是最早的音频 数字化技术,广泛应用于广播、电视 等领域。
随着技术的发展,无损压缩格式如 FLAC、ALAC等逐渐兴起,提供了更 高质量的音频体数字化》PPT课件
CATALOGUE
目 录
• 音频数字化概述 • 音频数字化的技术原理 • 音频数字化的制作流程 • 音频数字化的设备与软件 • 音频数字化的未来展望
01
CATALOGUE
音频数字化概述
音频数字化的定义
音频数字化定义
将连续的模拟音频信号转换为离散的数字信号的过程。
模拟信号与数字信号的区别
采样频率
常见的采样频率有8kHz、 11.025kHz、22.05kHz、 44.1kHz和48kHz等,不同的采 样频率适用于不同的应用场景。
量化与量化等级
量化
量化是将连续的模拟信号转换为离散 的数字信号的过程,它通过将连续幅 度的样本值一分为二来减少信号的精 度。
量化等级
常见的量化等级有8位、16位、24位 等,量化等级越高,音频质量越好, 但所需的存储空间和计算资源也越多 。
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三、音频的数字化(采样) 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, 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。 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
三、音频的数字化(采样) 音频的数字化(采样)
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 时间上连续的取值变为有限个离散取值的过程
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: 转换中,影响质量及数据量的主要因素: 转换中 •每秒钟需要采集多少个声音样本即采样频率 每秒钟需要采集多少个声音样本即采样频率 每秒钟需要采集多少个声音样本即 •每个声音样本的位数 每个声音样本的位数(bps)应该是多少即量化位数 应该是多少即量化位数 每个声音样本的位数 应该是多少即 例子:每个声音样本用 位表示 例子 每个声音样本用16位表示 测得声音样本值 每个声音样本用 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 的范围里,它的精度就是输入信号的 是在 的范围里 1/65536
四、数字音频的文件格式
3、MIDI文件 、 文件 数字乐器接口标准 特点: 特点:midi文件中存储的是产生声音指令 文件中存储的是产生声音指令 数据量小 适用于: 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 、 文件
四、数字音频的文件格式
3、MIDI文件 、 文件
2236752字节数据量 字节数据量
五、音频文件的读取
00h:52 49 46 46
RIFF标志 标志
82 21 22 00
总数据块大小 2236802字节 2236802字节
57 41 56 45
格式类型 WAVE
66 6D 74 20
fmt标志 标志
10h:12 00 00 00
01 00 02 00
字节数/秒 采样频率 采样频率( ) 量化位数( 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 分钟单声道,采样频率为 分钟单声道 , 位采样位数
四、数字音频的文件格式
2、MP3文件 、 文件 MPEG Audio Layer-3 特点:数据量较小,压缩率10:1—20:1 特点:数据量较小,压缩率 : : 音质较好 是目前最为流行的音频格式文件
六、声音质量的度量
3、客观质量度量:动态范围 、客观质量度量: 声音的动态范围即声音从最弱变到最强的范围。 声音的动态范围即声音从最弱变到最强的范围。 声音的动态范围还与频率有关。 声音的动态范围还与频率有关。动态范围最大的频 率区间是1000-6000HZ,计量单位是分贝(dB)。 ,计量单位是分贝 率区间是 。 动态范围越大,信号强度的相对变化范围越大, 动态范围越大,信号强度的相对变化范围越大, 音响效果越好
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 文件结构 "fmt" Sizeof(PCMWAVEFORMAT) PCMWAVEFORMAT "data" 声音数据大小 声音数据
数据体 文件头
五、音频文件的读取
五、音频文件的读取
例:sound.wav 44.1kHz 12.68秒 秒 16位 位 双声道
只要采样频率高于信号中最高频率的2倍 只要采样频率高于信号中最高频率的 倍,就可 以从采样中完全恢复原始信号的波形。 以从采样中完全恢复原始信号的波形。
三、音频的数字化(量化) 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 音频量化:将经采样后幅度上无限多个连续的样值 幅度 变为有限个离散值的过程
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 模拟音频:在时间和幅度上都是连续变化的 音频 连续 数字音频:在时间和幅度上都是离散、不连续的 数字音频:在时间和幅度上都是离散、不连续的 音频 离散
三、音频的数字化
模拟音频
数字音频
采样、量化、编码 采样、量化、
44 AC 00 00
采样频率 44.1kHz
10 B1 02 00
每秒数据量 176400
音频格式数据块大小 编码格式 双声道 18 waveformatPCM
20h:04 00 10 00
00 00 66 61
63 74 04 00
00 00 54 88
区块对齐单位 量化位数 4 16位 位
30h:08 00 64 61
三、音频的数字化(量化) 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) 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 的集合,把落入某个阶距内的样值归为一类, 量化值。 量化值。
量化等级的划分
三、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 声音 有关概念
复合信号: 复合信号:声音信号由许多频率不同的信号组成 分量信号: 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。 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 高保真声音的频率范围为 Hz~20K Hz,它的带宽 , 约为20K Hz。 约为 。
一、声音——三要素 声音 三要素
音强(volume) —> 响度,由振幅决定 音强 响度, 音调(pitch) 音调 音色 —> 由频率决定 —> 指声音频率组成成分
一、声音——分类 声音 分类
次音频信号<20HZ(人耳听不到 人耳听不到) 次音频信号 人耳听不到 音频信号20HZ~20kHZ(人能听到 人能听到) 音频信号 人能听到 超音频信号>20kHZ(人听不到,有很强的方向 超音频信号>20kHZ(人听不到,有很强的方向 人听不到 可以形成波束) 性,可以形成波束 可以形成波束
六、声音质量的z 50—7KHz 20—15KHz 10—20KHz 电话声音范围 调幅广播声音范围 调频广播声音范围 高保真立体声音范围
六、声音质量的度量
2、客观质量度量:带宽 、客观质量度量: 音频信号的频带越宽, 音频信号的频带越宽,所包含的音频信号分 量越丰富, 量越丰富,音质越好
74 61 50 21
22 00 00 00
00 00 FF FF
data标志 标志
声音裸数据长度 2236752字节 字节
声音数据内容
40h:00 00 FE FF
FE FF 00 00
00 00 FE FF
FE FF 01 00
六、声音质量的度量
1、客观质量度量:信噪比 、客观质量度量: 信噪比SNR(Signal to Noise Ratio)是有用信 信噪比 ( ) 号与噪声之比的简称。 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。 噪音。信噪比越大,声音质量越好。
五、音频文件的读取
工具: 工具:
UltraEdit 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, WAVE文件作为多媒体中使用的声波文件格式之一,它 文件作为多媒体中使用的声波文件格式之一 是以RIFF格式为标准的。 RIFF格式为标准的 是以RIFF格式为标准的。 RIFF是英文Resource Format( RIFF是英文Resource Interchange File Format(资 是英文 的缩写,每个WAVE WAVE文件的头四个字 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 46。 节便是“RIFF”。对应的十六进制是52 49 46 46。 RIFF/WAV文件标识段 RIFF/WAV文件标识段 WAVE文件 WAVE文件 文件头 声音数据格式说明段 数据体
四、数字音频的文件格式
1、WAV文件 、 文件 声音是随着时间连续变化的物理量, 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。 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 、 文件 特点: 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: 文件数据量计算:
四、数字音频的文件格式
4、ASF、WMA文件 、 、 文件 微软开发的网上流式数字音频文件格式 微软开发的网上流式数字音频文件格式 网上流式 特点:音质好 特点: 数据量小 适合网络流式传输 适合网络流式传输
四、数字音频的文件格式
5、RAM、RA文件 、 、 文件 RealNetworks开发的网上流式数字音频文件格式 开发的网上流式数字音频文件格式 开发的网上流式 特点:能随带宽的不同而改变音质,在保证大多 特点:能随带宽的不同而改变音质, 数人听到流畅声音的前提下, 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 适合低网速的实时传输
作业
1、你认为多媒体技术发展的八大技术基础中哪 、 一个是最重要的技术基础?并说明原因。 一个是最重要的技术基础?并说明原因。 2、请简述音频数字化过程。 、请简述音频数字化过程。 3、计算: 、计算: 三分钟的采样频率为22.05kHz,量化位数为 位 ,量化位数为16位 三分钟的采样频率为 的立体声音频数据量为多少? 的立体声音频数据量为多少?