多媒体音频信息处理PowerPointPresent.pptx

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4.1.4 声音的A/D与D/A转换
模拟信号易受电子干扰。随着技术的发展，声 音信号逐渐过渡到数字存储阶段，A/D转换和D/A 转换技术应运而生。这里，A代表“Analog”(类比、 模拟)，D代表“Digital ” (数字、数码)，A/D转换就 是把模拟信号转换成数字信号。 A/D转换芯片如 图4-3，其好处是：声音存储质量得到加强，数字 化的声音信息使计算机能够进行识别和处理。A/D 或D/A转换的波形如图4-4，这也是磁带逐渐被淘 汰，CD唱片趋于流行的原因。
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电声技术把声信号转换成电信号，经扩声系 统进行扩声；或者将其信号利用磁带、CD或其他 存储形式存储，使声音超越时间和空间，通过重 放系统将信号放大，由扬声器或耳机转换成声信
号，进入最后的终端---人耳，以实现任何时间、
任何地点的声音重现。电声转换、音频(Audio)信 号存储、重放、加工处理以及数字化音频信号的 编码、压缩、传输、存取、纠错等技术，是音频 技术的主要对象。
A/D转换关键步骤是声音的采样和量化，得到 的数字音频信号是在时间上不连续的离散信号。
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图4-3 8位可编程A/D转换芯片 图4-4 借助于A/D或D/A转换器，模拟信号和数字信号可以互相转换
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4.1.5 与声音有关的几个术语
音高是声波频率的主观属性，它与声波的频率 有关。声波的振动频率高，我们听到的声音就高， 但它们之间并非线性关系。
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随着计算机技术的发展，特别是海量存储设备 和大容量内存在计算机上的实现，使音频数字化处 理成为可能。数字化处理的核心是对音频信息的采 样，通过对采集的样本进行加工，生成各种效果。
音频信息在多媒体中的应用极为广泛，计算机 配有声卡和音箱后，就能发出各种悦耳声音，尤其 是视频图像配以动听的音乐和语音，使得计算机操 作成为愉快的过程。静态或动态图像配以解说和背 景音乐，可使图像充满生气；立体声音乐可增加空 间感，使人如身临其境；语音电子邮件，听声如见 其人，游戏中的音响效果对于渲染气氛显得更为重 要；此外，在多媒体通信中，可视电话、电视会议 等都离不开数字化音频处理技术。
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用声音录制软件记录的英文单词“Hello”的语音实际波 形如图4-1所示：
图4-1 用声音录制软件记录的英文单词“Hello”的语音实际波
形
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4.1.3 模拟音频信号的物理特征
模拟音频信号有两个重要参数：频率和幅度。 频率体现音调的高低，幅度体现声音的强弱。
一个声源每秒可产生成百上千个波，我们把每 秒波峰所发生的数目称为信号的频率，单位用赫兹 (Hz)或千赫兹(kHz)表示。如一个声波信号在一秒 内有5000个波峰，可将其频率表示为5000Hz或5kHz。 人们说话时语音信号频率范围在300Hz～3000Hz之 间。频率小于20 Hz的信号称为亚音(Subsonic)，范围 为20Hz～20kHz的信号称为音频(Audio)，高于20kHz的 信号称为超音频(Ultrasonic)。
第4章 多媒体音频信息处理
声音是多媒体信息的一个重要组成部分,也是 表达思想和情感的一种必不可少的媒体。无论其应 用目的是什么，声音的合理使用可以使多媒体应用 系统变得更加丰富多彩。在多媒体系统中，音频可 被用作输入或输出。输入可以是自然语言或语音命 令，输出可以是语音或音乐，这些都涉及到音频处 理技术。
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与频率相关的另一个参数是信号的周期。它 指信号在两个峰点或谷底之间的相对时间。周期 和频率互为倒数(如图4-2)。
信号的幅度是从信号的基线到当前波峰的距 离。幅度决定信号音量的强弱程度。幅度越大， 声音越强。音频信号声音的强度用分贝(dB)表示。 分贝的幅度称为音量。
周期 幅度限
基线
图4-2 声音的幅度和周期
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4.1.2 音频信号的形式
日常生活中，音频信号可分为两类：语音信号 和非语音信号。语音是语言的物质载体，它包含 了丰富的语言内涵，是人类进行信息交流的特有 形式。非语音信号主要包括音乐和自然界存在的 其他声音。非语音信号的特点是不具有复杂的语 义和语法信息，信息量低、识别简单。
我们能听到的各种声音，是不同频率的声波 通过空气产生震动刺激人耳的结果。在物理上， 声音可用一条连续曲线表示。这条曲线无论多复 杂，都可分解成一系列正弦波的线性叠加。规则 音频是一种连续变化的模拟信号,可用一条连续的 曲线表示，称为声波。声波是在时间和幅度上都 连续变化的量，我们称之为模拟量。
音色是声波波形的主观属性。不同的发音体所 发出的声波都有自己的特性。声波的类型是多种多 样的，一般可分为纯音和复合音两大类。
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❖4.1 音频信号及其概念
4.1.1 声音处理技术历史回顾
语音、音乐和各种自然声是以声波为载体进行 传输的。人类很早就开始研究声音，并利用已掌握 了的声音的某些规律来制造乐器、进行建筑设计或 传声装置设计，使发出的声音传得更远。可是几千 年来，人类只能凭耳朵来辨别声音的高低、强弱， 不能把声音记录和储存起来。所以与其他研究领域 相比，声学的研究相对滞后。直到19世纪爱迪生发 明了留声机，人们才能用机械的方法把各种声音记 录在唱片上。但机械振动不易传递，也不易放大， 机械方法很不方便。
随着电学、电子学的发展，人们开始尝试记 录真实声音，利用把声的振动转换成电信号的原理， 使声音的记录成为可能。电声技术迅速发展。
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电声技术是研究可听声频率范围内声音的产生、 传播、存储、重放和接收的技术。它依靠“电”来 记录并播放声音，其基本原理是通过电压产生模拟 声波变化的电流信号，并记录下来，灌录成唱片或 磁带，这种电流信号被称为“模拟信号”。传统的 声音记录方式就是将模拟信号直接记录下来，例如 磁带录音和密纹唱片就是将声音拾取处理后以磁记 录或机械刻度的方式记录下来，此时磁带上磁极的 变化或密纹唱片音槽内的纹路起伏变化都是与声音 信号的变化相对应、成正比的。这里，密纹唱片、 盒式磁带等是记录储存这种模拟声音信号的载体， 而能够播放、记录这些信号的处理设备，诸如电唱 机、磁带录音机等，称为模拟音响设备。