数字音频技术基础

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音频的基础知识
• 声音信号的基本特点
声音的种类（9种）：
• 纯音: 轻敲音叉所发出的一种单一频率的正弦波声音
• 复合音: 包含两个以上纯音的声音
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音频的基础知识
• 声音信号的基本特点
• 基本音: 周期性的复合音与周期相同的声音或非周期性的复合
音中最低频率的声音
• 谐波: 又称倍音，具有周期性的复合音中，除基本音以外，与
• 数字音频可分为波形声音、语音和音乐。
3).声音数字化过程图示
连续的模拟声音信号 声音信号的采样
图1
图2
顺序
图3
离散的音频信号
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音频的基础知识
•音频信号的数字处理
（1）采样：以恒定的频率在时间轴上对模拟信号离散 的进行采样 直观、形象 模拟信号精度低，表示的范围小，且容易受到干扰
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音频的基础知识
杂波不会积累
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音频的基础知识
音频信号的A/D和D/A变换：
• A/D变换 模拟信号变换成数字信号
• D/A变换 数字信号转换为模拟信号
2).声音数字化过程
模拟信号
采样
量化
A/D ADC D/A DAC
编码
数字信号
模拟信号
声音是如何数字化的呢？
数字信号
图1-10 模拟信号的数字处理过程
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音频的基础知识
频率范围
电话* AM
200～3 400 Hz 50～7 000Hz
FM
CD
22.050
44.1
16
16
立体声
立体声
88.2
176.4
20～15 000Hz
20～20 000 Hz
DAT
48
16
立体声
192.0
20～20 000 Hz
5பைடு நூலகம்
音频的基础知识
• 声音信号的基本特点
A
周期 振幅
声波
t
声音：一般由空气的振动传到人的耳朵形成，即是靠空 气的疏密波动传播的。
量化级差越小，就越能对信号进行精确的还原、转换
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音频的基础知识
•音频信号的数字处理 （4）动态范围：指噪声电平（最小信号电平）和最
大不失真信号电平之间的范围
音频信号在动态范围内可得到不失真的正常传 输
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
动态范围 = 6×N+1.8 (dB) 。 N-量化位数 16位量化时动态范围可达98dB
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音频的基础知识
• 声音的数字化
4).声音数字化三要素
采样频率
采样频率越高 声音质量越好 数据量也越大 11.025kHz 22.05 kHz 44.1 kHz
单的编码方式是二进制编码。就是用n比特二进制码来
表示已经量化了的采样值，每个二进制数对应一个量化 值，然后把它们排列，得到由二值脉冲组成的数字信息 流。
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音频的基础知识
•音频信号的数字处理
（3）量化噪音：在量化时忽略的信号实际值与量化值之间存
在偏差，是由量化编码的位数决定，它也决定了量化的精度
16位量化（2的16次 方=65536级宽度 ） 一般可以达到消除量 化噪声的要求
图1-1 声波传播状态的信号波形
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音频的基础知识
• 声音按频率分类：
0～120 dB 次声波
20Hz
可听声波
20kHz
超声波
f(Hz)
人类说话声音频率范围：300Hz-3kHz 声音质量的频率范围：
CD-DA
CD光盘、DAT数字录音带 Frequency modulation调频
频带
10 20 50 200
波形声音实际上已经包含了所有的声音形式，它可 以把任何声音都进行采样量化，并恰当地恢复出来。
1).声音信号的类型

模拟信号(自然界、物理)
数字信号(计算机)
图1-6 模拟信号的数字处理过程示意
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音频的基础知识
二、音频信号的数字处理
模拟音频信号的特点：
• 模拟信号具有直观、形象的特点 • 是在时间轴上连续的信号，可以用它的某些参数去模 拟其数值的大小
声音的三要素：
•声调（Pitch音调） •响度（Loundness）
•音色（Timbre）
表示声音性质的基本因素
•声强是以正常听觉的人所能听到的最小声压（0.00002Pa） 为基准，此时的声强作为0dB，0dBSPL=2×10-5Pa
•这是1kHz的最小可听值
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音频的基础知识
二、音频信号的数字处理
•音频信号的数字处理
（2）量化
采样只是在时间上实现了离散化。其音频脉冲信号的 幅度仍然是模拟的，因此，还必须对幅度进行离散化处 理，这个过程称为量化。
量化的过程如下：
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音频的基础知识
•音频信号的数字处理
（3）编码
编码：采样和量化之后的音频信号还必需转换为数字 编码脉冲才是数字信号，这一转换过程称为编码。最简
FM广播 AM广播 电话
Amplitude modulation调幅
telephone
3.4k 7k 15k 20k
f(Hz)
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音频的基础知识
• 声音质量和数据率：
这4个等级中，使用的采样频率、样本精度、通道数和数据 率如下表示：
质量
采样频率 (kHz) 8 11.025 样本精度 (bit/s) 8 8 单道声/ 立体声 单道声 单道声 数据率(kB/s) (未压缩) 8 11.0
• 模拟信号精度低，表示的范围小，且容易受到干扰
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音频的基础知识
二、音频信号的数字处理
数字信号的特点
• 代表信息的物理量以一系列数据组的形式来表示，它在时间 轴上是不连续的。
• 数字信号只有两种状态，即 0 或 1 ，这样单个信号本身的
可靠性大为改善，而多个信号的组合数又几乎不受限制。 • 数字信号具有较强的抗干扰能力，数字信号的波形简单，物 理上容易实现，便于存储、延迟和变换。 • 数字信号受干扰易修复，并且经过处理、变换或传输后干扰
数字音频技术基础
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音频的基础知识
音频的基础知识
一、 声音信号的基本特点 二、 音频信号的数字处理 三、 音频文件的常见格式 四、 数字音频的压缩标准
五、 数字音频接口技术
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音频的基础知识
一、声音信号的基本概念、特点
声音是通过一定介质传播的一种连续波--正弦波
A
周期 振幅
声波
t
重要 指标
振幅：音量的大小 周期：重复出现的时间间隔（s） 频率：指信号每秒钟变化的次数(Hz)
基本音成整数倍的声音 • 单音: 一个基本音与其整数倍的谐波组成的声音
• 谐和音: 在单音的混合声中，其倍频音相等的声音
• 噪音: 无规律（非周期性）的声音 • 白噪音: 在宽广的频率范围内能量分布均匀的声音 • 黑噪音: 在对信号的处理时，以某些声音为对象时，该声 音以外的声音
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音频的基础知识
• 声音信号的基本特点