第2章 音频信息处理 1

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1、第2章音频信息处理2.1数字音频基础2.2音频卡的工作原理2.3音频编码基础和标准2.4音乐合成和MIDI2.5语音识别1多媒体中音频信息的应用模拟音频和数字音频音频的数字化音频信号处理的特点2.1数字音频基础2多媒体中音频信息的应用在多媒体系统中，语音和音乐是不可少的。没有音频的视频是不可接受的。3多媒体中音频信息的应用音频和视频同步，使视频图像更具真实性娓娓动听的音乐和解说，使静态图像变得更加丰富多彩可视电话、电视会议中的声音更为重要4音频是多媒体的重要媒体之一Audio音频Speech语音言语Sound非语音

2、声音浊音清音爆破音乐音杂音5语音是语言的物质外壳（载体）。语言是人类社会特有的一种信息系统，社会交际工具的符号。非语音信号的特点是不具有复杂的语意和语法信息，信息量低、识别简单。6语言是人类通信最直接最自然的方式。从第一台计算机诞生以来，专家们就为之付出了巨大的努力。人们期望以最自然的方式与计算机交互7设计师为计算机安上了“嘴巴”（扬声器），让计算机奏乐、讲话；为计算机装上了“耳朵”（麦克风），让计算机听懂、理解人的讲话。网络专家还期望分布在不同地点的计算机成为“顺风耳”，实现音频实时传播。人们期望以最自然

3、的方式与计算机交互8音频被用来传递消息、意向、情感，是人类最熟悉的传递消息的方式。音频携带的信息量大、精细、准确。9随着多媒体信息处理技术的发展，计算机数据处理能力的增强，音频处理技术受到重视，并得到了广泛的应用。如：10视频图像的配音、配乐可视电话、电视会议中的话音；游戏中的音响效果Internet电话、声音欺骗系统、现代“芝麻开门”系统虚拟现实中的声音模拟电子读物的有声输出等11多媒体中音频信息的应用模拟音频和数字音频音频的数字化音频信号处理的特点2.1数字音频基础12模拟音频和数字音频什么是模拟音频？声音是

4、机械振动。振动越强，声音越大，话筒把机械振动转换成电信号，模拟音频技术中以模拟电压的幅度表示声音强弱。模拟声音在时间上是连续的。13什么是数字音频？在计算机内，所有的信息均以数字表示。各种命令是不同的数字，各种幅度的物理量也是不同的数字。当然，语音信号也是由一系列数字来表示，称之为数字音频。数字音频的特点是保真度好，动态范围大。数字声音在时间上是断续的。14在数字音频技术中，把表示声音强弱的模拟电压用数字表示，如0.5V电压用数字20表示，2V电压用80表示。模拟电压的幅度，即使在某电平范围内，仍然可以有无穷多个如

5、1.21V，1.215V…。15而用数字来表示音频幅度时，只能把无穷多个电压幅度用有限个数字表示。即把某一幅度范围内的电压用一个数字表示，这称之为量化。16计算机内的基本数制是二进制，为此我们也要把声音数据写成计算机的数据格式，这称之为编码，模拟电压幅度、量化、编码的关系举例如下表。1718多媒体中音频信息的应用模拟音频和数字音频音频的数字化音频信号处理的特点2.1数字音频基础19音频的数字化计算机内的音频必须是数字形式的，因此必须把模拟音频信号转换成有限个数字表示的离散序列，即实现音频数字化。在这一处理技术中，涉

6、及到音频的采样、量化和编码。20采样：音频实际上是连续信号，或称连续时间函数x(t)。用计算机处理这些信号时，必须先对连续信号采样，即按一定的时间间隔(T)取值,得到x(nT)(n为整数)。T称采样周期，1/T称为采样频率。称x(nT)为离散信号。21离散信号x(nT)是从连续信号x(t)上取出的一部分值，那么能用x(nT)唯一地确一地恢复出x(t)吗？一般是不行的。但在一定条件下可以的，即采样要满足采样定理。22采样定理:设连续信号x(t)的频谱为x(f)，以采样间隔T采样得到离散信号x(nT),如果满足：23可

7、以由x(nT)完全确定连续信号x(f)当采样频率等于1/2T时,即fN=1/2T,称fN为奈魁斯特频率。24常用的音频采样率有：8kHz、11.025kHz、22.05kHz、16kHz、37.8kHz、44.1kHz、48kHz。25量化：为了把采样序列x(nT)存入计算机，必须将样值量化成一个有限个幅度值的集合x(nT)。通常，用二进制数字表示量化后的样值是方便的。26量化采样的过程如下：先将整个幅度划分成为有限个小幅度(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。如果量化值是均匀分布

8、的，我们称之为均匀量化。27多媒体中音频信息的应用模拟音频和数字音频音频的数字化音频信号处理的特点2.1数字音频基础28音频信号处理的特点音频信息处理信号处理的角度：将声音看成是一种信号，通过对信号的认识，来获取信息。信息论的角度：用它的消息内容和信息来表示。29音频信号处理的特点(1)音频信号是时间依赖的连续媒体音频信号是时间依赖的连续媒体。因此音频处