02 数字声音基础

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1、2008‐3‐13蓝善祯Lanshanzhen@cuc.edu.cnLan_shan_zhen@cuc.edu.cn}声音的本质}声音的数字化}声频文件格式}MIDI系统12008‐3‐13}声音是携带信息的极其重要的媒体（20％）}声音是通过空气传播的一种连续的波，叫声波，也具有反射、折射和衍射现象。}声音信号是由许多频率不同的分量信号组成的复合信号。复合信号的频率范围称为带宽。}声音是时基类媒体。}声音的两个基本参数：频率和幅度}带宽为20Hz－20kHz的信号称为音频（audio）信号，可以被人的耳朵感知。}通常把音频按倍频关系分为3份

2、来确定低、中、高音频段。即：低音频段20Hz-160Hz、中音频段160Hz-2500Hz、高音频段2500Hz一20KHz。}人的发音的频率范围：80Hz—34kHz(speech3.4kHz(speech）}人说话的频率范围：300Hz—3kHz22008‐3‐13}分贝（decimalBel）：两个电压、功率、声压之比。简称dB。}人耳刚刚能听到的声音是10dB。分贝值是呈指数形式上涨的。每上升10，表示音量增加10倍。}时钟滴答声约为15dB；人低声耳语约为30dB；冰箱、电风扇的声音为40~70dB；大声说话为60~70dB；汽车噪

3、音为80~100dB；电视机伴音可达85dB；电锯声是110dB；喷气式飞机的声音约为130dB……}国家规定的办公室内噪音标准为45dB~60dB。32008‐3‐13}声音的质量与声音的带宽有关，一般来说频率范围越宽，声音质量也就越高。声音类型带宽电话语音200Hz－3.4kHz调幅广播50Hz－5.5kHz调频广播20Hz－11kHzCD5Hz－20kHz}信噪比（SNR）、主观平均判分法（MOS）}主观评价评分标准分数质量级别失真级别5优(Excellent)无察觉4良(Good)(刚)察觉但不讨厌3中(Fair)(察觉)有点讨厌2差

4、(Poor)讨厌但不反感1劣(Bad)极讨厌(令人反感)42008‐3‐13}声音信号是典型的连续信号，不仅在时间上是连续的，而且在幅度上也是连续的。}声音进入计算机的第一步就是数字化，数字化实际上就是采样和量化。}数字信号处理器(digitalsignalprocessor，DSP)。}采样（sampling）：将声音信号在时间上离散化，即每隔相等的一段时间抽取一个信号样本。52008‐3‐13}采样频率奈奎斯特理论指出：采样频率不应低于声音信号最高频率的两倍，这样就能把以数字表达的声音还原成原来的声音，称为无损数字化。fs>=2fmax话

5、音信号最高频率约为3.4kHz，所以采样频率取为8kHz。}量化（quantization）：将连续的信号幅度离散化。如果幅度的划分是等间隔的，称为线性量化，否则为非线性量化。电压范围量化(dec)编码(bin)0.5~0.730110.3~0.520100.1~0.31001-0.1~0.10000-0.3~-0.1-1111-0.5~-0.3-2110-0.7~-0.5-3101-0.9~-0.7-410062008‐3‐13}非均匀量化对微小信号采用细量化（Δ小），对大幅度信号采用粗量化（Δ大）的方法}信号噪声比，简称为信噪比(sign

6、al-to-noiseratioSNR)，并并式算用下式计算：SNR=10log[(Vsignal)2／(Vnoise)2]＝20log(Vsignal)／(Vnoise)n-1⎛S⎞2Δ()⎜⎟=20lg−m=6.02n+4.78−mdB⎝N⎠Δ12}其中，Vsignal表示信号电压．Vnoise表示噪声电压；信号为正弦波时，m=3.01；SNR的单位为分贝(db)}16bit量化时，SNR=6.02×16+1.77=98.09(dB)，8bit量化时，SNR=6.02×8+1.77=49.93(dB)72008‐3‐13}采样精度每个声音

7、样本的数字化位数反映了声音波形幅度的采样精度。质量采样频率样本精度单道声/数据率频率范围（kHz）bps立体声（kb/s）（Hz）电话88单道声64200～3400AM11.0258单道声8850～5500FM22.05016立体声705.620～11000CD44.116立体声1411.25～20000DAT4816立体声15365～20000DVD音频192（最大）24（最大）最高为6声道96000～96000}编码就是把已经量化后的采样值用二进制数码表示出来}自然码：无符号的二进制代码}符号-数值码◦在自然码最高位（MSB）增加了一个符

8、号位而构成，用以表示数值的正负，一般用“0”表示正，而用“1”表示负，一般用来表示双极性信号。}2的补码82008‐3‐13}格雷码(循环二进制码)每增加1个数值时