多媒体音频信息处理

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1、第三章多媒体音频信息处理声音是携带信息的极其重要的媒体，是多媒体技术研究中的一个重要内容。声音的种类繁多，如人的话音、乐器声、动物发出的声音、机器产生的声音以及自然界的声音等。这些声音有许多共同的特性，也有它们各自的特性。在用计算机处理这些声音时，既要考虑它们的共性，又要利用它们的各自的特性。一、音频信号的分类音频信号可分为两类：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所特有的形式。非语音信号：主要包括音乐和自然界存在的其他声音形式。非语音信号的特点是不含复杂的语义和语法信息，其信息量低，识别简单。二、音频信号的形式声音可用一条连续的曲线来表示。这条连续

2、的曲线无论多么复杂，都可分解成一系列正炫波的线性叠加，称为声波。因声波是在时间上和幅度上都连续变化的量，因此称之为模拟量。模拟信号有两个重要参数：频率和幅度。一个声源每秒钟可产生成百上千个波峰，把每秒钟波峰所发生的数目称之为信号的频率。信号周期是指两个峰点或谷底之间的相对时间。信号的基线提供了一个测量声音的起点。信号的幅度是从信号的基线到当前波峰的距离。幅度决定了信号音量的强弱程度。信号带宽是声音信号的一个重要参数，它用来描述组成复合信号的频率范围。振幅周期基线1GHz~10GHz超高声波20kHz~1GHz超声波20Hz~20kHz人类听力所能接受0~20Hz亚声波频率范围声音分类三、

3、声音质量的评价客观质量度量：用信噪比来衡量。主观质量度量现在公认的声音质量分为4级数字激光唱盘质量调频无线电广播调幅无线电广播电话质量CD-DAFM广播AM广播电话1020502003.4K7K15K22K四、模拟音频的数字化过程话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。在时间上“连续”是指在一个指定的时间范围里声音信号的幅值有无穷多个，在幅度上“连续”是指幅度的数值有无穷多个。我们把在时间和幅度上都是连续的信号称为模拟信号。如果要用计算机对音频信息进行处理,则首先将模拟音频信号(如语音、音乐等)转换成数字信号.对模拟音频数字化的过程涉及到音频的采样、量化和

4、编码.模拟音频信号采样量化编码数字音频信号计算机对声音的表示主要是通过规则的时间间隔测出音波振动的幅度从而产生的一系列声音数据。这种测出数据的方法就称为采样，一秒内采样的次数称为采样率（samplingrate），单位为Hz。例如：采样频率通常采用种: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。采样奈奎斯特理论:采样频率与声音频率之间有一定的关系,只有采样频率高于声音信号最高频率的两倍时,才能把数字信号表示的声音还原成为原来的声音.例如:CD唱片,要想获得CD音质的效果,则要保证采样频率为44.1K

5、Hz.采样的离散音频数据要转换成计算机能够表示的数据范围的过程,我们把对声波波形幅度的数字化表示称之为“量化”量化的过程首先将采样后的信号按整个声波的幅度划分成有限个区段的集合,把落入某个区段内的样值归为一类,并赋予相同的量化值.量化(c)采样信号的量化(a)模拟音频信号(b)音频信号的采样数字化音频的过程如下图所示。量化位数量化位数也称“量化精度”，是描述每个采样点样值的二进制位数。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。这个参数就是通常所说的声卡的位数.常用的量化位数为

6、8位、16位、32位,专业级的高档声卡有64位的。编码为什么要对音频编码？A、获取更好的数学描述方法？B、让声音不失真？C、不编码就不是比特流？D、为了使比特流更加简练？E、为了便于计算机存储？F、为了便于在网络上传输音频？以上哪个是最根本的出发点？所谓编码,就是按照一定的格式把离散的数字记录下来,并在有用的数据中加入一些用于纠错、同步和控制的数据.在数据回放时,可以根据所记录的纠错数据判别读出的声音数据是否有错,如在一定范围内有错,可加以纠正.五、音频信号的压缩编码与标准数字波形文件数据量大，数字音频的编码必须采用高效的数据压缩编码技术。对数字化后的声音信号进行压缩编码,使其成为具有一

7、定字长的二进制数字序列,并以这种形式在计算机内传输和存储.在播放时经解码器恢复成原来的声音信号.输入信号编码器传输/存储解码器输出信号音频信号能够被压缩编码的依据有两个，一是声音信号存在着数据冗余；二是利用人的听觉特性来降低编码率，人的听觉具有一个强音能抑制一个同时存在的弱音现象，这样就可以抑制与信号同时存在的量化噪声；另外人耳对低频端比较敏感，而对高频端不太敏感，由此引出了“子带编码技术”。音频信号的编码方式可分为波形编码参数编码