《数字音频处理技术》PPT课件

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1、第3章数字音频处理技术音频携带的信息量大、精细、准确。以一个汉字的表示为例：表示方式数据量信息汉字内码2字节汉字名称点阵32－几百字节带有字型、字体特征的汉字声音几千字节汉字名称、声学特性、意向或情感3.1音频基础声音是由物体振动产生的。声音是通过一定介质传播的连续的波，叫声波。声音的强弱（音强）体现在声波压力的大小上（振幅）。音调的高低体现在声音的频率上。音色指声音的感觉特性，与声音波形相关。2.1.1声音的基本概念声音的3个重要指标：振幅（amplitude）、周期、频率（rate）。纯音：振幅和周期均为常数的声音。复音：具有不同频率和不同振幅

2、的混合声音。自然界中大部分的声音是复合信号。复合信号中某单一频率的信号称为分量信号。复音中最低频率的信号是基音，其他频率的声音称为谐音（泛音）。振幅：音量的大小周期：重复出现的时间间隔频率：指信号每秒钟变化的次数研究结果表明人类听力的大致范围在20Hz~20KHz。声音按频率可分为：人们把频率小于20Hz的信号称为亚音信号，或称为次音信号（subsonic）；频率范围为20Hz~20KHz的信号称为音频（audio）信号；高于20KHz的信号称为超音频信号，或称超声波（ultrasonic）信号。人的发音器官发出的声音的频率大约是80~3400Hz

3、，但人说话的信号频率通常为300~3000Hz，人们把这种频率范围的信号称为话音或语音（speech）信号。带宽：声音信号的一个重要参数就是带宽，它用来描述组成复合信号的频率范围。如高保真声音（high-fidelityaudio）的频率范围为10Hz~20KHz，它的带宽约为20KHz。一般而言，声源的频带越宽，表现力越好，层次越丰富。声音质量的频率范围：1020502003.4k7k15k20kCD-DAFM广播AM广播电话f(Hz)频带3.2声音的数字化1．模拟信号与数字信号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

4、的。我们把在时间和幅度上都是连续的信号称为模拟信号。我们把时间和幅度都用离散的数字表示的信号就称为是数字信号。把模拟声音信号转变为数字声音信号的过程称为声音的数字化，它是通过对声音信号进行采样、量化和编码实现的。2.声音数字化过程采样量化编码模拟信号数字信号模拟信号数字信号A/DD/A连续的模拟声音信号声音信号的采样离散的音频信号每隔一个时间间隔在摸拟声音波形上取一个幅度值，这称之为采样（sampling）。该时间间隔称为采样周期(其倒数称为采样频率)。把某一幅度范围内的电压用一个数字表示，这称之为量化。把量化后的值写成有利于计算机传输和存储的数据

5、格式，这称之为编码。例如，模拟电压幅度、量化和编码的关系电压范围(V)量化编码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～-0.7-41003.影响声音数字化质量的主要因素采样频率：也就是每秒钟需要采集多少个声音样本量化位数：每个声音样本的位数应该是多少，也叫量化精度声道数：指所使用的声音通道的个数（1）采样频率采样频率决定了声音的保真度。频率以kHz（千赫兹）去衡量。可以想象，采样频率越高声音的保真度就越好。

6、但是问题在于如果我们采样频率过高，则需要存储的数据量就过大了。如何能既保证数据的无损恢复，而数据量又不要太大呢？抽样要满足采样定理（奈魁斯特定理）采样定理用通俗话来说，就是采样的频率要大于或等于被采样对象最高频率的两倍。常用的音频采样频率有：8kHz，11.025kHz，22.05kHz，16kHz，37.8kHz，44.1kHz，48kHz。其中8kHz，11.025kHz，22.05kHz，44.1kHz是音频工业标准采样频率，多数声卡都支持。市场上的非专业声卡的最高采样率为48kHz，专业声卡可高达96kHz或以上。为什么将CD音质的采样频率

7、定为44.1kHz？（2）量化位数量化的过程如下：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。样本大小是用每个声音样本的位数表示的.它反映度量声音波形幅度的精度.用B位二进制码字可以表示2B个不同的量化电平（级别）。例如：8位的声音从最低到最高有28，即256个级别，16位声音有216，即65536个级别。位数越多，音质越细腻，但数据量也越大。量化位数主要有8位和16位两种。专业级别使用24位甚至32位。量化的方法可以归纳为两类：一类称为均匀量化，另一类称为非均匀量化。均匀量化采用相等的量

8、化间隔对采样得到的信号做量化就是均匀量化。分析：如果出现大的幅度信号,同时又要满足精度要求,就需要增加样本的位数.但是对话