第3章 音频信息处理技术

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1、第3章音频信息处理3.1基本概念声音是由物体振动引发的一种物理现象。它通过介质向远方传播。当介质把振动传播到人的耳朵，引起耳膜振动，被人耳所感知的东西。常见的声音传播介质是空气。一、声音的基本特点1、声音可以从声源向四周传播2、声音有振幅、周期和频率人耳对声音频率的反映情况3、声音有三个要素(1)音调——它与声音的频率有关，频率越高，音调就越高。人类对各频率段声音的反映程度如图3-1所示，各音符与频率的关系如表3-1所示。(2)音强——又称为响度，由声音的振幅决定。振幅越大，声音就越响亮。即音强就越大。(3)音色——是由声波的泛音决定的，泛音的幅度不同，随时间衰减的程度不同，则音色也就不同。

2、每种乐器和每个人都具有各自的音色。通过听声音能辨别某人，某种乐器就是通过音色来区别的。4、声音是关于时间连续的模拟信号5、声音有单声道和立体声之分（1）单声道——一只音箱产生的声音效果（2）立体声——两个声道或更多产生的声音效果。二、声音的质量——简称为音质声音的质量与声音的频率范围有关，一般来说，频率范围越宽，声音的质量就越好。但要准确的评价声音的质量是一个很困难的事情，通常用两种方法来评价。(1)客观评价频带宽度：声音信号的频率范围称为频带宽度。声音信号的频带越宽，所包含的音频信号分量越丰富，音质越好。通常将音质定义为4个等级。如图3-2所示动态范围：声音的动态范围是指声音信号的最大强度

3、与最小强度之比。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。音质4个等级的动态范围如如表3-2所示信噪比：信噪比SNR（SignaltoNoiseRatio）是有用信号与噪声之比的简称。噪音可分为环境噪音和设备噪音。信噪比越大，声音质量越好。信噪比的表达式为：(2)主观评价人的感觉机理对声音的度量最有决定意义。感觉上的、主观上的测试是评价声音质量不可缺少的部分。当然，可靠的主观度量值是较难获得的。主观评价标准如下表：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（Poor）讨厌但不反感1劣（Bad）极讨厌

4、（令人反感）表3-2声音质量评价标准三、声音信号的数字化声音信号是一种周期性的、连续变化的模拟信号，通常可用一条连续的曲线表示，称作声波。如下图3-3所示若要用计算机处理信号，首先要解决的问题就是声音信号的数字化——即对声音信号在时间和幅值上进行离散化处理(如图3-4所示)。其处理过程主要包括采样、量化和编码(如图3-5所示)。采样量化编码模拟信号数字信号图3-5声音信号的数字化过程1、采样(Sampling)即每隔一定的时间间隔T，对模拟声音波形曲线上的振幅进行一次取值。这个过程称作采样。其中T为采样周期，1/T为采样频率，采样频率应满足采样定理。2、量化(Quantization)即将采

5、样后的数值，经A/D转换器变成一个二进制数的过程称作量化。这个二进制数称作量化值，它的位数称作采样数据的比特数，也叫量化位数。它愈高愈好。3、编码(Coding)即将量化后的数字，按一定的数据格式进行（压缩）表示，这个过程称作编码。编码的作用。经过上述过程就可以得到一个用来表示声音强弱的数据序列（如下图所示)。这个数据序列就是声音信号的数字化文件。重新播放这个数字化文件，就可以听到原来的声音信号。图3-6声音信号的数字化序列四、数字音频信号的获取方式1、计算机处理音频信号应具备的两个条件(1)要有音频卡它是多媒体计算机的基本配件。是将模拟声音信号转换成数字声音信号，或是将数字声音信号转换成模

6、拟音频信号的硬件设备。其结构见外观图，外接插口图。(2)要有音频信号处理软件它是计算机用来录制、播放、编辑、加工处理声音文件的软件工具。如：Windows中的“录音机”、CoolEdit、GoldWave等都是常见的音频信号处理软件。2、音频信号的获取方法（1）购买数字化声音素材库它有一些专门人士，利用专门设备，在专门的环境下录制，质量比较高。（2）网络获取声音信号（3）直接获取数字化声音利用接入声卡的录音设备（如话筒，放音机等）和音频处理软件（如Windows中的“录音机”、CoolEdit等），将声音直接录制或转录到计算机中。目前音频处理软件很多，常见的有“录音机”、“CoolEdit”

7、、“GoldWave”等等。用Windows中提供的“录音机”录制声音的步骤如下：(1)将麦克风插入声卡的MIC(2)启动“录音机”软件(3)在“录音机”窗口中选择“文件/新建”选项(4)单击“”按钮，开始录音(5)单击“”按钮，停止录音(6)选择“文件/另存为”选项，将刚录制的声音存储成一个数字声音文件。注：此“录音机”只能录制1分钟以内的声音，若要录制长度超过1分钟的声音，就需要选择功能更强大的音频处理软