《数据音频技术》PPT课件.ppt

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1、多媒体技术与应用第3章数据压缩技术第4章数据存储技术第5章数字音频技术第6章数字图形图像技术第7章数字视频技术第8章网络多媒体技术第9章多媒体操作系统第5章数据音频技术声音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、乐器的声响、动物的叫声、机器产生的声音以及自然界的雷声、风声、雨声、闪电声等。在用计算机处理这些声音时，既要考虑它们的共性，又要利用它们各自的特性。自从1969年Bell实验室开始数字语音的研究以来，计算机产生音乐以及语音识别、语音合成技术得到了越来越广泛的研究和应用。多媒体数字音频处理技术在音频数

2、字化、语音处理、合成及识别等各个方面都有着很好的发展。5.1声音与声音信号数字化作为一种模拟信号，声音在时间和振幅上都是连续的，即它的振幅能以任意精度并在任何一个时刻进行测量。与之不同的是，数字信号只能在确定的时刻才有意义，其数值也只能取有限的量。5.1.1声音与听觉器官声音的强弱表现在声波压力的大小上，音调的高低表现在声音的频率上。当声音用电信号表示时，在时间和幅度上都是连续的模拟信号。对声音信号的分析表明，声音信号由许多频率不同的信号组成，这类信号称为复合信号，而单一频率的信号称为分量信号。声音信号的一个重要参数就是带宽，用

3、来描述组成复合信号的频率范围，如高保真声音的频率范围为10~20000Hz，带宽约为20kHz，而视频信号的带宽是6MHz。5.1.1声音与听觉器官声音信号的两个基本参数是频率和幅度。信号的频率是指信号每秒钟变化的次数，用Hz表示。频率小于20Hz的信号称为亚音信号，或称为次音信号；频率范围为20Hz~20kHz的信号称为音频（Audio）信号。虽然人的发音器官发出的声音频率大约是80~3400Hz，但人说话的信号频率通常为300~3000Hz，在这种频率范围的信号称为话音信号；高于20kHz的信号称为超音频信号，或称超声波信号

4、。一般来说，人的听觉器官能感知的声音频率大约在20~20000Hz之间，在这种频率范围里感知的声音幅度大约在0~120db之间。多媒体技术中处理的主要是音频信号，包括音乐、语音和音效（风雨声、鸟叫声、机器声）等。5.1.2模拟信号与数字信号大多数电信号（模拟信号）过去一直是用模拟元部件（如晶体管、变压器、电阻、电容等）进行处理的。但是，开发一个具有相当精度、且几乎不受环境变化影响的模拟信号处理元部件相当困难，成本也很高。话音信号是典型的连续信号，不仅在时间上，而且在幅度上也是连续的。时间上“连续”是指在一个指定的时间范围内声音信

5、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。5.1.2模拟信号与数字信号如果把模拟信号转变成数字信号，用数字来表示模拟量和对数字信号做计算，那么开发模拟运算部件的问题就转变成了开发数字运算部件的问题，这就出现了数字信号处理器（digitalsignalprocessor，DSP）。DSP与通用微处理器相比，除了结构不同外，它们的基本差别是，DSP有能力响应和处理采样模拟信号得到的数据流，如做乘法和累加求和运算等。5.1.2模拟信号与数字信号在数字环境进行信号处理的

6、主要优点是：首先，数字信号计算是一种精确的运算方法，它不受时间和环境变化的影响；其次，表示部件功能的数学运算不是物理上实现的功能部件，而仅仅是用数学运算来模拟，相对容易实现；此外，可以对数字运算部件进行编程，如欲改变算法或改变某些功能，还可对数字部件进行再编程。5.1.3声音信号数字化计算机要处理或合成声音，就必须把模拟的（连续的）声音波形转换成数字（离散化），这个过程称为声音采样（图5-1），它是把连续的声波信号通过一种称为模数（A/D）转换器的部件转换成数字信号，供计算机处理，如果需要的话，这种转换后的数字信号又可以通过数模

7、转换（D/A）器，经过放大输出，变成人耳能够听到的声音。图5-1声音信号数字化的过程5.1.3声音信号数字化连续时间的离散化通过采样来实现，就是每隔相等的一小段时间采样一次，这种采样称为均匀采样；连续幅度的离散化通过量化来实现，就是把信号的强度划分成一小段一小段，如果幅度的划分是等间隔的，就称为线性量化，否则就称为非线性量化。图5-2表示了声音数字化的概念。图5-2声音的采样和量化5.1.3声音信号数字化我们把时间和幅度都用离散的数字表示的信号称为数字信号。声音数字化需要回答两个问题：①每秒钟采集多少个声音样本，也就是采样频率是

8、多少；②每个声音样本的位数（bitpersample，bps）应该是多少，也就是量化精度。采样的速度决定了录制声音的准确性，而采样值的精度则决定了录制声音的精确性。实践证明，采样速度越快，采样值越准确，声音特征复原得就会越好。5.1.3声音信号数字化常用的几种音