第2章音频处理技术(二)ppt课件.ppt

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1、第2章音频处理技术（二）西安交通大学计算机教学实验中心2007多媒体技术及应用基础1问题的提出数字音频信息如何处理？用什么工具可以处理？有哪些处理？我能处理吗？……2二、数字音频数字音频原理回顾…………3声音的数字化声音的数字化数字化就是将连续信号变成离散信号。对音频信号，首先在时间上离散，取有限个时间点，称为采样。然后在幅度上离散，取有限个幅度值，称为量化。再将得到的数据表示成计算机容易识别的格式，称为编码。4声音的A/D与D/A转换模拟信号很容易受到电子干扰，因此用数字信息代替声音信号成为音频信息处理的一种方法。A/D转换和D/A转换技术便应运而生。A表示Analog”（类比、模拟），D代

2、表“Digital”（数字），A/D转换就是把模拟电信号转换成由“0”和“1”组成数字信号的过程。这样做的好处是显而易见的，声音存储质量得到了加强，数字化的声音信息使计算机能够进行识别、处理和压缩，这也就是为什么如今磁带逐渐被淘汰，CD唱片却趋于流行的原因。A/D转换的一个关键步骤是声音的采样和量化，得到数字音频信号，它在时间上是不连续的离散信号。5PCM编码1939年法国工程师AlecReeves发明了将连续的模拟信号变换成时间和幅度都离散的二进制码代表的脉冲编码调制信号（PulseCodeModulation-PCM），并申请了专利。PＣＭ首先开始应用于电话系统，但一直到１９６２年美国Be

3、ll实验室才为ＡＴ＆Ｔ制成了国际上第一套商用ＰＣＭ电话系统（Ｔ１系统），这标志了通信开始步入数字化。PCM编码是对连续语音信号进行空间采样、幅度值量化及用适当码字将其编码的总称。6PCM编码主要优点抗干扰能力强；失真小；传输特性稳定，尤其是远距离信号再生中继时噪声不累积，而且可以采用压缩编码、纠错编码和保密编码等来提高系统的有效性、可靠性和保密性。7A/D和D/A转换示意图8位可编程A/D转换芯片示意图8模拟声音信号的采样和量化过程示意模拟声音信号的波形采样得到的离散时间信号再量化得到的数字信号9数字音频的技术指标采样频率采样精度声道数音频数据传输率编码算法与音频数据压缩比10采样频率采样频率

4、是指一秒钟采样的次数。采样频率越高，单位时间内采集的样本数越多，得到波形越接近于原始波形，音质就越好。根据奈奎斯特(HarryNyquist)采样理论：如果采样频率高于输入信号最高频率的两倍，重放时就能从采样信号序列无失真地重构原始信号。11采样的3个常用频率分别为：11.025kHz——AM(调幅)广播22.05kHz——FM(调频)广播44.1kHz——CD高保真音质声音现在声卡的采样频率一般为48kHz甚至96kHz。12采样精度采样精度用每个声音样本的位数表示，也叫样本精度或量化位数，反映度量声音波形幅度的精度。例如，每个声音样本用16位表示，则量化样本值在0～65535之间，它的精度

5、是输入信号的1/65536。采样精度决定了模拟信号数字化以后的动态范围。采样精度影响到声音的质量位数越多，声音的质量越高，而需要的存储空间也越多；位数越少，声音的质量越低，需要的存储空间越少。13声道数单声道(mono)信号一次产生一组声波数据。双声道或立体声(stereo)一次产生两组声波数据。双声道在硬件中占两条线路，一条是左声道，一条是右声道。立体声不仅音质、音色好，而且能产生逼真的空间感。但立体声数字化后所占空间比单声道多一倍。14其他因素除采样频率、采样精度、声道数影响声音质量外，声音录制时环境噪声、声卡内部噪声以及采样数据丢失等都会造成声音质量的下降。实际收听时，音响（功率放大器、

6、扬声器等）的质量对音质的表现也起很大作用。15音频数据传输率音频信号数字化后，产生大量数据。产生数据的速度或播放声音时需要传输数据的速度影响声音的播放质量。数据传输率用每秒钟传输的数据位数表示，记为bps（bitpersecond）。未经压缩的数字音频数据传输率为：数据传输率(bit／s)=采样频率(Hz)×量化位数(bit)×声道数16声音质量和数字化指标质量采样频率(kHz)样本精度(bit)单道声/立体声数据率(kB/s)(未压缩)频率范围电话*88单道声8200～3400HzAM11.0258单道声11.050～7000HzFM22.05016立体声88.220～15000HzCD44

7、.116立体声176.420～20000HzDAT4816立体声192.020～20000Hz17编码算法与音频数据压缩比未压缩的音频数据量非常大，因此在编码的时候常采用压缩的方式。实际上，编码的作用一是记录数字数据，二是采用一定的算法来压缩数据以减少存储空间和提高传输效率。压缩编码的基本指标之一就是压缩比，一般为数据压缩前后的数据量之比：18数据压缩说明采用不同的数字化指标实际上也是进行了不同比