数字音频处理ppt课件.ppt

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1、数字音频处理一.概念1.声音：是物体的振动引起空气的震荡，人耳对这种震荡的感觉。人耳能感觉到的空气震荡频率范围为20~20khz。人能够区分空气震荡频率的组合，当空气震荡频率的组合具有特定含义时，声音即携带信息。如语音。t一个周期空气压强幅度空气压强振荡波形2.声音的探测:提取反映空气振荡的波形。tI/V空气振荡感应的I/V波形Micphone原理图tI/V空气振荡感应的I/V值3.声音的还原:把I/V波形转化为空气振动。Earphone原理图4.音频的分划：人耳能听见的声音称音频。1)次声波(Subsonic)：频率低于20HZ。2)超声波(Ultrasonic)：频率高

2、于20khz。5.音频信号类型:语音、音乐及音效三种。1)语音(Speech)：人的发音器官产生的声音。人发音器官产生的声音频率范围为80~3400HZ,人说话的频率范围为300~3000hz(语音信号的频率范围)。2)音乐：乐器发出的规范和确定符号化的声音。3)音效：自源界其它事物发出的声音。203003k20kf(Hz)语音带宽音频带宽次声带超声带6.声音的三要素:音调、音强及音色。1)基频与音调：波峰是声波曲线中极大点。每两个相邻极大点决定一个频率的波，音频曲线可能由多个频率的波合成。在一个可区分的音中，幅度最大和波峰间距大约相等的波的频率为基频。基频也称音调。音乐中

3、的音阶也称音调，是一个固定频率的声波。tI/V声波信号音节CDE…简谱符号123…频率(HZ)261293330…频率(对数)*48.349.350.3…2)谐波与音色:在一个音的基频上出现的更高频率的波称泛音，也称谐波。谐波就是音色。如果在基频中加入有规则的音色，声音可能更加动听和更有渗透力；但不规则的泛音可能是噪声。3)幅度与音强:声波曲线中信号基线到波峰的高度称幅度。一个音的平均幅度反映了音的强弱，也称音强(音量)。音强的单位一般为分贝(dB)，人能够分辨3dB以上的波动。声波曲线中有强波也有弱波。动态范围反映了强弱波音量相对变化范围。动态范围=20×log(最大强度

4、/最小强度)（dB）4)音宽与频带:信号波中变化最快波的频率到变化最慢波的频率区域称频带(差为带宽)。音频信号的带宽称音宽。如语音信号的带宽为3.2khz。频带为0~3.2kHz。1020502003.4k7k15k22kf(Hz)电话AM广播FM广播CD-DA几种音频业务的频带5)信噪比(SignaltoNoiseRatio,SNR)：是衡量声音质量的一个指标。SNR定义：有用信号的平均功率SNR=——————————噪声的平均功率SNR大，噪声对声音的影响小，声音的质量好。二.数字音频的获取数字音频获取过程：模拟音频信号采样量化编码压缩音频文件音频获取过程1.采样1)模

5、拟信号：在时间轴上任意两点之间有无数的时间点;任意时间点对应的幅度值可能是一个无限不循环的小数。因此要完全无误地用数字表达一小段模拟信号是不可能的。2)模拟信号的离散：我们可以每隔一个时间段t0取一个点的幅度值，模拟信号就成为了离散信号。3)采样频率采样频率fs=1/t0采样间距t0是确定音频离散信号还原质量的关键问题。t0大可以减少表示音频的数据量，但有可能使音频失真。采样频率应随曲线变化的快慢也变化。一个曲线的变化频带为fmax—fmin。奈奎斯特采样频率fs>=2×fmax如数字电话系统中，语音最高频率为3.4kHz，采样频率应大于6.8kHz，实际定为8kHz。数字

6、电话语音传输过程：传输系统语音Mic-phoneA/D编码和压缩解压和解码D/AEar-phone语音数字电话语音传输过程：模拟音频信号采样量化编码压缩音频文件音频获取过程A/D(Analog/Digital):模拟值/数值值转换器。D/A(Digital/Analog):数值值/模拟值转换器。2.量化设模拟信号的幅值在[-V,+V]之间连续变化，要表示所有的是幅值是不可能的，必须对幅值离散化，既用有限的幅值代表[-v,+v]之间的所有值。对一个采样点来说，就是把该点对应模拟幅值用最接近的离散幅值表示，该过程称为量化。量化分为均匀量化和非均匀量化两种。均匀量化把幅值区间[-

7、v,+v]等距分为L个离散幅值。幅值间距：d=2v/(L-2)(+0,-0各计一个幅值)离散幅值:xi=d×i(i为正负整数，

8、i

9、<=(L-2)/2)幅值-3.5v-3v-2.5v-2v-1.5v-1v-0.5v-0v+0v0.5v1v1.5v2v2.5v3v3.5v二进制数1111111011011100101110101001100000000001001000110100010101100111非均匀量化把幅值区间[-v,_v]分成大小不同的区间，再对每个区间进行均匀量化。目的是使小信号幅值量化引入的量化噪