数字声音及midi简介

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1、第2章数字声音及MIDI声音是携带信息的极其重要的媒体，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、乐器声、动物发出的声音、机器产生的声音以及自然界的雷声、风声、雨声、闪电声等。这些声音有许多共同的特性，也有它们各自的特性。在用计算机处理这些声音时，既要考虑它们的共性，又要利用它们的各自的特性。本章将介绍声音的基础知识，重点掌握声音数字化的两个最基本的概念。此外，还介绍在上网浏览或者脱机工作时你会经常遇到的声音文件存储格式和声音工具。2.1声音与听觉器官　　声音是通过空气传播的一种连续的波，叫声波。声音的强弱体现在声波压力的大小

2、上，音调的高低体现在声音的频率上。声音用电表示时，声音信号在时间和幅度上都是连续的模拟信号，如图2－01所示。声波具有普通波所具有的特性，例如反射(reflection)、折射(refraction)和衍射(diffraction)等。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，它用来描述组成复合信号的频率范围。如高保真声音信号(high-fidelityaudio)的频率范围为10Hz～20000Hz，它的带宽约为20kHz，而视频信号的带宽是6MH

3、z。　　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。例如，大气压的变化周期很长，以小时或天数计算，一般人不容易感到这种气压信号的变化，更听不到这种变化。对于频率为几Hz到20Hz的空气压力信号，人们也听不到，如果它的强度足够大，也许可以感觉到。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；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，人们把在这种频率范围的信

4、号称为话音(speech)信号；高于20kHz的信号称为超音频信号，或称超声波(ultrasonic)信号。超音频信号具有很强的方向性，而且可以形成波束，在工业上得到广泛的应用，如超声波探测仪，超声波焊接设备等就是利用这种信号。在多媒体技术中，处理的信号主要是音频信号，它包括音乐、话音、风声、雨声、鸟叫声、机器声等。　　人们是否都能听到音频信号，这主要取决于各个人的年龄和耳朵的特性。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。除此之外，人的听觉器官对声音的感知还有一

5、些重要特性，这些特性将在第9章中介绍，它们在声音数据压缩中已经得到广泛的应用。-贰拾伍-2.2声音信号数字化2.2.1从模拟过渡到数字回顾历史，大多数电信号的处理一直是用模拟元部件(如晶体管、变压器、电阻、电容等)对模拟信号进行处理。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是相当困难的，而且成本也很高。　　如果把模拟信号转变成数字信号，用数字来表示模拟量，对数字信号做计算，那末难点就发生了转移，把开发模拟运算部件的问题转变成开发数字运算部件的问题，这就出现了数字信号处理器(digitalsignalprocessor

6、，DSP)。DSP与通用微处理器相比，除了它们的结构不同外，其基本差别是，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。　　在数字域而不在模拟域中做信号处理的主要优点是：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，而是仅用数学运算去模拟，其中的数学运算也相对容易实现；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。2.2.2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

7、连续的。在时间上“连续”是指在一个指定的时间范围里声音信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。　　在某些特定的时刻对这种模拟信号进行测量叫做采样(sampling)，由这些特定时刻采样得到的信号称为离散时间信号。采样得到的幅值是无穷多个实数值中的一个，因此幅度还是连续的。如果把信号幅度取值的数目加以限定，这种由有限个数值组成的信号就称为离散幅度信号。例如，假设输入电压的范围是0.0V～0.7V，并假设它的取值只限定在0、0.1、0.2，…，0.7共8个值。如果采样得到的幅度值

8、是0.123V，它的取值就应算作0.1V，如果采样得到的幅度值是0.26V，它的取值就算作0.3，这种数值就称为离散数值。我们把时间和幅