【正文】 率級(jí)、聲強(qiáng)級(jí)及能量級(jí)中，其定義是： dB數(shù)=10lgA/B ? 式中， A是被比較的絕對(duì)量，例如電壓、電流等； B為比較的標(biāo)準(zhǔn)量。 圖 聲音的頻帶 7 南通大學(xué)計(jì)算機(jī)應(yīng)用教研室 音頻信號(hào)的指標(biāo) 一 . 頻帶寬度：音頻信號(hào)的頻帶越寬，所包含的音頻信號(hào)分量越豐富，音質(zhì)越好。信噪比越大，聲音質(zhì)量越好 10 南通大學(xué)計(jì)算機(jī)應(yīng)用教研室 本章主要內(nèi)容 1. 聲音概述 2. 聲音的數(shù)字化 3. 電子合成音樂(lè) 4. 語(yǔ)音編碼 5. 脈沖編碼調(diào)制（ PCM） 6. PCM應(yīng)用 7. 其它編碼方法 11 南通大學(xué)計(jì)算機(jī)應(yīng)用教研室 聲音的數(shù)字化 1. 模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào) 2. 聲音信號(hào)的數(shù)字化 3. 采樣頻率 4. 采樣精度 5. 聲音質(zhì)量與數(shù)據(jù)率 12 南通大學(xué)計(jì)算機(jī)應(yīng)用教研室 模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào) ?模擬信號(hào) —— 時(shí)間上、幅度上均連續(xù)的 信號(hào)。 14 南通大學(xué)計(jì)算機(jī)應(yīng)用教研室 數(shù)字信號(hào)處理的優(yōu)點(diǎn) 1. 數(shù)字信號(hào)計(jì)算是一種精確的計(jì)算方法，不受時(shí)間和環(huán)境變化的影響； 2. 用數(shù)學(xué)運(yùn)算來(lái)實(shí)現(xiàn)（模擬）原來(lái)的物理部件的功能相對(duì)比較容易 3. 可以通過(guò)改變數(shù)學(xué)運(yùn)算的方法，實(shí)現(xiàn)不同的功能，而不需更換物理部件 (DSP)。 結(jié)果如下表 采樣序列 … 量化序列 2 2 4 … 5 18 南通大學(xué)計(jì)算機(jī)應(yīng)用教研室 ? 目前應(yīng)用較為廣泛的采樣方式 : 1. 奈奎斯特 (Nyquist)采樣 2. 正交采樣 3. 帶通采樣 4. SigmaDelta(∑－ △ )采樣等 19 南通大學(xué)計(jì)算機(jī)應(yīng)用教研室 聲音信號(hào)的數(shù)字化 ? 需要解決的兩個(gè)問(wèn)題： 1. 采樣頻率 應(yīng)該是多少？ 2. 量化的 精度 ？ bps(bit per sample) 20 南通大學(xué)計(jì)算機(jī)應(yīng)用教研室 采樣頻率 ?采樣頻率是指一秒鐘內(nèi)采樣的次數(shù)。 22 南通大學(xué)計(jì)算機(jī)應(yīng)用教研室 采樣頻率 ?根據(jù) 斯特采樣定理 ， CD 激光唱盤采樣頻率為44KHz，可記錄的最高音頻為 22KHz，這樣的音質(zhì)與原始聲音相差無(wú)幾，也就是我們常說(shuō)的超級(jí)高保真音質(zhì)。 ?由于計(jì)算機(jī)按字節(jié)運(yùn)算，一般的量化位數(shù)為8位和 16位。 1. 采樣精度為 1bit時(shí)， Vsignal＝ 21，此時(shí)它的信噪比： SNR= 20 log(Vsignal /Vnoise) = 20 log( 21 / 1 ) = 20 log 2 = 20 * = 6 dB 28 南通大學(xué)計(jì)算機(jī)應(yīng)用教研室 量化精度 —— 信噪比計(jì)算 ? 舉例：假設(shè) Vnoise=1。 ?聲音質(zhì)量與數(shù)據(jù)率的對(duì)應(yīng) 參見教材表 21 p11 31 南通大學(xué)計(jì)算機(jī)應(yīng)用教研室 本章主要內(nèi)容 1. 聲音概述 2. 聲音的數(shù)字化 3. 電子合成音樂(lè) 4. 語(yǔ)音編碼 5. 脈沖編碼調(diào)制 6. PCM應(yīng)用 7. 其它編碼方法 32 南通大學(xué)計(jì)算機(jī)應(yīng)用教研室 電子合成音樂(lè) － MIDI ?樂(lè)器數(shù)字接口 MIDI（ Musical Instrument Digital Interface），泛指數(shù)字音樂(lè)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，它是音樂(lè)與計(jì)算機(jī)結(jié)合的產(chǎn)物。泛音的合成決定聲音音質(zhì)。它著重于同時(shí)演奏的樂(lè)器數(shù)。 37 南通大學(xué)計(jì)算機(jī)應(yīng)用教研室 計(jì)算機(jī)上 MIDI的產(chǎn)生過(guò)程 ?MIDI電子樂(lè)器通過(guò) MIDI接口與計(jì)算機(jī)相連。 ?最后，將 MIDI指令送往音樂(lè)合成器，由合成器將MIDI指令符號(hào)進(jìn)行解釋并產(chǎn)生波形，然后通過(guò)聲音發(fā)生器送往揚(yáng)聲器播放出來(lái)。 波形表（ Wavetable）合成 其原理是在 ROM中已存儲(chǔ)各種實(shí)際樂(lè)器的聲音樣本，需要時(shí)，調(diào)用相應(yīng)樣本來(lái)合成該樂(lè)器的樂(lè)音。 可以分為： ?時(shí)域波形編碼 ， 如 PCM、 ADPCM、 ?M等； ?頻域波形編碼 ， 如子帶編碼 （ SBC） 、 自適應(yīng)變換編碼等 。 線性預(yù)測(cè)編碼 (LPC) 43 南通大學(xué)計(jì)算機(jī)應(yīng)用教研室 語(yǔ)音編碼 —— 實(shí)現(xiàn)方法 ?混合編碼 將以上二種方法混合 ， ?特點(diǎn)：以較低的比特率獲得較高的質(zhì)量 ， 延時(shí)適中 ，復(fù)雜 。 45 南通大學(xué)計(jì)算機(jī)應(yīng)用教研室 語(yǔ)音編碼歷史：數(shù)字電話（ 2） ? 參數(shù)編碼 ? 波形編碼通道聲碼器 （ 39年 ， Dudly， 二次大戰(zhàn)保密電話 ） ? LPC聲碼器 （ 67年 ， Atal、 Schroeder） ? 共振峰聲碼器 （ 71年 ， Rabiner、 Schafer、 Elanagan） ? 波形插值 （ 91年 ， . Kleijn） 特點(diǎn)：編碼速率低 ， 自然度差 。 利用聽覺(jué)心理特性 … 、 感覺(jué)加權(quán) 、 量化 、 去除多余分量 、 后濾波 、 … 。 （一般了解） 52 南通大學(xué)計(jì)算機(jī)應(yīng)用教研室 語(yǔ)音編碼性能評(píng)價(jià)（ 2） 2） 重建語(yǔ)音質(zhì)量 ?客觀評(píng)價(jià)： ?信噪比 ?分段信噪比 （ 一般 15dB以上較好 ， 20dB以上相當(dāng)好 ） ? 主觀評(píng)價(jià) : MOS分 （ Mean Opinion Score） ? 5~1分： Excellent、 Good、 Fair、 Poor、 Bad ?如： 4分：長(zhǎng)途通信質(zhì)量 （一般了解） 53 南通大學(xué)計(jì)算機(jī)應(yīng)用教研室 語(yǔ)音編碼性能評(píng)價(jià)（ 3） 3) 編解碼延時(shí)（ ms） ? 公眾網(wǎng)（ 25ms） ? 回聲控制或回聲抵消 ? 正常通話秩序 ? 與重建質(zhì)量關(guān)系 4) 算法復(fù)雜度 ? 硬件、成本 ? 浮點(diǎn)、定點(diǎn) 5) 其他 ? 抗隨機(jī)誤碼和突發(fā)誤碼能力 ? 抗丟包和丟幀能力 ? 對(duì)不同信號(hào)編碼能力 ? 級(jí)聯(lián)或轉(zhuǎn)接能力 （一般了解） 54 南通大學(xué)計(jì)算機(jī)應(yīng)用教研室 本章主要內(nèi)容 1. 聲音概述 2. 聲音的數(shù)字化 3. 電子合成音樂(lè) 4. 語(yǔ)音編碼 5. 脈沖編碼調(diào)制 6. PCM應(yīng)用 7. 其它編碼方法 55 南通大學(xué)計(jì)算機(jī)應(yīng)用教研室 脈沖編碼調(diào)制 PCM ?概念：在一定的時(shí)間間隔內(nèi)，連續(xù)測(cè)量信號(hào)的幅度值，并對(duì)測(cè)量值編碼。 59 南通大學(xué)計(jì)算機(jī)應(yīng)用教研室 量化器特性 1） 量化器特性曲線：量化器的 輸入 和 輸出 之 間的關(guān)系曲線 2） 量化器誤差特性曲線：量化器的 輸入 與 量化誤差 之間的關(guān)系曲線 。 結(jié)論：在通信系統(tǒng)中 ， 語(yǔ)音信號(hào)不適合采用均勻量化編碼 改進(jìn)方法：采用非均勻量化。律壓縮律 1. 181。65 南通大學(xué)計(jì)算機(jī)應(yīng)用教研室 A律壓縮律 2 . A律壓縮律 A律壓縮曲線為 ???????????????1||1s g nln1||ln11||ln1xAxAxAyAxAAxy 式中 s g n x 是符號(hào)函數(shù)， A = 8 7. 6 。 67 南通大學(xué)計(jì)算機(jī)應(yīng)用教研室 A13折線畫法 A13折線畫法如下： 1） x軸采用對(duì)折方式分 16份 2） y軸均勻分割 16份 3） 將 x,y軸對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)點(diǎn)連接起來(lái) ， 得到 16段折線 。15折線壓縮律是在 181。 稱為 181。一般來(lái)說(shuō)，電信網(wǎng)中傳輸媒體費(fèi)用約占總成本的 65%，設(shè)備費(fèi)用約占成本的 35%，因此提高線路利用率是一個(gè)重要課題 . ?提高線路利用率通常用下面兩種方法： (1) 頻分多路復(fù)用 FDM (frequencydivision multiplexing) (2)時(shí)分多路復(fù)用 TDM (timedivision multiplexing) 73 南通大學(xué)計(jì)算機(jī)應(yīng)用教研室 FDM ?把傳輸信道的頻帶 分成 好幾個(gè)窄帶，每個(gè)窄帶傳送一路信號(hào) : ?例如，一個(gè)信道的頻帶為 1400 Hz，把這個(gè)信道分成 4個(gè)子信道： 820990 Hz, 12301400 Hz, 16401810 Hz和 20502220 Hz，相鄰子信道間相距 240 Hz， 用于確保子信道之間不相互干擾。這是 數(shù)字通信的主要手段 。 ? 12幀組成 1復(fù)幀 (用于同步 )。 ? 每一個(gè)話路的數(shù)據(jù)傳輸率＝ 8000 8=64 kbps。 ? 每幀由 32個(gè)時(shí)間片 (信道 )組成。 ? A律 77 南通大學(xué)計(jì)算機(jī)應(yīng)用教研室 應(yīng) 用 ? 時(shí)分多路復(fù)用 (TDM)技術(shù)已廣泛用在數(shù)字電話網(wǎng)中，