【正文】 件，受環(huán)境影響很大（溫度、電磁場(chǎng)干擾），難以糾錯(cuò)。 音質(zhì)效果 AM廣播 FM廣播 數(shù)字電話 CD－ DA 動(dòng)態(tài)范圍（ dB） 40 60 50 100 動(dòng)態(tài)范圍＝ 20 log（信號(hào)的最大強(qiáng)度 / 信號(hào)的最小強(qiáng)度） 單位： （ dB） 表 聲音的動(dòng)態(tài)范圍 抑揚(yáng)頓挫 9 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) (續(xù) ) 三．信噪比：信噪比 SNR（ Signal to Noise Ratio）是有用信號(hào)與噪聲之比的簡(jiǎn)稱。同時(shí)，對(duì)一些變化范圍很寬的物理量作圖表示或刻度與非常方便，一目了然。南通大學(xué)計(jì)算機(jī)應(yīng)用教研室 1 第二章 聲音和語(yǔ)音編碼 2 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 3 南通大學(xué)計(jì)算機(jī)應(yīng)用教研室 聲音概述 1. 聲音 是一種連續(xù)的波，具有普通波的一切特性：反射、折射、衍射等。 ? 采用 dB數(shù)表示量值的優(yōu)點(diǎn)是縮小了數(shù)值大小，使量值表示更簡(jiǎn)單更具體，使運(yùn)算簡(jiǎn)化。 圖 聲音的頻帶寬度 8 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) (續(xù) ) 二．動(dòng)態(tài)范圍 : 動(dòng)態(tài)范圍越大，信號(hào)強(qiáng)度的相對(duì)變化范圍越大，音響效果越好。 ?采樣 —— 在某一時(shí)刻對(duì)模擬信號(hào)的幅度進(jìn)行測(cè)量，將其 時(shí)間上 離散化 ?量化 —— 將采樣得到的信號(hào)幅度的取值離散化。即只需對(duì) DSP編程。 ?奈奎斯特采樣定理 (Nyquist theory): ?如果對(duì)某一模擬信號(hào)進(jìn)行采樣，則采樣后可還原的最高信號(hào)頻率只有采樣頻率的一半； ?或者說(shuō)只要采樣頻率高于輸入信號(hào)最高頻率的兩倍，就能從采樣信號(hào)系列重構(gòu)原始信號(hào)。 ?聲音采樣的三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)頻率分別為： ? ? ?。量化位越高，信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍越大，數(shù)字化后的音頻信號(hào)就越可能接近原始信號(hào)，但所需要的存貯空間也越大。 2. 采樣精度為 8bit時(shí)， Vsignal＝ 28，此時(shí)它的信噪比： SNR= 20 log(Vsignal /Vnoise) = 20 log( 28 / 1 ) = 20* 8 *log 2 = 20 * 8 * = 48 dB 29 南通大學(xué)計(jì)算機(jī)應(yīng)用教研室 采樣精度 （表） 表 23 采樣位數(shù)與信噪比對(duì)照表 量化位 等份 信噪比 (dB) 應(yīng) 用 1 2 6 8 256 48 數(shù)字電話 16 65536 96 CDDA 30 南通大學(xué)計(jì)算機(jī)應(yīng)用教研室 聲音質(zhì)量與數(shù)據(jù)率 ?聲道數(shù)：有單聲道和雙聲道之分。 ?MIDI不是把音樂(lè)的波形進(jìn)行數(shù)字化采樣和編碼，而是將數(shù)字式電子樂(lè)器的 彈奏過(guò)程記錄下來(lái) ，如按了哪一個(gè)鍵、力度多大、時(shí)間多長(zhǎng)等等。 二、 復(fù)調(diào)聲音 ：簡(jiǎn)稱為復(fù)音（ Polyphony），指合成器 同時(shí)演奏若干音符 時(shí)發(fā)出的聲音。 四、 MIDI標(biāo)準(zhǔn) MIDI電子樂(lè)器：能產(chǎn)生特定聲音的合成器，其數(shù)據(jù)傳送符合 MIDI通信約定。 ?計(jì)算機(jī)可通過(guò)音序器軟件來(lái)采集 MIDI電子樂(lè)器發(fā)出的一系列指令。 38 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 圖 MIDI的產(chǎn)生過(guò)程 39 南通大學(xué)計(jì)算機(jī)應(yīng)用教研室 MIDI合成的產(chǎn)生方式 頻率調(diào)制合成 ( Frequency Modulation ) 通過(guò)硬件產(chǎn)生正弦信號(hào)，再經(jīng)處理合成音樂(lè)。ROM的容量越大，合成效果越好，價(jià)格也越貴。 ?參數(shù)編碼 從信源信號(hào)的某個(gè)域中提取特征參數(shù) ， 并變換成數(shù)字碼流 。 ?如： GSM的語(yǔ)音編碼 。 ?混合編碼器 利用線性預(yù)測(cè) 、 VQ、 ABS、 感覺(jué)加權(quán) 、 后濾波等技術(shù) 。 （一般了解） 51 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)（ 1） 1) 編碼速率： （ Kbps、 Kb/s） 信號(hào)帶寬： 可懂度 、 自然度 、 透明度 。 ?原理 ：（ 見(jiàn)下圖） 量 化 器模 擬 聲 音濾 波 器低 通 波 形編 碼 器信 號(hào) 輸 入P C M 樣 本? ?nxtP C M 編 碼 框 圖56 南通大學(xué)計(jì)算機(jī)應(yīng)用教研室 脈沖編碼調(diào)制 PCM— 步驟 ? 三個(gè)步驟 : 1. 抽 樣 — 即采樣 2. 量 化 — 測(cè)量采樣值 3. 編 碼 — 對(duì)量化值進(jìn)行處理并記錄 57 南通大學(xué)計(jì)算機(jī)應(yīng)用教研室 PCM － 量化概念 定義：將幅度 連續(xù)變化的信號(hào) 變成 幅度離散信號(hào)的 處理過(guò)程稱為量化。 60 南通大學(xué)計(jì)算機(jī)應(yīng)用教研室 均勻量化器的特性曲線和誤差曲線 均勻量化器特性曲線 N= 8 ( Δ ) U q( 輸出 ) 3 . 5 2 . 5 1 . 5 0 . 5 U i 0 1 2 3 4( Δ ) 均勻量化器量化誤差曲線 量化誤差 ei Δ /2 U i Δ /2 61 南通大學(xué)計(jì)算機(jī)應(yīng)用教研室 均勻量化的特點(diǎn)及其應(yīng)用 特點(diǎn)： 1） 量化信噪比與信號(hào)功率成正比 2） 編碼位數(shù)多 。 62 南通大學(xué)計(jì)算機(jī)應(yīng)用教研室 非均勻量化 非均勻量化 基本思想： 在對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行量化時(shí)候，大的輸入信號(hào)采用大的量化間隔，小的輸入信號(hào)采用小的量化間隔。律壓縮律 181。 66 南通大學(xué)計(jì)算機(jī)應(yīng)用教研室 分段量化折線壓縮律 ? 由于連續(xù)曲線的壓縮律電路實(shí)現(xiàn)較為困難，通常用 折線 來(lái)近似。 簡(jiǎn)稱為 A13折線 。曲線上取坐標(biāo)點(diǎn)，然后連成折線而得。15折線 。每對(duì)用戶僅占用其中的一個(gè)子信道。 ?例如，話音信號(hào)的采樣頻率 f＝ 8000 Hz，它的采樣周期＝ 125 m s，這個(gè)時(shí)間稱為 1幀 (frame)。 ? 每幀由 24個(gè)時(shí)間片 (信道 )和 1位同步位組成。 ? 181。 ? 每個(gè)信道每次傳送 8位代碼。 ? PCM通信方式發(fā)展很快，傳輸容量已由一次群 (基群 )的 30路 (或 24路 )，增加到二次群的 120路 (或 96路 )，三次群的 480路 (或 384路 )， …… 。 81 南通大學(xué)計(jì)算機(jī)應(yīng)用教研室 (DM) ? 增量調(diào)制也稱△調(diào)制 DM(delta modulation)，它是一種預(yù)測(cè)編碼技術(shù)，是 PCM編碼的一種變形。 當(dāng)信號(hào)斜率大時(shí) ， 量階大 ， 當(dāng)信號(hào)斜率小時(shí) ， 量階小 。 ] P ( z ) 編碼 譯碼 P ( z ) 圖 中 Q [ 。 ?自適應(yīng)：語(yǔ)音信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍較大 ， 只有采用自適應(yīng)系統(tǒng) ， 才能得到最佳的性能 。 ] P( z ) 編碼 譯碼 P( z ) Q[ 。這 樣 可 以 使 6 4 K b / s 的 P C M 系 統(tǒng) 與 3 2 K b / s 的 D P C M 系 統(tǒng) 的 性 能 相 當(dāng) 。 92 南通大學(xué)計(jì)算機(jī)應(yīng)用教研室 LPC的基本原理圖 語(yǔ)音 語(yǔ)音 線性預(yù)測(cè)分析 清、濁音判別，基音提取 量化與編碼 解碼器 語(yǔ)音合成 93 南通大學(xué)計(jì)算機(jī)應(yīng)用教研室 LPC主要缺點(diǎn) 1） 損失了語(yǔ)音的自然度 2） 抗噪聲能力下降 3） 譜包絡(luò)的估值可能產(chǎn)生很大的失真 。 應(yīng)用：目前 GSM采用 13Kb/s的 RPE— LTC編碼方案。 率壓擴(kuò)？ 什么叫做 A率壓擴(kuò)？ 98 南通大學(xué)計(jì)算機(jī)應(yīng)用教研室 思考題 (2) 自適應(yīng)脈沖編碼調(diào)制 (APCM)的基本思想是什么？ 差分脈沖編碼調(diào)制 (DPCM)的基本思想是什么？ 自適應(yīng)差分脈沖編碼調(diào)制 (ADPCM)的兩個(gè)基本思想是什么？