【正文】 算機每秒鐘采集多少個聲音樣本。圖 237 失真在采樣過程中是不可避免的，如何減少失真呢？從圖 1中不難看出，如果 采用更高的采樣頻率 ，即把圖 1中的波形劃分成更為細小的區(qū)間，同時， 選取更高的量化等級 ，即增加量化精度，就可以減少失真的程度。從圖中可以看出， 藍色線 與 紅色線 (原波形 )相比，波形的細節(jié)部分丟失了很多。 采樣頻率： 1000次 /秒，量化位數：09共 10個量化等級 ，并將采樣的幅度值用最接近 09中的一個數來表示，采樣效果如圖所示，圖中每個長方形表示一次采樣。 若以 8位來劃分，縱軸將被分為 28 (256)個量化等級，即 每個采樣值可以用 256個不同的量化值之一來表示 ；若以 16位為量化位數，縱軸將被分為 216 (65536)個量化等級。 量化過程： 將采樣后的信號按整個聲波的幅度劃分成有限個位段的集合，把落入某個位段內的樣值歸為一類，并賦于相同的量化值。該值的大小影響音量的高低。（ b） 音頻信號的采樣（ a） 模擬音頻信號30 采樣頻率越高，即采樣的間隔時間越短，在單位時間內得到的聲音樣本數據就越多，經過離散數字化的聲波越接近于起源時的波形，也就意味著聲音的保真度越高，聲音的質量越好。 采樣的過程 是每隔一個時間間隔在模擬音頻的波形上取一個幅度值，把時間上連續(xù)的模擬信號變成時間上離散的數字信號。音頻信號數字化后，就變?yōu)橛?、 1代碼組成的 bit信號 , 就可以在計算機上存儲、編輯和處理了。 音頻信息在多媒體中的應用極為廣泛，當計算機配有聲卡和音箱后，就能發(fā)出各種悅耳的聲音；圖像配以解說和背景音樂，可使圖像充滿生氣；立體聲音樂可增加空間感，使人身臨其境；此外，多媒體通信、語音電子郵件、可視電話、電視會議等環(huán)境都離不開數字化音頻處理技術。23 隨著計算機技術的發(fā)展，海量存儲設備和大容量內存的出現，聲音的數字化處理成為可能。22 電聲技術把聲信號轉換成電信號，經擴音系統直接進行擴音；或者將其信號利用磁帶、 CD或其他存儲形式，使聲音可超越時間和空間，通過重放系統將信號放大，由揚聲器或耳機轉換成聲信號，進入最后的終端 人耳，以實現任何時間和地點的聲音重現。傳統的聲音記錄方式就是將模擬信號直接記錄下來，例如磁帶和唱片，磁帶上磁極的變化和唱片音槽內的紋路起伏變化都是與聲音信號的變化相對應、成正比的。 電聲技術是研究可聽聲波頻率范圍內聲音的產生、傳播、存儲、重放和接收的技術。隨著電學、電子學的發(fā)展 ， 人們開始嘗試用電來記錄下這些真實的聲音，利用把聲的振動轉換成電信號的原理，使聲音的記錄成為可能。17手提手搖式留聲機膠木留聲機18文革時期留聲機大喇叭留聲機19電唱機20 留聲機是采用機械的方法把各種聲音記錄在唱片上。 1935年，德國柏林的通用電氣公司研制成功了使用塑料磁帶的磁帶錄音機。 1924年，貝爾實驗室成功進行了電氣錄音，錄音技術得到很大提高。之后，其他錄音形式的留聲機相繼出現。16 1878年，愛迪生成立制造留聲機的公司，生產商業(yè)性的錫箔唱筒。當針沿著刻錄的軌跡行進時，便可以重新發(fā)出留下的聲音。15 1857年，法國發(fā)明家斯科特（ Scott）發(fā)明了聲波振記器，這是最早的原始錄音機，是留聲機的鼻祖?？墒菐浊陙?，人類只能憑耳朵來辨別聲音的高低、強弱，而不能把聲音記錄和儲存起來。TEST）14聲音處理技術的回顧 語言、音樂和各種自然聲是以聲波為載體傳遞信息的基本形式。一般而言，聲源的頻帶越寬，表現力越好，層次越豐富，聲音的效果越好。 是指經傳輸、處理后音頻信號的保真度。人說話的語音頻率： 300Hz3kHz。表示聲音音調的高低，頻率越高聲音越細尖?；l和諧音合成復音，決定了特定的聲音音質和音色。復音中的最低頻率稱為復音的 基頻 （基音），是決定聲調的基本要素，它通常是個常數。單音一般只能由專用電子設備產生。表示聲音音調的高低，頻率越高聲音越細尖。周期： 是指兩個相鄰聲波之間的時間長度，即重復出現的時間間隔，以秒 (s)為單位。7 聲波是時間和幅度上都連續(xù)變化的模擬量，單一頻率的聲波可用一條正弦波曲線表示 (如圖 )，聲波有三個重要的參數： 振幅、周期和頻率 。聲音6 下圖是用聲音錄制軟件記錄的英文單詞“ Hello” 的語音實際波形。音頻信號的分類5 我們之所以能聽到日常生活中的各種聲音，實質是不同頻率的聲波通過空氣產生震動，刺激人耳的結果。語音是語言的物質載體，包含了豐富的語言內涵，是人類進行信息交流所特有的形式。1第二章 多媒體音頻技術 數字音頻基礎 數字音頻壓縮標準 聲卡和音箱 MIDI與音樂合成 語音識別技術2 數字音頻基礎 聲音的基本概念 聲音的數字化 數字音頻的文件格式3 聲音的基本概念 日常生活中的音頻信號分為三類： 自然聲 、 音樂 和 語音 。其中，自然聲和音樂不具有復雜的語義和語法信息，信息量低、識別簡單。4音頻信號 分類 注釋 視聽效果不規(guī)則聲音 一般指不攜帶信息的噪音 語音 是指具有語言內涵和人類約定俗成的特殊媒體規(guī)則聲音 音樂 規(guī)范的符號化了的聲音 音效指人類熟悉的其它聲音，如動物發(fā)聲、機器產生的聲音、自然界的風雨雷電等。 聲音 是粒子運動的結果，是通過一定介質傳播的連續(xù)的波，在物理學上可用一條連續(xù)的曲線來表示，稱為 聲波曲線 。 無論聲波曲線多復雜，都可分解成一系列正弦波的線性疊加。周期t振幅聲波8振幅： 通常是指音量，是聲波波形的高低幅度，表示聲音信號的強弱程度，用分貝 (dB)表示。周期t振幅9頻率： 是指每秒鐘波峰出現的次數，即周期的倒數，以赫茲 (Hz)為單位。周期t振幅10振幅和頻率不變的聲音信號，稱為 單音 。在日常生活中，我們聽到的自然界的聲音一般都屬于 復音 ，其聲音信號由不同的振幅與頻率合成而得到。復音中還存在一些其它頻率，是復音中的次要成分，通常稱為 諧音 。11頻率： 是指每秒鐘波峰出現的次數，即周期的倒數，以赫茲 (Hz)為單位。聲波按頻率分為三類： 次聲波 、可聽聲波和超聲波 。次聲波 可聽聲波 超聲波20Hz 20230Hz f(Hz)12 所謂 聲音的質量 ， 簡稱音質。 聲音的質量用聲音信號的 頻率 范圍（頻帶）來表示，不同種類的聲源其頻帶也不同。聲音質量分為四級 ：聲音的質量10 20 50 200 7k 15k 20kCDDA（激光唱盤）FM廣播AM廣播電話f(Hz)頻帶13音頻測試儀 （ AUDIO人類很早就開始研究聲音，并利用當時已掌握了的聲音的某些規(guī)律來制造樂器、進行傳聲裝置設計，使發(fā)出的聲音傳得更遠。所以與其他研究領域相比，對聲音的研究相對滯后。 1877年，愛迪生發(fā)明了一種錄音裝置，可以將聲波變換成金屬針的震動，然后將波形刻錄在圓筒形臘管的錫箔上。這個裝置錄下了愛迪生朗讀的 《 瑪麗有只小羊 》 的歌詞： “瑪麗抱著羊羔，羊羔的毛象雪一樣白 ”，共 8秒鐘的聲音成為世界錄音史的第一聲。這是世界第一代聲音載體和第一臺商品留聲機（ gramophone） 。到 1912年，圓筒式錄音被淘汰。 1925年，世界上第一臺電唱機誕生。 1963年，荷蘭生產了音頻盒式磁帶，唱片的黃金年代漸漸流逝?？墒锹曇?、機械振動不容易傳遞，也不容易放大，機械方法很不方便。最終電聲技術獲得了迅速發(fā)展。21 顧名思義，電聲技術是依靠 “電 ”來記錄并播放聲音的，基本原理是通過電壓產生模擬聲波變化的電流信號，并記錄下來，這種電流信號便被稱之為 “模擬信號 ”。唱片、盒式磁帶等是記錄儲存這種模擬聲音信號的載體，而能夠播放和記錄這些載體的信號處理設備，諸如電唱機、磁帶錄音機等，則稱為模擬音響設備。 電聲轉換、音頻信號的存儲、重放技術、加工處理技術以及數字化音頻信號的編碼、壓縮、傳輸、存取、糾錯等技術，是音頻技術的主要研究對象。數字化處理的核心是對音頻信息的采樣，通過對采集到的樣本進行加工，生成各種效果。24數字化聲音● 聲音采樣、量化和編碼 —— 聲音數字化 (模 /數轉換 )聲音采樣 11011100 11001101把聲音 (模擬量 )按照固定時間間隔，轉換成有限個數字表示的離散序列● 聲音重放 —— 聲音模擬化 (數 /模轉換 )聲音重放11011100把數字化聲音轉換成模擬量，經過音響單元重放出來● 設備和軟件(1) 聲音適配器 (聲卡 ) 8bit、 16bit、 … 128bit ￥ ～ (2) 聲卡驅動軟件以及各種聲音處理軟件25 聲音的數字化 為使計算機能處理音頻，必須把模擬聲音信號轉變?yōu)閿底致曇粜盘枺@個過程稱為 聲音的數字化 。采樣和量化影響數字音頻質量的技術參數數字音頻文件的存儲量26模擬信號 數字信號A/D轉換器D/A轉換器借助于 A/D或 D/A轉換器，模擬信號和數字信號可以互相轉換27 模擬音頻信號的數字化過程是通過對音頻信號的 采樣、量化和編碼 來實現的，如下圖所示：采樣和量化28聲音數字化過程示意圖連續(xù)的模擬聲音信號 聲音信號的采樣離散的音頻信號順序順序29 何謂采樣？ 對 模擬 音頻信號的 連續(xù) 波形進行分割使之變成 離散數字 信號的方法，稱為 采樣 。該時間間隔稱為 采樣周期 ，其倒數為 采樣頻率 。（ b） 音頻信號的采樣（ a） 模擬音頻信號31 采樣只是在時間坐標軸上把音頻波形信號分成若干個等分的數字化過程，但是每一等分的長方形的高是多少呢 ? 即需要用某種數字化的方法來反映某一瞬間聲波幅度的電壓值的大小。 為什么要進行量化？ 采樣信號的量化 音頻信號的采樣32 何謂量化？ 對聲波波形幅度的數字化表示稱為 量化 。 采樣信號的量化 音頻信號的采樣33 量化方法：采取二進制的方式，以８位或16位的方式來劃分縱軸。 采樣信號的量化 音頻信號的采樣34 在相同的采樣頻率下， 量化位數越高，聲音還原的層次越豐富，表現力越強，聲音效果越好，但數據量也越大。 35 對圖 1中的原始模擬波形 (紅線 )進行采樣和量化。 采樣與量化過程示例圖 136 當以圖 1中得到的數值重構原來信號時，得到圖 2中 藍色直線段 所示的波形。這意味著重構后的信號波形有較大的失真。38 從圖中的輪廓線可以看出，信號的失真明顯減少，信號質量得到了提高。采樣頻率通常采用三種：(語音效果 )、 (音樂效果 )、 (高保真效果 )。40 量化位數 也稱 “量化等級 ”，是描述每個采樣點樣值的二進制位數。量化位數越高，聲音質量越好。若每次生成一個聲波數據，稱為 單聲道 ；每次生成兩個聲波數據，稱為 雙聲道 （ 立體聲 ）。影響數字音頻質量的技術參數： 聲道數42數字音頻文件的存儲量 通過對影響聲音數字化質量的三個因素的分析，可以得出模擬聲音數字化后音頻文件的存儲量 (假定未經壓縮 )為： 例如 ，數字激光唱盤的標準采樣頻率為 kHz，量化位數為 16位，立體聲，錄制一分鐘所需的存儲量為 16260247。 特點 ：聲音層次豐富，還原音質好表現力強， 但產生的文件數據量很大 。 MP3憑借其優(yōu)美的音質和高壓縮比成為網上最為流行的音樂格式?，F在大多數 MP3播放器都支持 WMA文件。 MIDI音樂的音色比較單調，層次感稍差，表現力不夠，因此適用于手機鈴聲等對音質要求不高且對存儲空間有嚴格限制的場合。 52CDDA 文件大家都很熟悉 CD 這種音樂格式了，擴展名CDA，其取樣頻率為 ， 16 位量化位數，跟 WAV一樣，但 CD 存儲采用了音軌的形式，又叫 “紅皮書 ”格式，記錄的是波形流，是一種近似無損的格式。(3) 指定路徑和文件名● [說明 ] 如果轉換過程即刻結束， 表明內存不夠，轉換失敗57● 設備間的信號連