第二章 声音处理技术.ppt

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1、第二章声音处理技术 本章目录 2 1声音的相关概念2 2声音文件的获取2 3波形文件的处理2 4声音的编辑 学习目标 能够用自己的语言陈述声音的基本概念 并能举例说明声音的属性及其对声音的影响 能对声音在计算机中的表现形式和表示方法进行描述和辨识 能结合实例 说明声音数字化的原理和声音相关参数的含义 能对声卡的结构进行辨识 并能熟练使用软件进行录音的设置 能熟练进行计算机录音操作 并能对声音进行简单的编辑 声音的相关概念 声音的本质是由物体的振动在空气中传播形成的机械波 其能被人耳听到的机械波称为声波 声音是声波作用于人的耳脑系统所产生的一种主观感觉 也就是听觉 听觉主要表现在响度 音调 音色

2、和音型四个方面 它分别与声波的振幅 频率 频谱和波形包络等有关 声音的相关概念 2 1 1声音的记录利用传声器可以将声波在某处引起的振动幅度的变化情况转化为电流的变化 这种电流称为音频电流 如下图所示 图2 1音频电流的波形 声音的相关概念 声音的计算机表示用计算机来记录声音时 必须对连续的声音进行一定的处理 处理方法为 1 采样在某些特定的时刻对模拟信号进行测量叫做采样 采样得到的信号称为离散时间信号 如下图所示 声音的相关概念 图2 2声音的采样 带黑点的竖线表示的是采样的时间 竖线端点的值表示这个时刻波形的值 只有采样得到的值会被记录下来 其他值在采样后被舍弃 声音的相关概念 2 量化采

3、样得到的值其幅度可以是无穷多个实数值中的一个 这些值要用二进制数字来表示 必须对每个值分配一个编码 果把信号幅度取值的数目加以限定 量化后得到的值只能取有限个参考值 若实际值不在这些有限个值之内 则使用4舍5入或者其它规则把它近似到某个取值上去 3 编码经量化以后得到的数据 其大小可以用一个分配的编码来表示 把量化的值表示为不同的编码的过程 就称为编码 声音的相关概念 4 数字声音的压缩编码采用PCM编码后 每次采样得到的声音样本数据都要保存 将需要很大的存储空间 例如用44100Hz的采样率采样 每个样本用16位量化 则1秒钟的声音就需要44100 16个二进制位来表示 事实上 声音数据中

4、有很多冗余数据 一方面 声音的变化总是连续的 前后时刻的采样点间差别并不大 因此没有必要完整地记录每个样本的值 可以只记下前一个样本值 然后记下后一个样本与前一个样本的差值 因为差值比较小 可以用较少的量化位数来表示 这样就减少了存储空间的开销 另一方面 并不是所有的声音都会被人耳感觉到 可以在编码时对重要性不同的声音作不同的处理 声音的相关概念 2 1 2数字声音的相关概念波形声音的音质将数字化的波形声音还原为波形时 总会存在失真 通过改变采样和量化的参数 可以提高波形声音的质量 采样率较高时 采样造成的声音信息的损失就小 声音采样率超过40kHz 就可以把整个音频范围的信息记录下来 采样率

5、较低时 高频频率成分会损失 一般选取44 1kHz的采样率来对音乐进行采样 这样每秒钟可以获得44100个声音样本 声音的相关概念 量化位数 它反映度量声音波形幅度的精度 例如 每个声音样本用16位 2字节 表示 测得的声音样本值在0 65536的范围内 它的精度就是最大输入信号的1 65536 样本位数的大小影响到声音的质量 位数越多 量化产生的误差越小 声音越接近原来的波形 声音的相关概念 声道根据声道数目的不同 可以把数字声音系统分为单声道 双声道立体声 5 1声道环绕声等 更多的还有7 1声道系统 1 单声道单声道只使用一套拾音 传输和记录系统 只在一个点拾取声音 单声道的数字音频文件

6、播放时 通过音箱播放来自同一个声源的声音 无论单声道的声音是通过一个音箱还是多个音箱重放 两耳听到的所有声音成分都是相同的 没有差别 人只能感觉到所有声音来自同一个发声点 单声道是较早使用的形式 单声道缺乏对声音的空间位置定位 但是在某些不需要声音方位的场合 如语言学习 新闻广播 会议等 我们不关心声音的方位 只关心语音的内容 这时使用单声道可以简化设备或减少存储空间 声音的相关概念 2 立体声利用人两只耳朵听音的原理 分别把左耳 右耳方向的声音各自记录下来 保存成两个不同的声道 播放时 两个声道分别使用两个不同的音箱播放 标准的立体声系统要求采用一对音箱 其中一只置于听众的左侧 另一只置于听

7、众的右侧 3 5 1声道环绕声由5只主音箱和1只低音音箱组成 其中4只主音箱分别放在4个角落 每只音箱使用独立的声音通道 左前 左后 右前和右后 每个通道传递不同的声音信号 另一只主音箱放置在正前方 为增强低音输出效果 低音信号从5个声音通道中被过滤出来传递到低音音箱 声音的相关概念 2 1 3数字声音文件的格式编码的方式不一样 生成的文件格式也是不同的 此外由于每个采样样本都要编码 形成的文件数据量很大 要占用很大的存储空间 因此波形文件还需要做压缩处理 在网上传播声音时 希望边下载声音边播放 还需要对声音作进一步处理 经过这些处理环节 声音的格式就出现了很多种了 可以从声音文件的扩展名知道

8、声音的格式 1 WAV文件WAV文件也叫波形声音文件 该格式文件直接记录声音的波形 不作压缩 WAV也是音乐编辑创作的首选格式 适合保存音乐素材 声音的相关概念 2 MP3格式是目前最为普及的音频压缩格式 各种与MP3相关的软件产品层出不穷 3 WMA格式WMA支持流技术 即一边读一边播放 因此WMA可以很轻松地实现在线广播 Windows对WMA有较好的支持 4 RA格式RA就是RealAudio格式 大部分音乐网站的在线试听都是采用了RealAudio 这种格式完全针对的就是网络上的应用 支持非常丰富的功能 声音的相关概念 5 MID和RMI格式MID格式是支持MIDI标准的数字音乐文件格

9、式 由一个文件头和MIDI的数据构成 文件头描述了文件的类型和所表达音乐的一些全局的信息 RMI也是支持MIDI标准的数字音乐文件格式 声音文件的获取 有很多数码录音产品能够直接将声音录制为声音文件 如MP3播放器 数码录音笔等 用计算机来录制声音 需要声卡支持 声卡 也称为音频卡 声效卡 是多媒体计算机不可缺少的重要部件 2 2 1声卡的结构和工作原理声卡主要由总线接口控制器 混合信号处理器 数字声音处理器 A D及D A转换器 音频信号接口等组成 声音文件的获取 声音文件的获取 数字信号处理器 DSP 是声卡的核心部件 DSP使得一个声卡能处理以往许多组件分别处理才能完成的任务 可以营造出

10、丰富逼真的音效 DSP用于FM合成 语音识别 实时音频压缩以及回声加入等效果 DSP能将输入的采样和量化后的数字声音进行编码和压缩 并形成WAV格式文件送入计算机磁盘存储 声音输出时 将磁盘中的WAV文件送入DSP芯片 经解码后变成模拟声音信号 再经转换后输出 声音文件的获取 2 2 2声卡的插孔声卡上一般都有与其他设备连接的插孔 用于与其他设备的连接 普通声卡提供了模拟音频信号的输入输出通道 有些高档声卡也可以实现数字信号的输入输出 图2 7所示的是常见插孔的形状和位置 1 MIC 话筒输入端口 插入话筒 用于语音输入 2 LINEIN 用于采集来自各种模拟音频信号的输入端口 其输入信号电平

11、比MIC强度大 3 SPEAKEROUT 耳机或扬声器输出端口 常用于连接无源音箱或耳机 4 LINEOUT 一个用于标准音响系统或放大器重放声音的输出端口 有些声卡没有这一插孔 声音文件的获取 2 2 3计算机录音操作录音通道的选择 插孔定义 MICIN Speakout 波形文件编码器 混音器 声音文件的获取 录音时 一般声卡只能从CDROM MIDI 波形解码器 MICIN和LINEIN这些声源中选择一个输入到编码器 进行录音编码 通道选择通过 附件 中的 音量控制 实现的 1 打开 音量控制 窗口 选择 程序 附件 娱乐 音量控制 菜单命令 弹出音量控制 或通双击任务栏右侧的喇叭图标弹

12、出 2 切换到录音控制窗口 单击 选项 属性 菜单 弹出属性设置窗口 在其中选择 录音 并在列表中选择可能需要使用到的通道 3 选择使用的通道 如果使用传声器 则在 麦克风 一列下面的 选择 选项前打上勾 操作过程如下图所示 声音文件的获取 双击音量图标弹出主音量控制窗口 声音文件的获取 在主音量窗口中选择 选项 属性 菜单 声音文件的获取 1 选择 录音 选项 2 勾选 麦克风 立体声混音 声音文件的获取 录音软件调用用来录制声音的软件有很多 最简单的录音软件 是Windows系统自带的 录音机 程序 此每次只能录制60秒时间且录制时对波形的监控不够好 在录制效果要求较高是 使用专用音频处理

13、软件 如 AudioEditor goldware soundforge Cooleditpro AdobeAuditio AudioEditMagic 声音文件的获取 使用CooleditPro录制声音1 启动CooleditPro软件 界面如下 声音文件的获取 2 双击屏幕右下角的小喇叭标志 弹出 音量控制 对话框 点击 选项 菜单 选择 属性 命令 此处与前面所讲 音量控制 操作相同 3 下面我们准备录音了 返回到CoolEditPro2 0编辑界面 点击CoolEditPro2 0左上角或按F12切换到 波型编辑界面 声音文件的获取 声音文件的获取 4 在波形编辑界面的 文件 菜单中选

14、择 新建 命令 在弹出的 新建 窗口中 在 采样率 选择框中选 44100 在 声道 中选 立体声 在 采样精度 中选 16位 然后点击 确定 按钮 声音文件的获取 5 CoolEditPro2 0的编辑界面出现空白的左右两声道的波形界面 保存 点击 文件 菜单里的 另存为 命令 波形文件的处理 在录音过程中 由于受多种因素影响 录制的效果与期望的效果之间还有差别 主要可能有如下几种情况 1 音量偏小 2 声音间隙出现意外的噪声 在录音时 可能会出现脚步声 翻书的声音等 3 录制语音时出现口误 这是很难避免的 如果整个声音重新录制会浪费很多时间 4 出现持续噪声 这种噪声通常是设备自身产生的

15、是系统无法克服的 不同的设备都会或多或少地存在 5 过长的停顿 一般在录音的开始或结束时 会有一段空白无声的时间 在中间也会出现较长的停顿 6 声音不清晰 有些传声器低音很重 影响声音的清晰度 波形文件的处理 2 3 1音量调整和标准化音量调整和标准化可以是针对选择的部分波形 也可以是整个波形 如果选择了部分波形 则处理对象是被选择的部分波形 若没有作选择 则处理的对象是整个波形 选择 效果 波型振幅 渐变 命令 可弹出 波形振幅 对话框 在其中调整波形的音量 用户也可直接使用标准化菜单 通过选择 效果 波型振幅 音量标准化 命令 可打开 标准化 对话框 选中 标准化到 复选框 其在后面的文本

16、框中输入 100 然后单击 确定 按钮即可 波形文件的处理 波形文件的处理 2 3 2声音的剪切第一步 选择好要剪切的区域 第二步 选择 编辑 剪切 命令 即可把这段波形从声音文件中剪除 波形文件的处理 2 3 3静音静音是让选择区域的声音大小变为零 即波形变为一条与水平中心线重合的线段 这种方法比较适合两段声音间隙出现的干扰 与剪切不同的是 静音不改变前后两段波形的时间间隔 只是把那一段时间的音量关闭了 操作的方法 选择波形 选择 果 静音 2 3 4降噪降噪是针对持续稳定噪声的处理 这种噪声有很强的重复性 在整个录制过程中 不管是否有语音 噪声均一直存在并保持不变 波形文件的处理 降噪操作方法 第一步 选择一段纯噪声波形 波形文件的处理 第二步 选择 效果 噪声消除 降噪器 命令 波形文件的处理 第三步 噪声采样 波形文件的处理 第四步 保存采样数据到文件 然后 关闭 波形文件的处理 第五步 选择整个要处理噪声的波形 再次选择果 噪声消除 降噪器 菜单 打开窗口 选择 加载采样 打开采样数据文件单击 确定 即可 2 3 5声音的均衡处理均衡处理是对声音的音色进行处理 具体是指由于某