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1、7 7 数字音频和合成音乐数字音频和合成音乐陈乐声音也许是世界上中最动人心弦的元素。 任何的语言都离不开声音；尤其是那些悦耳 的音乐，能深深触动人们内心的情感，带来 美妙的感受。能否利用好声音，是一件多媒体作品成败 与否的重要因素，本章中我们就来学习一下 数字化的声音。春江花月夜一、数字音频基础 什么是声音、声音信号的特征 声音信号的数字化、音频文件的格式 二、电子合成音乐（MIDI） MIDI和WAVE的比较、MIDI演奏、WAVE转MIDI 三、数字音频的编辑和处理 如何压缩和转换声音格式 如何在电脑上录音、如何编辑声音 四、语言合成和语音识别技术第七章第七章 数字音频和合成音乐数字音频和
2、合成音乐7.1.1 什么是声音？声音：当空气中某物体通过前后位移产生振动， 它将引起压力波，当它到达人耳时，我们会感受达 到这种压力的变化（振动），这就是声音。一、数字音频基础音频是一种连续变化的模拟信号,可用一条连续的曲线来表 示，称为声波。因声波是在时间和幅度上都连续变化的量， 我们称之为模拟量。下面用声音录制软件记录的英文单词“Hello”的语音波形 一、数字音频基础模拟音频信号有两个重要参数：频率和幅度。声音的频率 体现音调的高低，声波幅度的大小体现声音的强弱。 一个声源每秒钟可产生成百上千个波，我们把每秒钟波峰所发生的数目称之为信号的频率，单位用赫兹(Hz)或千赫兹 (kHz)表示。
3、信号的幅度是从信号的基线到当前波峰的距离。 幅度决定了信号音量的强弱程度。幅度越大，声音越强。对音 频信号，声音的强度用分贝(dB)表示，分贝的幅度就是音量。 幅度限周期 基线模拟音频信号的两个重要参数一、数字音频基础7.1.2 声音的频率和幅度多媒体技术处理的声音 主要是人耳可听到的20 20kHz的音频信号。言语（speech）/语音： 人说话的声音，其频率 范围约为3003400Hz全频带声音：音乐声、 风雨声、汽车声等其他 声音，其带宽可达到20 20kHzdB例子20声音工作室40夜晚的居民区60大型百货公司100高速公路上的汽车13075人管弦乐队 最强音一、数字音频基础n声音信号
4、的数字化：将模拟声音信号转换 成数字编码形式以便于计算机进行处理的过 程n声音信号数字化的过程：取样量化编码7.1.3 声音信号的数字化一、数字音频基础声音信号的数字化（动画）模拟 声音 信号取 样量 化编 码数字 声音011010011101声音信号的数字化一、数字音频基础取样频率：44.1kHz量化位数: 16Bit声道数目: Stereo或Mono数码率（bit rate）：指的是每秒钟的 数据量，也称比特率、码率波形声音的主要参数一、数字音频基础码率采样频率量化位数声道数单位：bit（位）/秒1Byte8bit课堂习题：例：已知数字激光唱盘（CD Audio）的标准 采样频率为44.1
5、 kHz，量化位数为16 位， 立体声。请问一分钟 CD-DA 音乐所需的存 储空间为多少？码率采样频率量化位数声道数时间（单位） 44.1kHz 16 b260 s 84672 kb 10584 kB 10.3 MB一、数字音频基础做一做，想一想n一个256M的MP3播放器能够储存采样频率 为44.1KHz、16位、立体声的WAV音乐多长 时间？n一张650M的CD光盘一般有几首歌？一个 512M的MP3可以储存几首MP3音乐？一、数字音频基础几种常见数字声音的主要参数一、数字音频基础采样率 (kHz)量化位 (bit)声 道编码算法容量 (MB/min )等效 音质11.0258单PCM0
6、.66语音22.0516双PCM5.292FM广播44.116双PCM10.584CD唱盘7.1.4 音频格式介绍1nCDA是CD Audio的缩写。音乐光碟片里面的音乐格式 ，是音乐CD片最常用的档案格式nWAV波形声音文件，是最早的数字音频格式 ，可以精 确记录各种声音但WAV格式对存储空间需求太大, 不便于交流和传播一、数字音频基础7.1.4 音频格式介绍2nMP3 由WAV文件经压缩而来，音质略低于CD和WAV 格式，但这种差异用耳朵难以分辨。压缩比1:10nWMA 音质可以与MP3相比，而大小只有MP3格式的一 半，也适用于网络，音质要好于RA格式。nRA适用于网络的“流式文件”，可
7、一边下载一边播放 ，压缩比达 1：96，文件比MP3格式小，只是音质 较差。一、数字音频基础7.1.4 音频格式介绍3nMIDI 存储的不是声音信号，而是各种乐器的发 音命令，播放时系统根据这些命令合成乐曲 ，midi文件的优点是非常小。一、数字音频基础走进MIDI的世界7.2 电子合成音乐MIDI MIDI和WAVE的比较 电子合成音乐（ MIDI ）的原理 MIDI与WAVE的相互转换7.2.1 MIDI和WAVE的比较MIDIWAVE(MP3)文件 内容音乐伴奏歌曲和演唱音 源MIDI乐器Mic，磁带，CD唱盘，音响容 量小与音质成正比音 质与声卡质量有关 与编码指标有关适用性易编辑，声
8、源受限， 数据量很小不易编辑，声源不限， 数据量大长度：3分30秒 长度：3分30秒二、电子合成音乐MIDI实例7.2.2 电子合成音乐（ MIDI ）的原理二、电子合成音乐MIDIMIDI（Musical Instrument Digital Interface）采用音乐符号记录和解释乐谱，并合成相应的音乐。MIDI不是把音乐的波形进行数字化采样和编码，而是将数字式电子乐器的弹奏过程记录下来，如按键、力度、时间多度等等。当需要播放这首乐曲时，根据记录的乐谱指令，通过音乐合成器生成音乐声波，经放大后由扬声器播出。 7.2.2 电子合成音乐（ MIDI ）的原理二、电子合成音乐MIDIl FM
9、( Frequency Modulation ) 合成通过硬件产生正弦信号，再经处理合成音乐。一般声卡采用的方式，音色与硬件有关，音色较单薄 l 波形表（Wavetable）合成专业声卡采用的方式。在声卡的ROM中预存各种实际乐器的声音采样，通过调用相应的实际声音数据合成乐音。ROM存储器的容量越大，合成的效果越好。7.3 数字音频的编辑和处理n如何转换音频文件的格式StreamBox Ripper MP3工具包（toolkit）n如何在电脑上录音电脑Mic的使用Windows录音机n专业音频处理软件Cooledit5.7.1. 如何使用StreamBox Ripper转换文件格式三、数字音频
10、的编辑和处理5.7.2 如何使用Mic录音三、数字音频的编辑和处理5.7.3 专业音频处理软件nGoldWavenCoolEditnAdobe Audition三、数字音频的编辑和处理n基本编辑操作声音的剪辑（删除、移动或复制一段声音，插 入空白等）声音音量调节（提高或降低音量，淡入、淡出 处理等）声音的反转、消除噪音n声音的效果处理包括混响、回声、和声效果、动态效果、升降 调、颤音等n格式转换功能声音编辑软件的功能三、数字音频的编辑和处理Cooledit软件功能及界面简介多轨音频编辑软件，最多可支持128个音轨，能高质量 地完成录音、编辑、合成等多种任务三、数字音频的编辑和处理CoolEdi
11、t音频处理实验1、安装CoolEdit2.0 Pro 2、从网上下载一首歌曲和配乐（MP3格式）。 3、将歌曲和配乐插入的音轨1 4、在音轨2中录下自己的声音 5、单独编辑音轨2，去除噪音（效果噪音消除降噪 器）。 6、通过“效果变调/变速变速器”试听自已的声音升高 和降低音调以后的效果。 7、返回多轨界面，校正音轨2使其与音轨1同步。 8、对前后进行剪切后，将前2轨混缩到第3轨，将第3轨 另存为码率为64kbps的MP3，改文件名后提交。三、数字音频的编辑和处理作业范例5.4.1 语音合成n语音合成（Speech synthesis）：根据语言学和 自然语言理解的知识，使计算机模仿人的发声，
12、自 动生成语音的过程。目前主要是按照文本（书面语 言）进行语音合成，这个过程称为文语转换（Text -To-Speech,简称TTS）。n文语转换过程文本分析韵律分析语音生成语音合成n文语转换过程文本文本分析韵律处理语音合成合成语音词典，发音规则韵律规则库语音库n对计算机合成的语音希望能达到 的要求：发音清晰可懂语气语调自然说话人可选择语速可变化等语音合成n计算机合成语音的应用：股票交易、航班动态查询、电话报税等业务有声E-mail服务CAI课件或游戏解说词的自动配音文稿校对、语言学习、语音秘书、自动报警、残疾人服务等语音合成5.4.2语音合成技术演示n中文（科大讯飞） http:/ http:/ http:/ ViaVoice（中文）nScansoft Drangon Naturally Speaking音效库(推荐)nhttp:/ ）nhttp:/ （国外）内容回顾： 计算“金色的麦田-窦鹏.mp3”压缩前的大小？n码率采样频率量化位数声道n 44.1kHz16bit2n 1411kb/s (176.4kB/s)n文件大小码率 时间长度n 176.4 * (3*60+41) )kBn = 37.9 MB
