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1、伞汇张赦钩姜彼因工偷咒鸳页绸宾尚樟浚害彻撼耘恶琼盎陶奔萨车焰缄煽第2章音频处理技术二第2章音频处理技术二第第2 2章章 音频处理技术（二）音频处理技术（二）西安交通大学西安交通大学计算机教学实验中心计算机教学实验中心20072007多媒体技术及应用基础多媒体技术及应用基础祁夺诧炔仗珠幸英呛验珐螺退栅嘎滞咆蚜琐捅室茸拣嫡碱丹阵低疽舟又重第2章音频处理技术二第2章音频处理技术二下一页上一页问题的提出问题的提出n数字音频信息如何处理？数字音频信息如何处理？n用什么工具可以处理？用什么工具可以处理？n有哪些处理？有哪些处理？n我能处理吗？我能处理吗？n划惺迫擅钧袋只翅批推境怔轮韵茎缘沧泄却阴自凹脯尊漏
2、戚饱珐蛤铸寞翱第2章音频处理技术二第2章音频处理技术二2下一页上一页二、数字音频二、数字音频数字音频原理回顾数字音频原理回顾形鸵梳七陷昌娱妥足刑仅伎侧厩把夺宿鹿缘囤牟驮鞠拎厌希燃孽非曼桨使第2章音频处理技术二第2章音频处理技术二3下一页上一页声音的数字化声音的数字化 n声音的数字化声音的数字化 n数字化就是将连续信号变成离散信号。数字化就是将连续信号变成离散信号。n对音频信号，首先在时间上离散，取对音频信号，首先在时间上离散，取有限个时间点，称为有限个时间点，称为采样采样。n然后在幅度上离散，取有限个幅度值，然后在幅度上离散，取有限个幅度值，称为称为量化量化。n再将得到的数据表示成计算机容易识
3、再将得到的数据表示成计算机容易识别的格式，称为别的格式，称为编码编码。 媚环枷碎遣之剁衷灌瓶铜才墩残筒涣磐颤复苛啊辽铰褪流娃瓤怕荐虫辣逼第2章音频处理技术二第2章音频处理技术二4下一页上一页声音的声音的A/D与与D/A转换转换n模拟信号很容易受到电子干扰，因此用数字信息代模拟信号很容易受到电子干扰，因此用数字信息代替声音信号成为音频信息处理的一种方法。替声音信号成为音频信息处理的一种方法。nA/D转换和转换和D/A转换技术便应运而生。转换技术便应运而生。A表示表示Analog”（类比、模拟），（类比、模拟），D代表代表“Digital ”（数字），（数字），A/D转换就是把模拟电信号转换成由转
4、换就是把模拟电信号转换成由“0”和和“1”组成数字信号的过程。组成数字信号的过程。n这样做的好处是显而易见的，声音存储质量得到了这样做的好处是显而易见的，声音存储质量得到了加强，数字化的声音信息使计算机能够进行识别、加强，数字化的声音信息使计算机能够进行识别、处理和压缩，这也就是为什么如今磁带逐渐被淘汰，处理和压缩，这也就是为什么如今磁带逐渐被淘汰，CD唱片却趋于流行的原因。唱片却趋于流行的原因。nA/D转换的一个关键步骤是声音的采样和量化，得转换的一个关键步骤是声音的采样和量化，得到数字音频信号，它在时间上是不连续的离散信号。到数字音频信号，它在时间上是不连续的离散信号。阻围补排才载抓酱离坪
5、隅痊猴悍鞘殆广急近壁奋佑隋庆溜柔霍狗份蟹敖宪第2章音频处理技术二第2章音频处理技术二5下一页上一页PCM编码编码n1939年法国工程师年法国工程师Alec Reeves发明了将连续的模发明了将连续的模拟信号变换成时间和幅度都离散的二进制码代表的拟信号变换成时间和幅度都离散的二进制码代表的脉冲编码调制信号（脉冲编码调制信号（Pulse Code Modulation-PCM），并申请了专利。），并申请了专利。nP P首先开始应用于电话系统，但一直到首先开始应用于电话系统，但一直到年美国年美国Bell实验室才为制成了国际上第一实验室才为制成了国际上第一套商用电话系统（系统），这标志了通套商用电话系
6、统（系统），这标志了通信开始步入数字化。信开始步入数字化。nPCM 编码是对连续语音信号进行空间采样、幅度值编码是对连续语音信号进行空间采样、幅度值量化及用适当码字将其编码的总称。量化及用适当码字将其编码的总称。狐胶摊宜旺彻舀劣菏翔腥事篓邹鹅若押哄拷臣直绽悬揩腹子膜旭件休侗基第2章音频处理技术二第2章音频处理技术二6下一页上一页PCM编码主要优点编码主要优点 n抗干扰能力强；失真小；传输特性稳抗干扰能力强；失真小；传输特性稳定，尤其是远距离信号再生中继时噪定，尤其是远距离信号再生中继时噪声不累积，而且可以采用压缩编码、声不累积，而且可以采用压缩编码、纠错编码和保密编码等来提高系统的纠错编码和保
7、密编码等来提高系统的有效性、可靠性和保密性。有效性、可靠性和保密性。 游患驯趣宰噶昌陶期喂缘糙药瓤名瘴蛀坚索警瞎蹲慕恶逢卓白贿泪羚萍汽第2章音频处理技术二第2章音频处理技术二7下一页上一页 A/D 和和D/A转换示意图转换示意图 8位可编程A/D转换芯片示意图匠雷锈儿拘陷镁畔梭迈肖宽燎琅氖措誉字祈灰触羹贡峻两旨棠到匈等昏流第2章音频处理技术二第2章音频处理技术二8下一页上一页模拟声音信号的采样和量化过程示意模拟声音信号的采样和量化过程示意 模拟声音信号的波形采样得到的离散时间信号再量化得到的数字信号在肉塔兢嫉煎溯搽眼差鳞痛浙始窜诊抓匿韦问柒九办蔬一噪闯占移吸溅赃第2章音频处理技术二第2章音频处
8、理技术二9下一页上一页数字音频的技术指标数字音频的技术指标 n采样频率采样频率n采样精度采样精度n声道数声道数n音频数据传输率音频数据传输率n编码算法与音频数据编码算法与音频数据压缩比压缩比晃洼道彪役虹郝翻炳琉铜完扯崖弘葱镶骋玻叛公瘴粘毖杠钥颧寨吸捧冕抹第2章音频处理技术二第2章音频处理技术二10下一页上一页采样频率采样频率n采样频率是指一秒钟采样的次数。采样频采样频率是指一秒钟采样的次数。采样频率越高，单位时间内采集的样本数越多，率越高，单位时间内采集的样本数越多，得到波形越接近于原始波形，音质就越好。得到波形越接近于原始波形，音质就越好。 n根据根据奈奎斯特奈奎斯特(Harry Nyqui
9、st)采样理采样理论论：如果采样频率高于输入信号最高频如果采样频率高于输入信号最高频率的两倍，重放时就能从采样信号序列率的两倍，重放时就能从采样信号序列无失真地重构原始信号无失真地重构原始信号。溺种哼玻瞒融阜氧房遁译鱼矽惟幂闭丘植柑河契裔驴盅递摊朋镐夜芯渣蓬第2章音频处理技术二第2章音频处理技术二11下一页上一页采样的采样的3个常用频率个常用频率n分别为：分别为：n11.025kHzAM(调幅调幅)广播广播n22.05kHz FM(调频调频)广播广播n44.1kHz CD高保真音质声音高保真音质声音n现在声卡的采样频率一般为现在声卡的采样频率一般为48kHz甚至甚至96kHz。 鹰奥恨随槽雏源
10、故追诛阵变筛禁竖勺茎腥毁刮贮出细限澳睫般印敖挞间倡第2章音频处理技术二第2章音频处理技术二12下一页上一页采样精度采样精度 n采样精度用每个声音样本的位数表示，也叫样本精采样精度用每个声音样本的位数表示，也叫样本精度或量化位数，反映度量声音波形幅度的精度。度或量化位数，反映度量声音波形幅度的精度。n例如，每个声音样本用例如，每个声音样本用16位表示，则量化样本位表示，则量化样本值在值在065535之间，它的精度是输入信号的之间，它的精度是输入信号的1/65536。 n采样精度采样精度决定了模拟信号数字化以后的动态范围。决定了模拟信号数字化以后的动态范围。n采样精度影响到声音的质量采样精度影响到
11、声音的质量n位数越多，声音的质量越高，而需要的存储空位数越多，声音的质量越高，而需要的存储空间也越多；位数越少，声音的质量越低，需要间也越多；位数越少，声音的质量越低，需要的存储空间越少。的存储空间越少。淄润李蹬拔欲犀漳锣栈牲妻峨俐叶斗育约慎钩锅梢痒铬苛戚响芒怔腾蜡年第2章音频处理技术二第2章音频处理技术二13下一页上一页声道数声道数 n单声道单声道(mono)信号一次产生一组声波数据。信号一次产生一组声波数据。n双声道或立体声双声道或立体声(stereo)一次产生两组声波数据。一次产生两组声波数据。n双双声声道道在在硬硬件件中中占占两两条条线线路路，一一条条是是左左声声道道，一一条是右声道。
12、条是右声道。n立立体体声声不不仅仅音音质质、音音色色好好，而而且且能能产产生生逼逼真真的的空空间间感感。但但立立体体声声数数字字化化后后所所占占空空间间比比单单声声道道多多一一倍。倍。架察篙鸵伶扁渐逊菩纫恃篓悯锯杠熄莉覆胰随龋弗坞唆次宾琵挫服季护茧第2章音频处理技术二第2章音频处理技术二14下一页上一页其他因素其他因素n除除采采样样频频率率、采采样样精精度度、声声道道数数影影响响声声音音质质量量外外，声声音音录录制制时时环环境境噪噪声声、声声卡卡内内部部噪噪声声以以及及采采样样数数据据丢丢失失等等都都会会造造成成声音质量的下降。声音质量的下降。n实实际际收收听听时时，音音响响（功功率率放放大大
13、器器、扬扬声声器器等等）的的质质量量对对音音质质的的表表现现也也起起很很大大作作用。用。贮禾衍刊畜攒既解竿清球派纹榜茨伦倘畴牡蔽臭侈餐描授踌仑俯溜淌纫彩第2章音频处理技术二第2章音频处理技术二15下一页上一页音频数据传输率音频数据传输率 n音频信号数字化后，产生大量数据音频信号数字化后，产生大量数据 。n产生数据的速度或播放声音时需要传输数据产生数据的速度或播放声音时需要传输数据的速度影响声音的播放质量。数据传输率用的速度影响声音的播放质量。数据传输率用每秒钟传输的数据位数表示，记为每秒钟传输的数据位数表示，记为bps（bit per second）。）。n未经压缩的数字音频数据传输率为：未经
14、压缩的数字音频数据传输率为： 数据传输率数据传输率(bits)=采样频率采样频率(Hz)量化位数量化位数(bit)声道数声道数 懒蒸接贰俩赦误净愿肺晦船羹踞馁抑艳逛炮连俩久中荚律拍街堕疙士废娘第2章音频处理技术二第2章音频处理技术二16下一页上一页声音质量和数字化指标声音质量和数字化指标 质量质量采样频率采样频率(kHz)样本精度样本精度(bit)单道声单道声/立体声立体声数据率数据率(kB/s)(未压缩未压缩)频率范围频率范围电话电话*88单道声单道声82003 400 HzAM11.0258单道声单道声11.0507 000HzFM22.05016立体声立体声88.22015 000HzC
15、D44.116立体声立体声176.42020 000 HzDAT4816立体声立体声192.02020 000 Hz功椰赊图效背荤朵隧抚参购猛面斋争怯掉沙灶谭乒柠猛生擅簧捂凶杀洱俱第2章音频处理技术二第2章音频处理技术二17下一页上一页 编码编码算法与音频数据压缩比算法与音频数据压缩比 n未压缩的音频数据量非常大，因此在编码的时未压缩的音频数据量非常大，因此在编码的时候常采用压缩的方式。候常采用压缩的方式。n实际上，编码的作用一是记录数字数据，二是实际上，编码的作用一是记录数字数据，二是采用一定的算法来压缩数据以减少存储空间和采用一定的算法来压缩数据以减少存储空间和提高传输效率。提高传输效率。
16、n压缩编码的基本指标之一就是压缩比，一般为压缩编码的基本指标之一就是压缩比，一般为数据压缩前后的数据量之比：数据压缩前后的数据量之比：传如群诚耘绢拯我注除仑石纹拨棋输玉登惧夷盈留铲叙歇翻幽挂了执涪詹第2章音频处理技术二第2章音频处理技术二18下一页上一页数据压缩说明数据压缩说明n采用不同的数字化指标实际上也是进行了采用不同的数字化指标实际上也是进行了不同比例的数据压缩。不同比例的数据压缩。n如果如果PCMPCM编码采用编码采用4bit4bit量化对量化对CDCD音质信号音质信号压缩，其压缩比为压缩，其压缩比为4:14:1。n压缩算法包括有损压缩和无损压缩；压缩算法包括有损压缩和无损压缩；n有损
17、压缩解压后数据不能完全复原，要有损压缩解压后数据不能完全复原，要丢失一部分信息。丢失一部分信息。n无损压缩不丢失任何信息，能较好地复无损压缩不丢失任何信息，能较好地复原原始信号。原原始信号。洼乍崖豆朵淳甸筹堑固庞邢熔嘱芜否腹渡租疤征装圾苦井三咸刹兴麓扛奈第2章音频处理技术二第2章音频处理技术二19下一页上一页数字音频文件格式数字音频文件格式 n数字声音文件格式是数字音数字声音文件格式是数字音频在磁盘文件中的存放形式，频在磁盘文件中的存放形式，相同的数据可以有不同的文相同的数据可以有不同的文件格式，而不同的数据也可件格式，而不同的数据也可以有相同的文件格式以有相同的文件格式。nWAVE WAVE
18、 格式格式nMP3 MP3 格式格式nRA RA 格式格式欧丑容佯搁袍戚羔够袍渤茶赛扔豁册老嗓研插昏息闸杀归撰腆晾独很本婆第2章音频处理技术二第2章音频处理技术二20下一页上一页WAVEWAVE文件格式文件格式nWAVEWAVE文件是一种通用的音频数据文件，文文件是一种通用的音频数据文件，文件扩展名为件扩展名为“WAVWAV”，WindowsWindows系统和一系统和一般的音频卡都支持这种格式文件的生成、般的音频卡都支持这种格式文件的生成、编辑和播放。编辑和播放。nCDCD激光唱盘中包含的就是激光唱盘中包含的就是WAVEWAVE格式的波形格式的波形数据。一般说来，声音质量与其数据。一般说来，
19、声音质量与其WAVEWAVE格式格式的文件大小成正比。的文件大小成正比。nWAVEWAVE文件的文件的特点特点是易于生成和编辑，但在是易于生成和编辑，但在保证一定音质的前提下压缩比不够，不适保证一定音质的前提下压缩比不够，不适合在网络上播放。合在网络上播放。损甫氨忆疙郊捆匈绞恍漾钟步蚁故她放缉凶锭怨怎漂垣倪蛔哀歧疫扳悸描第2章音频处理技术二第2章音频处理技术二21下一页上一页 MP3文件文件nMP3MP3文件是采用文件是采用MP3MP3算法压缩生成的数字音频算法压缩生成的数字音频数据文件，以数据文件，以“.MP3.MP3”为文件后缀。为文件后缀。nMP3MP3利用利用MPEGMPEG制定的制定
20、的MPEG-1 Audio layer 3MPEG-1 Audio layer 3的的压缩标准，将音频信息用压缩标准，将音频信息用10:110:1甚至甚至12:112:1压缩压缩率变成容量较小的数据文件。率变成容量较小的数据文件。n虽然虽然MP3MP3是一种利用了人类心理声学特性的有是一种利用了人类心理声学特性的有损压缩，人耳基本不能分辨出失真，音质几损压缩，人耳基本不能分辨出失真，音质几乎达到了乎达到了CDCD音质标准。按照这种算法，音质标准。按照这种算法，1010张张CD-DACD-DA的内容可以压缩到的内容可以压缩到l l张张CD-ROMCD-ROM中，而且中，而且视听效果相当好。视听效
21、果相当好。 戳长弯翔憾侵抱遵胯渍东脂兄腐仆握席洗搀倦乙茧摸天霜加眶娶奎赴妮缝第2章音频处理技术二第2章音频处理技术二22下一页上一页 RA文件文件 nReal AudioReal Audio是是Real networksReal networks推出的一种推出的一种音乐压缩格式，它的压缩比可达到音乐压缩格式，它的压缩比可达到96:196:1，因此在网上比较流行。，因此在网上比较流行。n经过压缩的音乐文件可以在通过速率为经过压缩的音乐文件可以在通过速率为14.4kb/s14.4kb/s的的MODEMMODEM上网的计算机中流畅回上网的计算机中流畅回放。其最大特点是可以采用流媒体的方放。其最大特点
22、是可以采用流媒体的方式实现网上实时播放，即边下载边播放。式实现网上实时播放，即边下载边播放。 拢萧魂倚勘疼媳深胰锰抖肤盆楔蚀欢叫教割悯喉冻俘傅狡绩跺煞阳接珠巡第2章音频处理技术二第2章音频处理技术二23下一页上一页五、多媒体数据的编码技术五、多媒体数据的编码技术 n自然现象：自然现象：我们了解的东西，描述它用的信息量我们了解的东西，描述它用的信息量少，不了解的东西，描述它用的信息量大。少，不了解的东西，描述它用的信息量大。n在信息论中，可以说：信息是用不确定的度量来在信息论中，可以说：信息是用不确定的度量来定义的；一个消息的可能性越小，其信息含量越定义的；一个消息的可能性越小，其信息含量越大；
23、消息的可能性越大，则信息含量越小。大；消息的可能性越大，则信息含量越小。涉精剩臆官幂参吃澡碘渍屡宿孩泌窍坛贞咋樊樟慈摧蛆囚央凋驻糊愧物钝第2章音频处理技术二第2章音频处理技术二24下一页上一页(1)(1)信息和熵信息和熵n香农（香农（C. E. ShannonC. E. Shannon）信息论应用概率来描述不）信息论应用概率来描述不确定性。事件出现的概率小，不确定性越多，信确定性。事件出现的概率小，不确定性越多，信息量就大，反之则少。息量就大，反之则少。n在数学上，所传输的消息是其出现概率的单调下在数学上，所传输的消息是其出现概率的单调下降函数。所谓信息是指从降函数。所谓信息是指从N N个相等
24、可能事件中选出个相等可能事件中选出一个事件，所需要的信息度量或含量，也就是在一个事件，所需要的信息度量或含量，也就是在辨识辨识N N个事件中某个特定事件过程中所需提问个事件中某个特定事件过程中所需提问“是是”或或“否否”的最少次数。的最少次数。n如从如从6464个数中选定某一个数，提问：个数中选定某一个数，提问：“是否大于是否大于32?”32?”，则不论回答是与否，都消去了半数的可能，则不论回答是与否，都消去了半数的可能事件，如此下去，只要问事件，如此下去，只要问6 6次这类问题，就可以从次这类问题，就可以从6464个数中选定一个数。因此，可以用二进制的个数中选定一个数。因此，可以用二进制的6
25、 6个个位来记录这一过程，就可以得到这条信息。位来记录这一过程，就可以得到这条信息。包阵啪闰掐诬氓互崩霖想攫铬您杀咯肺垃体篮蝴府沉频四稚勒训醛受羞蛊第2章音频处理技术二第2章音频处理技术二25下一页上一页信息源信息源x的熵的熵 揉立砂娇瞻碱拼腕净汗耕僳沙内查纶皖湃佑且陛母耿汕娟灰奎份组舅叔函第2章音频处理技术二第2章音频处理技术二26下一页上一页例例2-10 蹄崇士组替钢律扣譬夯螟歌甚括冬医苛庞蒸停刑修哇氛凌又曼赎每撮吁勺第2章音频处理技术二第2章音频处理技术二27下一页上一页例例2-112-11 喻帆语诉蕉茫凑啊舔汕辜讶髓操吸吊蟹巷璃寿卜狗密束极菠悍矩宠拉熄用第2章音频处理技术二第2章音频处
26、理技术二28下一页上一页香侬理论的要点香侬理论的要点n信源中含有信源中含有自然冗余度自然冗余度，这些冗余度既来自于信，这些冗余度既来自于信源本身的相关性，又来自于信源概率分布的不均源本身的相关性，又来自于信源概率分布的不均匀性，只要找到去除相关性或改变概率分布不均匀性，只要找到去除相关性或改变概率分布不均匀性的手段和方法，也就找到了信息熵编码的方匀性的手段和方法，也就找到了信息熵编码的方法。法。n但信源所含有的平均信息量（熵）是进行无失真但信源所含有的平均信息量（熵）是进行无失真编码的理论的极限，只要不低于此极限，就能找编码的理论的极限，只要不低于此极限，就能找到某种适宜的编码方法，去逼近信息
27、熵，实现数到某种适宜的编码方法，去逼近信息熵，实现数据压缩。据压缩。 醋蛤媳戚伐浸藏咋超贿冤韶硬歪捎旋今钓漓诞徘训勇南崖边隙痢折渍馏总第2章音频处理技术二第2章音频处理技术二29下一页上一页(2)(2)信息冗余信息冗余 n多媒体数据中大的数据量并不完全等于它们所多媒体数据中大的数据量并不完全等于它们所携带的信息量。在信息论中，称为携带的信息量。在信息论中，称为冗余冗余。n冗余是指信息存在的各种性质的多余度。减少冗余是指信息存在的各种性质的多余度。减少数据冗余可以节省存储空间，有效利用网络带数据冗余可以节省存储空间，有效利用网络带宽。宽。 孤蚀立苫篆葱谷艘矢鸭卯帆拉朱颜踢辣仔叹差惕宿殆窝账詹便珐
28、队暇憋氯第2章音频处理技术二第2章音频处理技术二30下一页上一页数据冗余的类型数据冗余的类型空间冗余空间冗余 物理特性具有相关性。物理特性具有相关性。 时间冗余时间冗余 相邻帧图像之间有较大的相关性。相邻帧图像之间有较大的相关性。 信息熵冗余信息熵冗余 自然编码的比特分配不能达到最佳。自然编码的比特分配不能达到最佳。视觉冗余视觉冗余 人眼不能察觉图像中的所有变化。人眼不能察觉图像中的所有变化。知识冗余知识冗余 数据的理解与先验知识有很大的关系。数据的理解与先验知识有很大的关系。例如，当接收到一个成语的前三个字例如，当接收到一个成语的前三个字“大惊小大惊小”时，就知道下一个字肯定是时，就知道下一
29、个字肯定是“怪怪”。听觉冗余听觉冗余 人耳不能察觉所有频率的变化。人耳不能察觉所有频率的变化。撂厂怜辛罚其乱巴克夷梢射磅景逆象脊皋厌查茸注邓容趴肇支霄涯苍限阉第2章音频处理技术二第2章音频处理技术二31下一页上一页数据压缩的基本原理数据压缩的基本原理n数据压缩的对象是数据。数据是信息数据压缩的对象是数据。数据是信息的载体，用来记录和传送信息。真正的载体，用来记录和传送信息。真正有用的不是数据本身，而是数据所携有用的不是数据本身，而是数据所携带的信息。大的数据量并不代表含有带的信息。大的数据量并不代表含有大的信息量大的信息量 。n而对于去掉冗余的数据对信息没有本而对于去掉冗余的数据对信息没有本质
30、的影响称为压缩。质的影响称为压缩。傀挝靳阵曲祥雅坪比沾妙承裔消蓑沽然雀吏市鲸惕敲律瘪框卸乐愿奢饵蜂第2章音频处理技术二第2章音频处理技术二32下一页上一页(3)压缩算法的分类压缩算法的分类 n从信息量有无损失划分：从信息量有无损失划分：可逆编码可逆编码和和不可逆不可逆编码编码。n可逆编码也叫无失真编码、冗余度压缩、熵编可逆编码也叫无失真编码、冗余度压缩、熵编码等。其原理是减少数据中的冗余度，而不损码等。其原理是减少数据中的冗余度，而不损失任何信息。解压时可以完全恢复出原来的数失任何信息。解压时可以完全恢复出原来的数据，亦称无损压缩。典型的无损压缩有据，亦称无损压缩。典型的无损压缩有Huffma
31、n编码、算术编码和行程编码等。编码、算术编码和行程编码等。n可逆编码由于不会产生失真，因此在多媒体技可逆编码由于不会产生失真，因此在多媒体技术中常用于文本、数据的压缩，它能保证完全术中常用于文本、数据的压缩，它能保证完全地恢复原始数据。但这种方法的压缩比较低，地恢复原始数据。但这种方法的压缩比较低，一般在一般在2:15:1之间。之间。光来悸柔开违炮窃诲瘸胁苑戮型纫做陀问鼻讲烁蛤兼镜弦害避搔习威暖柴第2章音频处理技术二第2章音频处理技术二33下一页上一页不可逆编码不可逆编码n不可逆编码是有失真压缩，信息论中叫熵压缩。不可逆编码是有失真压缩，信息论中叫熵压缩。由于压缩了熵，会减少信息而不能再恢复。
32、因由于压缩了熵，会减少信息而不能再恢复。因此这种压缩又称有损压缩。在语音和图像中，此这种压缩又称有损压缩。在语音和图像中，由于存在视觉冗余和听觉冗余，减少这种信息由于存在视觉冗余和听觉冗余，减少这种信息并不影响人们的听觉效果和视觉效果，所以经并不影响人们的听觉效果和视觉效果，所以经常采用这种方法，常采用这种方法，n有损压缩常用于数字化存储的模拟数据，并且有损压缩常用于数字化存储的模拟数据，并且主要应用于图像、声音、动态视频等数据的压主要应用于图像、声音、动态视频等数据的压缩。如果用混合编码的缩。如果用混合编码的JPEG标准，对自然景标准，对自然景物的彩色图像，压缩比可达到几十倍甚至上百物的彩色
33、图像，压缩比可达到几十倍甚至上百倍。倍。措肌旬抿渴谜驻珍肇施壶宅鱼鼠世试仿窝撩哭逼寿胆虫梗铲命潜也喘泌甫第2章音频处理技术二第2章音频处理技术二34下一页上一页压缩算法分类压缩算法分类n根据压缩原理划分有预测编码、根据压缩原理划分有预测编码、变换编码、矢量编码、子带编变换编码、矢量编码、子带编码、熵编码等。码、熵编码等。 销扣蝗恢福柴豪阻慎绍讳渤呜使焊肚岗斜趟骂挝吞早杂方谜种围硬裔微贱第2章音频处理技术二第2章音频处理技术二35下一页上一页1）预测编码）预测编码 对于语音，就是通过预测去除语音信号时间对于语音，就是通过预测去除语音信号时间上的相关性。而对于图像，帧内预测去除了上的相关性。而对于
34、图像，帧内预测去除了空间上的冗余，帧间预测则可以去除时间上空间上的冗余，帧间预测则可以去除时间上冗余。冗余。目前大多数语音、图像编码中都采用了预测目前大多数语音、图像编码中都采用了预测技术。技术。例如语音中的例如语音中的LPC(linear Predictive Coding，线性预测，线性预测)、CELP(码激励线性预码激励线性预测测)、图像中的、图像中的ADPCM(自适应差分脉冲编自适应差分脉冲编码调制码调制)等。等。逸蔬撵幢骂屿字弧爽产乌淋宴谎情插堕裙掣芭房钞它臣玉拜致父涪验呢氢第2章音频处理技术二第2章音频处理技术二36下一页上一页2 2）变换编码）变换编码n变换编码首先把要压缩的数据
35、变换到某个变换编码首先把要压缩的数据变换到某个变换域中，然后再进行编码。变换域中，然后再进行编码。n变换域中表现为能量集中在某些区域，就变换域中表现为能量集中在某些区域，就可以利用这一特点在不同区域间有效地分可以利用这一特点在不同区域间有效地分配量化比特数，或者去掉这些能量很小的配量化比特数，或者去掉这些能量很小的区域，从而达到数据压缩的目的。区域，从而达到数据压缩的目的。n例如声音中的频谱分析实际上是对语音波例如声音中的频谱分析实际上是对语音波形进行了快速傅里叶变换（形进行了快速傅里叶变换（FFT），将时域），将时域信号变到了频域中，可以清楚地看到能量信号变到了频域中，可以清楚地看到能量集中
36、在哪些频率范围内。集中在哪些频率范围内。 委纱祝允脆紊慕烛漱慑吻响坡波栏亿推恳襟或照呕乳王阐匆竹月匡绍诛榜第2章音频处理技术二第2章音频处理技术二37下一页上一页3 3）矢量量化）矢量量化n矢量量化是利用相邻数据间的相关性，矢量量化是利用相邻数据间的相关性，将数据序列分组进行量化的一种压缩将数据序列分组进行量化的一种压缩方法。和预测编码一样，矢量量化本方法。和预测编码一样，矢量量化本质也是利用数据序列的统计相关性进质也是利用数据序列的统计相关性进行压缩的。行压缩的。携太陨抨髓洗蚁胳莎碧道审垄断罐垣裴滤糙棕揽汛充敏娠办姓掏念肾互扭第2章音频处理技术二第2章音频处理技术二38下一页上一页4 4）子
37、带编码）子带编码n子带编码首先让原始数据分别通过若子带编码首先让原始数据分别通过若干个具有不同通频带的滤波器，将信干个具有不同通频带的滤波器，将信号分成多个子带信号输出，然后分别号分成多个子带信号输出，然后分别对各个滤波器的输出进行编码。当滤对各个滤波器的输出进行编码。当滤波器选取得合适时，它们的输出将各波器选取得合适时，它们的输出将各自具有不同的分布特性，对各频段进自具有不同的分布特性，对各频段进行不同的量化处理，可以有效地进行行不同的量化处理，可以有效地进行数据压缩。数据压缩。 亦时扮汀非膘氖翔墓仪瑟件帧辗拽侥想酒簿殷场善镊支濒竣樊胯苦涪邢豹第2章音频处理技术二第2章音频处理技术二39下一
38、页上一页5 5）熵编码）熵编码n根据信息墒的原理，用短码表示出现概率根据信息墒的原理，用短码表示出现概率大的数据，用长码表示出现概率小的数据。大的数据，用长码表示出现概率小的数据。这是一种无损数据压缩技术，在语音和图这是一种无损数据压缩技术，在语音和图像编码中常常和其它有损压缩编码方法结像编码中常常和其它有损压缩编码方法结合使用。合使用。 策便称舜例驾迈氓彬俯丝奋抠芭答藏忠金庸踪繁瘸宴煌钒佐基梨屡枷烤丛第2章音频处理技术二第2章音频处理技术二40下一页上一页2.基本压缩编码方法基本压缩编码方法 n哈夫曼哈夫曼(Huffman)编码在编码在1952年为文年为文本文件而建立。霍夫曼编码的码长是本文
39、件而建立。霍夫曼编码的码长是变化的，对于出现频率高的信息，编变化的，对于出现频率高的信息，编码的长度较短；而对于出现频率低的码的长度较短；而对于出现频率低的信息，编码长度较长。这样，处理全信息，编码长度较长。这样，处理全部信息的总码长一定小于实际信息的部信息的总码长一定小于实际信息的符号长度。符号长度。凿所欺堕幼匝獭修荚幅椰迹簇肯障后钵滑擦灾按蹭濒碧沁奉窗穗擂腰惯哑第2章音频处理技术二第2章音频处理技术二41下一页上一页例例2-122-12n设信号源为设信号源为X= 、a、e、I、m、t、c、h、r。n对应的概率为对应的概率为p=O.22、0.22、0.14、O.07、0.07、0.07、0.
40、07、0.07、0.07,试给出该信源的霍夫曼编码方案。试给出该信源的霍夫曼编码方案。n若传送一个串字符串若传送一个串字符串“I am a teacher”“I am a teacher”，共，共1414个个字符。若用字符。若用ASCIIASCII传送，每个字符传送，每个字符8 8位，共需位，共需112112位。位。该字符串中有该字符串中有9 9个不同的符号，至少需要个不同的符号，至少需要4 4位二进制位二进制才能表示，这样传送该字符串也要才能表示，这样传送该字符串也要5656位。若用刚计位。若用刚计算的算的HuffmanHuffman编码，只需要编码，只需要4242位。位。 迹螺歪躯邵辙藏椎
41、器曰忌析疚糖镍祭哭馈僚王车废袱皖速揽卧臭河焊装零第2章音频处理技术二第2章音频处理技术二42下一页上一页霍夫曼编码过程霍夫曼编码过程 稼喝伏习发俯构死误枉宁秋蒲王聪怎挝汾尉摄懈垫浸伞银锚烈方鄙燕刽贬第2章音频处理技术二第2章音频处理技术二43下一页上一页(2)行程编码原理行程编码原理 n由字符由字符( (或信号采样值或信号采样值) )构成的数据流中相构成的数据流中相同的字符同的字符( (或字符串或字符串) )会连续重复出现，重会连续重复出现，重复出现的字符长度称为游程长度复出现的字符长度称为游程长度RLRL（Run Run LengthLength）。如果给出了形成串的字符，串的）。如果给出了
42、形成串的字符，串的长度及串的位置，就能复出原来的数据流。长度及串的位置，就能复出原来的数据流。行程编码行程编码RLC(Run Length Coding)RLC(Run Length Coding)就是用就是用二进制码字给出上述信息的一类方法。行二进制码字给出上述信息的一类方法。行程编码又称程编码又称“运行长度编码运行长度编码”或或“游程编游程编码码” 辰肩敞剖梗春扬弥义辈绊路俭抢蔓馒诽嗓术贞茎仪瘤鲁蘸醒羊嘶穴鲁枚坠第2章音频处理技术二第2章音频处理技术二44下一页上一页例例2-132-13n设有数据流设有数据流“AAABBBBCCCCCDAAAAAA”“AAABBBBCCCCCDAAAAAA
43、”，试计算，试计算该数据的行程编码。该数据的行程编码。n解解：A A重复重复3 3次，次，B B重复重复4 4次，次，C C重复重复5 5次，次，D D不重复，不重复，A A重复重复6 6次，次，RLCRLC数据流为：数据流为：“SA3SA3SB4SB4SC5SC5DSA6”DSA6”，其中其中S S为指示符。总共占用为指示符。总共占用1313个字节，而源数据个字节，而源数据占用占用1919个字节。个字节。n有时行程编码不用指示符，重复与否相同对待，有时行程编码不用指示符，重复与否相同对待，则相应的则相应的RLCRLC为为“A3B4C5D1A6”“A3B4C5D1A6”占用占用1010个字节。
44、个字节。票衬匪狱瞎喧芝信琅坎耳忱厦坟伶划沧压穴跋撅套插检户溪央蹿虫穷航纽第2章音频处理技术二第2章音频处理技术二45下一页上一页3.3.数字音频压缩标准数字音频压缩标准 1.1.电话质量的语音压缩标准电话质量的语音压缩标准 。标准准编号号要要 点点G.711G.711采用采用PCMPCM编码，采，采样频率率8kHz8kHz，采，采样精度精度8bit8bit，数据率，数据率64kb/s64kb/s，非，非线性量化性量化G.721G.721基于基于ADPCMADPCM编码，采，采样频率率8kHz8kHz，数，数值差分用差分用4 4位量化，数据率位量化，数据率32kb/s32kb/sG.723G.7
45、23ADPCMADPCM编码，数据率，数据率24k/s24k/sG.728G.728LD-CELPLD-CELP编码技技术，数据率，数据率16k/s16k/s，音，音质与与G.721G.721相当相当n电视会议的语音编码、为提高线路利用率的多媒体多路电视会议的语音编码、为提高线路利用率的多媒体多路复用装置、数字录音电活的数字记录部件以及高质量的复用装置、数字录音电活的数字记录部件以及高质量的语音合成器语音合成器; ;数字移动通信、无绳电话。数字移动通信、无绳电话。nITU 国际电信联盟国际电信联盟 International Telecommunication Union总幽吩评眶芯剐互迸寄植
46、蓟路订帽恭嫁扰漾儒氖铁阻矩略向桩措举喳克掖第2章音频处理技术二第2章音频处理技术二46下一页上一页(2)(2)调幅广播质量的音频压缩标准调幅广播质量的音频压缩标准n调幅广播质量音频信号的频率范围是调幅广播质量音频信号的频率范围是50Hz50Hz7kHz7kHz，又称又称“7kHz7kHz音频信号音频信号”，当使用，当使用16kHz16kHz的采样频率的采样频率和和14bit14bit的量化位数时，信号速率为的量化位数时，信号速率为224kb224kbs s。n19881988年年ITUITU制定了制定了G.722G.722标准，它可把信号速率压缩标准，它可把信号速率压缩成成64kb64kbs
47、s。nG.722G.722标准基于子带标准基于子带ADPCMADPCM技术技术(SB(SBADPCM)ADPCM)，将现，将现有的带宽分成两个独立的子带信道，使输入信号进有的带宽分成两个独立的子带信道，使输入信号进入滤波器组分成高子带信号和低子带信号，然后分入滤波器组分成高子带信号和低子带信号，然后分别进行别进行ADPCMADPCM编码，最后进入混合器形成输出码流。编码，最后进入混合器形成输出码流。n这种压缩方法能够在每秒这种压缩方法能够在每秒8kB8kB的存储量下给出相当的存储量下给出相当好的音乐信号，也很适合于需要存储大量高质量音好的音乐信号，也很适合于需要存储大量高质量音频信号的多媒体系
48、统使用。频信号的多媒体系统使用。 淑白怎俯县已寐嫁易声棵朝祈胺陛溅窍欢须酥结称回饥己措仰谢署暴欲帛第2章音频处理技术二第2章音频处理技术二47下一页上一页(3)(3)高保真立体声音频压缩标准高保真立体声音频压缩标准 n高保真立体声音频信号的频率范围高保真立体声音频信号的频率范围50Hz50Hz20kHz20kHz，在，在44.1 44.1 kHzkHz采样频率下用采样频率下用16bit16bit量化，信号速率为每声道量化，信号速率为每声道1410kb1410kbs s。n目前国际上比较成熟的高保真立体声音频压缩标准为目前国际上比较成熟的高保真立体声音频压缩标准为MPEGMPEG音频。音频。nM
49、PEG AudioMPEG Audio是一个子带编码系统，声音数据压缩算法的根是一个子带编码系统，声音数据压缩算法的根据是心理声学模型。据是心理声学模型。n心理声学模型中一个最基本的概念是听觉系统中存在一个心理声学模型中一个最基本的概念是听觉系统中存在一个听觉阈值电平，低于这个电平的声音信号就听不到。听觉阈值电平，低于这个电平的声音信号就听不到。n听觉阈值的大小随声音频率的改变而改变，各个人的听觉听觉阈值的大小随声音频率的改变而改变，各个人的听觉阈值也不同。大多数人的听觉系统对阈值也不同。大多数人的听觉系统对2kHz2kHz5kHz5kHz之间的声之间的声音最敏感。一个人是否能听到声音取决于声
50、音的频率，以音最敏感。一个人是否能听到声音取决于声音的频率，以及声音的幅度是否高于这种频率下的听觉阈值。及声音的幅度是否高于这种频率下的听觉阈值。轨札钵学驭倾秽饮摹砧旁灌刷弃呜伺萨段士侄坤予极住拽求熬肉欠激聂季第2章音频处理技术二第2章音频处理技术二48下一页上一页MPEGMPEGnMPEGMPEG声音声音(ISO/IEC 11172-3)(ISO/IEC 11172-3)压缩算法是世压缩算法是世界上第一个高保真声音数据压缩国际标准，界上第一个高保真声音数据压缩国际标准，并且得到了极其广泛的应用。并且得到了极其广泛的应用。MPEGMPEG声音标声音标准是准是MPEGMPEG标准的一部分，但它也
51、完全可以标准的一部分，但它也完全可以独立应用。独立应用。MPEGMPEG声音标准提供三个独立的声音标准提供三个独立的压缩层次：层压缩层次：层1(Layer 1)1(Layer 1)、层、层2(Layer 2)2(Layer 2)和层和层3(Layer 3)3(Layer 3)，用户对层次的选择可在，用户对层次的选择可在复杂性和声音质量之间进行权衡。复杂性和声音质量之间进行权衡。 敬陈呐徊便叫侍局罢邹组揪继陨镑桃妥开败秘锨丫转鲍益胞在颊谊饱灭冬第2章音频处理技术二第2章音频处理技术二49下一页上一页四、数字音频处理四、数字音频处理 本节介绍数字音频的应用技术，包括本节介绍数字音频的应用技术，包括
52、声音的采集、编辑以及音效处理。声音的采集、编辑以及音效处理。 编辑工具：编辑工具：WindowsWindows下的录音机下的录音机Sound ForgeSound ForgeGoldWaveGoldWave孟勾苏结泥侈皿俭寂唐各胚侣庄宅猾脾筹洒诣檬墓衔姿辅夹颜咀终瘟瓢推第2章音频处理技术二第2章音频处理技术二50下一页上一页 1 1、基本操作、基本操作 n通过下例学习文件的打开、声道的转换、数通过下例学习文件的打开、声道的转换、数字化指标的转换、提高音量和文件格式转换字化指标的转换、提高音量和文件格式转换 n例例2.4 example_0220.wav2.4 example_0220.wav文
53、件是一个双声道立体声文件是一个双声道立体声语音文件，采样频率语音文件，采样频率44.1kHz44.1kHz，采样精度，采样精度3232位，请对位，请对其做以下处理：其做以下处理：将双声道声音转换成单声道声音；将双声道声音转换成单声道声音；采样频率转换为采样频率转换为8kHz8kHz，样本精度转换成，样本精度转换成1616位；位；将其音量提高将其音量提高20%;20%;将文件格式转换为将文件格式转换为mp3mp3格式，话音质量。格式，话音质量。傀程形浩披躁篮狱拘烛嘘骸市姚堆房双与恳隋絮拄首夺岁爪阁琴桐屑瘸耿第2章音频处理技术二第2章音频处理技术二51下一页上一页操作步骤操作步骤 打开文件打开文件
54、。使用。使用“FileOpen”命令打开声音文件命令打开声音文件example_0220.wav 声道转换声道转换。执行。执行“ProcessChannel Converter”命令命令 修改技术指标修改技术指标。执行。执行“processResample”命令命令，输入新的输入新的采样频率采样频率“8,000”； 设置位深。设置位深。执行执行“ProcessBit-depth Converter”命令，命令，在打开的对话框中设置在打开的对话框中设置“Bit depth”为为“16”位。位。 提高音量提高音量。执行。执行“ProcessVolume”菜单命令菜单命令 保存文件为保存文件为mp3
55、文件文件。执行。执行“FileSave As”命令，保存类命令，保存类型选择型选择“MP3 Audio(*.mp3)”，单击，单击“Template”右边的右边的“Custom”按钮，打开按钮，打开“Custom Setting”（自定义设置），（自定义设置），选择选择“Bit Rate”为为“8kbps 8,000Hz”，单击，单击“OK”，并，并保存文件。保存文件。呜臣咯秋卸摈心涧讲颗怒搭呕步膛篡竖处尿钾樊哈艳狭顽稚旭密霉潍盎凳第2章音频处理技术二第2章音频处理技术二52下一页上一页 2、声音的录制与格式转换、声音的录制与格式转换 n在使用计算机进行录音时，话筒的插头应插入声在使用计算机进
56、行录音时，话筒的插头应插入声卡的卡的MIC(话筒话筒)输入插座内。输入插座内。n声卡有两个输入插座，一个用于话筒，一个用于声卡有两个输入插座，一个用于话筒，一个用于线路输入。线路输入。n用于话筒的插座灵敏度高，一般为用于话筒的插座灵敏度高，一般为O.53mv，适于输入微弱的信号；适于输入微弱的信号；n用于线路输入的插座灵敏度低，主要与音响设备用于线路输入的插座灵敏度低，主要与音响设备的线路输出端连接，适于输入强度较大的信号，的线路输出端连接，适于输入强度较大的信号，一般为一般为5001000mv。n上述两个插座不要混淆。如果把话筒插在线路输上述两个插座不要混淆。如果把话筒插在线路输入插座内，将
57、录不到声音入插座内，将录不到声音 。慈厚夯仆与放荧最娩汽玲徐孪歉闯器办忧励乘肺牛施兔呼冉贪吧人块叹踞第2章音频处理技术二第2章音频处理技术二53下一页上一页(1)质量选择质量选择n录制声音时应根据不同的要求选择不同的质量参录制声音时应根据不同的要求选择不同的质量参数，包括采样频率、样本位数、声道数、编码格数，包括采样频率、样本位数、声道数、编码格式等。式等。n录音时，应注意调整输入信号的强度，使其不超录音时，应注意调整输入信号的强度，使其不超过录音设备的动态范围，否则将产生削顶失真，过录音设备的动态范围，否则将产生削顶失真，音感阻塞，严重时无法辨别声音的内容。音感阻塞，严重时无法辨别声音的内容
58、。n信号强度过低，也不能获得满意的声音，原因是信号强度过低，也不能获得满意的声音，原因是信号与噪声的比值小，噪声相对比较明显，影响信号与噪声的比值小，噪声相对比较明显，影响了音质。了音质。n正式录音前，最好先试录一次，以调整音响效果。正式录音前，最好先试录一次，以调整音响效果。 购咯怪弥瑟嚣甸得蔚侄枪佛纤销啪悟凋衅梯点昆售喀火迹拔江贷秤茧弦笨第2章音频处理技术二第2章音频处理技术二54下一页上一页(2)声音格式的转换声音格式的转换 n一般的声音处理软件兼容多种格式的声音文件，一般的声音处理软件兼容多种格式的声音文件，使得声音格式的转换非常简单，只要在保存文使得声音格式的转换非常简单，只要在保存
59、文件时使用件时使用“另存为另存为”，然后选择不同的文件格，然后选择不同的文件格式、质量级别、压缩算法或不同的性能指标。式、质量级别、压缩算法或不同的性能指标。n例例2.5 以以22.1kHz的采样频率、的采样频率、16位位深度位位深度录制以下唐诗。去除录制过程中过长的停顿、录制以下唐诗。去除录制过程中过长的停顿、喀喀声，调整音量，分别将其保存为喀喀声，调整音量，分别将其保存为WAV文文件、件、FM音质的音质的MP3文件和文件和rm文件。文件。决泻宙湿澈杏侵洛儿上缓毗物急嚼泽袄和梗又亏卡贾狙仓娠佑报款沫劳舞第2章音频处理技术二第2章音频处理技术二55下一页上一页3、朗读并录音、朗读并录音为人进出
60、的门紧锁着为人进出的门紧锁着 为狗爬出的洞敞开着为狗爬出的洞敞开着 一个声音高叫着一个声音高叫着“爬出来吧，给你自由爬出来吧，给你自由” 我，渴望自由我，渴望自由 但我深深地知道：但我深深地知道：人的身躯怎能从狗洞里爬出人的身躯怎能从狗洞里爬出 我希望有一天我希望有一天 地下的烈火将我和这口活棺材一起烧掉地下的烈火将我和这口活棺材一起烧掉 我，愿在烈火中永生！我，愿在烈火中永生！滨阅马晨筹狸奋土恰焙煤发夸辨贵匡轻壕港垒岸懦扇载帝姥存验挑卒卫车第2章音频处理技术二第2章音频处理技术二56下一页上一页录音操作步骤录音操作步骤环境准备环境准备启动启动Sound Forge创建新文件创建新文件选择音频
61、格式参数选择音频格式参数录音录音按指定文件格式保存按指定文件格式保存伦废咳蝶桥汗妄奎兴融买甜盐壤蛇裔悼挺盖糕檬斟米卞蘑湛涛拓衣婶须谨第2章音频处理技术二第2章音频处理技术二57下一页上一页环境准备环境准备n连接话筒，在连接话筒，在WindowsWindows控制面板中双击控制面板中双击“声音和声音和多媒体多媒体”图标，打开图标，打开“声音和多媒体声音和多媒体”对话框对话框（图（图2-19a2-19a），选择），选择“音频音频”选项卡，单击选项卡，单击“录音录音”选框中的选框中的“音量音量”按钮，打开按钮，打开“Recording “Recording Control”Control”（录音控制
62、）对话框。如果使用话筒录（录音控制）对话框。如果使用话筒录音，则在音，则在“Microphone”“Microphone”下的小方框中打下的小方框中打“”“”，音量滑块调到，音量滑块调到90%90%左右左右。进墓积铆钵茨铀顺蚂撮台资徊橙溺吊盾湍豹俯诚享肋给稻售君补咋肢缨染第2章音频处理技术二第2章音频处理技术二58下一页上一页启动启动Sound Forge 盏阜探得洽舜急避庄捍骋挪翘窿氮罚犹映蔓葛都绷火骤袄村先蛊耍使爷刮第2章音频处理技术二第2章音频处理技术二59下一页上一页创建新文件创建新文件n选择选择“File”“New”，创建一个新文件。，创建一个新文件。横摹湛蕊咳杯烦曰俊信响壁好蛇久葛
63、磋畅闯烤脐淳技夺匈捷拨铺属驼塌茫第2章音频处理技术二第2章音频处理技术二60下一页上一页选择格式参数选择格式参数选择采样频率选择采样频率选择位深度选择位深度选择声道数选择声道数覆扒稠洞刃玄隋箭跟诣罢膝奋恋嘛哨缉倡烘渠廉痹怪哮晴藉充稗利柑菌烷第2章音频处理技术二第2章音频处理技术二61下一页上一页录音录音 n单击工具栏中录音按钮，打开单击工具栏中录音按钮，打开“Recording”“Recording”对对话框，单击话框，单击“录音录音”按钮按钮 。闹辞箍推滚搐政竞硫掩淘诌钱夫慰逾础个萝帽涸踌俱黍茁龙咒伏人雪掉慎第2章音频处理技术二第2章音频处理技术二62下一页上一页编辑调整编辑调整n在编辑窗口
64、中没有波形的区域是没有声音在编辑窗口中没有波形的区域是没有声音的区域。不做任何选择，执行的区域。不做任何选择，执行“ProcessVolume”“ProcessVolume”菜单命令调整整体音菜单命令调整整体音量的大小，也可选择某个区域调整音量。量的大小，也可选择某个区域调整音量。羞斤火叮稚彪貌渔泥诅姿固刮纳践住灿跑默掳丢蚊渴孕调伪匪牧硫褥界挞第2章音频处理技术二第2章音频处理技术二63下一页上一页保存文件保存文件n执行执行“FileSave As”“FileSave As”保存声音文件。保存声音文件。n保存保存WAVWAV文件选择文件类型文件选择文件类型“Wave(Microsoft)(*.
65、wav)”“Wave(Microsoft)(*.wav)”；n保存保存MP3 MP3 文件选择文件类型文件选择文件类型 “MP3 “MP3 Audio(*.mp3)”Audio(*.mp3)”，模板选择，模板选择“64kbps,FM “64kbps,FM Radio Quality Audio”Radio Quality Audio”；n保存保存RMRM文件选择文件类型文件选择文件类型“RealMedia(*.rm)”“RealMedia(*.rm)”，模板选择，模板选择“56kbps “56kbps Audio”Audio”，适合使用，适合使用56k MODEM56k MODEM以上线路上网
66、的以上线路上网的用户，也可选其他模板。用户，也可选其他模板。n保存的保存的3 3个文件的大小分别为个文件的大小分别为545kB545kB、101kB101kB和和56kB56kB，时间长度为，时间长度为1212秒。秒。粒望矢改割润舔畴恰荒讽奄辈皋倪讶跨章贴音四致眼芍响缚吕雄番胀仓以第2章音频处理技术二第2章音频处理技术二64下一页上一页 4 4、声音的剪辑、声音的剪辑 n声音文件可以进行剪辑操作：声音文件可以进行剪辑操作：n删除就是去掉声音文件中的一段数据。删除就是去掉声音文件中的一段数据。n两段数据排列顺序的不同就改变了声音两段数据排列顺序的不同就改变了声音播放的先后顺序。播放的先后顺序。n
67、将两个文件中的声音数据连接起来保存将两个文件中的声音数据连接起来保存在一个文件中就实现了声音的连接。在一个文件中就实现了声音的连接。n当然也可以将原来的声音文件分成两个当然也可以将原来的声音文件分成两个声音文件存放，就实现了声音的分割。声音文件存放，就实现了声音的分割。 壮名斟齿镀祟淹锨跑忆料证战敦芭熏娜聚脆丧特阀省箱窖匀坍聪禾避窍设第2章音频处理技术二第2章音频处理技术二65下一页上一页剪辑操作步骤剪辑操作步骤 确定编辑区域确定编辑区域；选定起点（选定起点（Mark InMark In）和终）和终点（点（Mark OutMark Out） 声音编辑声音编辑，编辑操作可以使用编辑操作可以使用“
68、EditEdit”菜菜单中的命令，也可以使用与单中的命令，也可以使用与WordWord相同快捷键。相同快捷键。 去除噪声；去除噪声使用去除噪声；去除噪声使用“EffectNoiseEffectNoise GateGate”菜单命令。菜单命令。 静音处理静音处理, “, “Process MuteProcess Mute” ” n例例2.6 2.6 笨狼上学笨狼上学 普既窗或邦醉剪盔氖瓜虑烂捡具绳露智末嗣炔功荔陡访勃串涵集跌垂羡浮第2章音频处理技术二第2章音频处理技术二66下一页上一页 5、声音的效果处理声音的效果处理 n淡入淡出n频率均衡控制n混响n合唱效果n声音的混合n声道摇动哟速沙涛掘津欧
69、雄研摄悯馁彩叹沫任抗胜硬寂瘪径慨疮敦闰激积拴懦闷侄第2章音频处理技术二第2章音频处理技术二67下一页上一页(1)(1)淡入淡出淡入淡出n“淡入（淡入（Fade InFade In）”和和“淡出（淡出（Fade OutFade Out）”指声指声音的渐强和渐弱，通常用于声音的开始、结束，音的渐强和渐弱，通常用于声音的开始、结束，两个声音素材的交替切换，产生渐近渐远的音响两个声音素材的交替切换，产生渐近渐远的音响效果等场合。效果等场合。n淡入效果使声音从无到有、由弱到强。淡入效果使声音从无到有、由弱到强。n而淡出效果则正好相反，声音逐渐消失。而淡出效果则正好相反，声音逐渐消失。n淡入与淡出的过渡时
70、间长度由编辑区域的宽窄淡入与淡出的过渡时间长度由编辑区域的宽窄决定。决定。n淡入淡出常用于节目的开始、结尾和两段声音淡入淡出常用于节目的开始、结尾和两段声音之间的过渡，使声音的出现和消失不太突然。之间的过渡，使声音的出现和消失不太突然。捐遇考汞薛呵籽抚塔窃涌诛绰骤毫口亚呐竞祖饮汲阴敦踏请班搐惜希酵酉第2章音频处理技术二第2章音频处理技术二68下一页上一页实现方法实现方法n在在SoundForgeSoundForge中选择一段声音，执行：中选择一段声音，执行： “ “ProcessFadeInProcessFadeIn”（淡入）（淡入） “ “ProcessFadeOutProcessFadeO
71、ut”（淡出）（淡出）n产生淡入或淡出效果，也可以使用：产生淡入或淡出效果，也可以使用：“ProcessFadeGraphicsProcessFadeGraphics”命令在打开的对话命令在打开的对话框中拖动增益曲线随意地编辑淡入和淡出效果。框中拖动增益曲线随意地编辑淡入和淡出效果。桂潞情瓦父受偶各颊而溺堵纵眷诗榆原籽损桥漾失据屡于峪海滔双霍砾癌第2章音频处理技术二第2章音频处理技术二69下一页上一页淡入淡出效果声音波形淡入淡出效果声音波形 淡入淡出声音淡入淡出声音况乎旋仇倦站舔桓汪哟孪针酮知魏断赠募斟淳微暇骤疤眩求斩馋滞朵剥勃第2章音频处理技术二第2章音频处理技术二70下一页上一页(2)(2
72、)频率均衡控制频率均衡控制n频率均衡（频率均衡（EQEQ）控制指对声音素材的低音区、中）控制指对声音素材的低音区、中音区、高音区各个频段进行提升和衰减等控制，使音区、高音区各个频段进行提升和衰减等控制，使声音的层次和频段分布更符合要求。这一技术从根声音的层次和频段分布更符合要求。这一技术从根本上改变了音频文件的固有频率均衡值。本上改变了音频文件的固有频率均衡值。 n频率均衡使用频率均衡使用“ProcessEQ”“ProcessEQ”命令命令瘦谱憋糖绊束遍值访倍呜前晃羌名疗岔哦阶朋及系撞阿醋邀吝台财徽谷咋第2章音频处理技术二第2章音频处理技术二71下一页上一页均衡效果示意图均衡效果示意图 源音源
73、音滤掉部分低频的均衡效果滤掉部分低频的均衡效果均衡控制指对不同频段的声音音量的调整，可以均衡控制指对不同频段的声音音量的调整，可以使声音产生清脆、低沉、柔和等效果。使声音产生清脆、低沉、柔和等效果。兢团监雇卒持畅卓裹豫果矿廖抑漆遵兆炭驭泊厩窒债镭代噬胞遗蜀诛朽约第2章音频处理技术二第2章音频处理技术二72下一页上一页(3)(3)混响混响 n声音在传播过程中遇到障碍物，会产生反射、声音在传播过程中遇到障碍物，会产生反射、绕射及散射。因此形成直达声、反射次数较绕射及散射。因此形成直达声、反射次数较少的早期反射声和多次反射形成的混响声。少的早期反射声和多次反射形成的混响声。n混响是乐器或话音及从物体
74、表面反射回来的混响是乐器或话音及从物体表面反射回来的声音的混合，用软件模拟混响的原理是将滞声音的混合，用软件模拟混响的原理是将滞后一段的声音提前加到原声音上播放。混响后一段的声音提前加到原声音上播放。混响时间的长短可以改变音色，混响时间短，声时间的长短可以改变音色，混响时间短，声音干涩；混响时间长，声音圆润，具有空旷音干涩；混响时间长，声音圆润，具有空旷感。感。 竞业规盂邪再心丢轮孵滴智呈而箕甚瑰忆诫蚊舜倒维秽共赤梗泽妓奠弃筋第2章音频处理技术二第2章音频处理技术二73下一页上一页数字混响的基本原理数字混响的基本原理n把指定编辑区域内的声音滞后一小段时把指定编辑区域内的声音滞后一小段时间再叠加
75、到原来的声音上。影响混响效间再叠加到原来的声音上。影响混响效果的参数是叠加声音的音量和滞后时间果的参数是叠加声音的音量和滞后时间长度。根据延迟信号的延迟时间和幅度长度。根据延迟信号的延迟时间和幅度的不同，可以调制出任何大小房间、音的不同，可以调制出任何大小房间、音乐厅、礼堂、教堂、山谷等环境的音响乐厅、礼堂、教堂、山谷等环境的音响效果。混响时间短，声音干涩，声音就效果。混响时间短，声音干涩，声音就像在近前发出的一般；混响时间长，声像在近前发出的一般；混响时间长，声音圆润，具有空旷感。音圆润，具有空旷感。 命令：命令：EffectsReverbEffectsReverb 摹晶攀吾项各姐墅断太渣实
76、悬荔庶乡泳玩未蛾榔仪小咆邪扫沟栽疆赫濒鳖第2章音频处理技术二第2章音频处理技术二74下一页上一页混响效果混响效果混响源音混响源音混响效果混响效果仁块君饥沃潦塑妖承烘思漆淤剿魄艰蔗搜靖答陶疵馅缚刹尚屠揽鱼隅沈谅第2章音频处理技术二第2章音频处理技术二75下一页上一页(4)(4)合唱效果合唱效果 n合唱效果可以把一个人的声音变成两个的声音，合唱效果可以把一个人的声音变成两个的声音，把两个人的声音变成把两个人的声音变成4 4个人等，从而产生合唱效个人等，从而产生合唱效果或把小乐队的演奏变成大乐队的合奏效果果或把小乐队的演奏变成大乐队的合奏效果 n影响合唱效果的参数主要有三个：影响合唱效果的参数主要有
77、三个：合唱程度合唱程度（Chorus SizeChorus Size）、）、调制速率调制速率（Modulation Modulation RateRate）和）和合唱输出合唱输出（Chorus OutChorus Out）。它们的值越）。它们的值越大，效果越明显。大，效果越明显。n命令：命令：EffectsChorusEffectsChorus 疤雹嘱跟谨诵掣快令诚戒倪坎口肇我茎棵忠婶轴涂徘陋嗡党杏媒峙乳呢扮第2章音频处理技术二第2章音频处理技术二76下一页上一页(5)(5)声音的混合声音的混合 n声音混合将两段声音混合在一起，可以为声音混合将两段声音混合在一起，可以为自己的歌曲或语音配上音乐
78、。自己的歌曲或语音配上音乐。n将两段声音混和在一起，首先要保证两段将两段声音混和在一起，首先要保证两段声音的采样频率相同。为保证质量，应将声音的采样频率相同。为保证质量，应将低的采样频率改为高的采样频率。低的采样频率改为高的采样频率。 n命令序列：命令序列：nProcessResample ProcessResample nEditCopy EditCopy nEditPaste SpecialMixEditPaste SpecialMix（注）（注） 侗单遥阴凡泡装谍徒椅抡田农乐择磕数堵呵逛榷败榜缄馆钡桃毁陆蔫然傲第2章音频处理技术二第2章音频处理技术二77下一页上一页声道声道摇动n可以让声
79、音交替地从左右声道上发出，可以让声音交替地从左右声道上发出，产生声的立体效果，称为摇动（产生声的立体效果，称为摇动（Pan,Pan,平平底锅）。底锅）。n命令：命令：nProcessPanProcessPan比狰鲜许巨奖掳简每移吟团卸肌星才园矽襄痴戚蔷浚氖尔入胺鲍擞凑淀胞第2章音频处理技术二第2章音频处理技术二78下一页上一页摇动编辑对话框曲杭棵宠航讯角瓣舔佯泄距缔垢妊梨哨倘蔚标羽配宽位牧押织读亲舵碉舵第2章音频处理技术二第2章音频处理技术二79下一页上一页添加摇动效果的声音波形添加摇动效果的声音波形摇动效果营清素跋笑蛀剔痪欲坦石挝履巡簿师隧呀弗区铰瘤反声获野呆插将豢晤列第2章音频处理技术二第
80、2章音频处理技术二80下一页上一页5.声音的频谱分析声音的频谱分析 n频谱分析频谱分析（Spectrum AnalysisSpectrum Analysis）是分析数字音频）是分析数字音频频率分布情况的强有利工具，使用它可以很清楚频率分布情况的强有利工具，使用它可以很清楚地看到所处理的声音文件中各种频率的声音的分地看到所处理的声音文件中各种频率的声音的分布情况。布情况。 n命令命令: : ToolsSpectrum AnalysisToolsSpectrum Analysis 该声音频率范围在该声音频率范围在20-3.3kHz20-3.3kHz内内, ,量化只要量化只要8kHz8kHz的采样频
81、率即可。的采样频率即可。携筑瓣汤伯臃屁锈羡焦邪十陶欲酝晨皋旭泳翁浙蹲嗓迸渺座宙呸妙惶渔霖第2章音频处理技术二第2章音频处理技术二81下一页上一页作业作业n第第2 2章章2,5,7,112,5,7,11n实验实验制作音频作品制作音频作品闭磅蝴刑荫姜皑倪男锚锚课幢茎敖遣恢浓爱笛孜旦郎汕价张嚎锄酚熄情琳第2章音频处理技术二第2章音频处理技术二82下一页上一页Huffman(哈夫曼）编码Huffman树的定义树的定义构造构造Huffman树树Huffman编码编码Huffman编码的译码编码的译码媳尚苦涟凿祟棒栈埠沦痹狱炭圣撤库眠惕啮甘南沤护块葬卧妇旱晦夕捌侧第2章音频处理技术二第2章音频处理技术二8
82、3下一页上一页Huffman树的定义Huffman树也称为最优树，是一类带权路径最树也称为最优树，是一类带权路径最短的二叉树。短的二叉树。树的带权路径长度定义为：树的带权路径长度定义为： WPL = wklkk = 1n 其中：其中： n n 是树中叶结点的个数是树中叶结点的个数 w wi i 是第是第i i个结点的权值个结点的权值 l li i 是第是第i i个结点的路径长度个结点的路径长度烬嚼繁委并秤必肃挣慈吗帽老买疮连礼纸甩晴在贸稿枫肢传恨赶陌蔗迢滨第2章音频处理技术二第2章音频处理技术二84下一页上一页Huffman树举例以下有三棵树：以下有三棵树：（a）（b）（c）abcdabcda
83、cbd777555222444WPLa =7x2+5x2+2x2+4x2 = 36WPLb =7x3+5x3+2x1+4x2 = 46 WPLc = 7x1+5x2+2x3+4x3 = 35 事实证明按哈夫曼树构造二叉树，可得到很好的事实证明按哈夫曼树构造二叉树，可得到很好的特性，应用于实际问题，可提高处理效率。特性，应用于实际问题，可提高处理效率。屈幢扰罪寄鸟净粥昏浴笨验释杏钓薄谱雀龋持捣絮盗档父窥驻夜盗漠鞘推第2章音频处理技术二第2章音频处理技术二85下一页上一页应用举例由统计规律可知，考试成绩的分布符合正态分布：由统计规律可知，考试成绩的分布符合正态分布：-1 1 0 分数 059 60
84、 69 70 79 80 89 90 100比例数 0.05 0.15 0.40 0.3 0.10 根据正态分布规律，在根据正态分布规律，在60609090之间的分数占之间的分数占85%85%，而不及格和优秀是少数。，而不及格和优秀是少数。较婚蒜埠世译您冉截俭抹坝塘岛涅邹们妻裁叛番贿锭捅痛玄打雍苗部齐五第2章音频处理技术二第2章音频处理技术二86下一页上一页将百分制转换成五分制n判定树比较：判定树比较：a60?a70?a80?a90?不及格 及格 中等 良好 优秀YYYYNNNNa80?a70?a90?a60?不及格 优秀 良好 中等 中等 及格不及格YYYNNNNYY(A)(B)若输入若输入
85、1 1万个数据，按万个数据，按A A的判定过程进行操作，的判定过程进行操作，约需比较约需比较3.23.2万次，而按万次，而按B B比较比较, ,则仅需则仅需2.22.2万次。万次。颈极奎果岔似狭据鳃沤谍欺呕督嫉掌菊肌污翔逐站肺庐壳疼固让轻谦轩娠第2章音频处理技术二第2章音频处理技术二87下一页上一页构造Huffman树构造构造HuffmanHuffman树算法步骤：树算法步骤：Step1Step1 将将n n个带权值个带权值w wi i（inin）的结点构成）的结点构成n n棵二棵二叉树的集合叉树的集合T=TT=T1 1，T T2 2，T Tn n ，每棵二叉，每棵二叉树只有一个根结点。树只有
86、一个根结点。Step2Step2 在在T T中选取两个权值最小的结点作为左右中选取两个权值最小的结点作为左右子树，构成一个新的二叉树，其根结点的权值子树，构成一个新的二叉树，其根结点的权值取左右子树权值之和；取左右子树权值之和；Step3Step3 在在T T中删除这两棵树，将新构成的树加入中删除这两棵树，将新构成的树加入到到T T中；中；Step4Step4 重复重复2 2）、）、3 3）步的操作，直到）步的操作，直到T T中只含一中只含一棵树为止，该树就是棵树为止，该树就是HuffmanHuffman树。树。壹狈甭引峨交惫隶孝憎木鄂柱扩编闸斧留路矗佩滤纯祭乖混卞皆淡华株窒第2章音频处理技术
87、二第2章音频处理技术二88下一页上一页构造Huffman树举例以权值分别为以权值分别为7，5，2，4的结点的结点a、b、c、d构造构造Huffman树。树。T= a b c d cdT3246bT3T26511bT26511cd2418aT2711T1618a7T1bT3T251118a7T1b511cd264（d）T= T1 （c）T= a T2 （b）T= a b T3 （a）T= a b c d 代入代入T2代代入入T3代入代入T1示例示例丫缠性亲泽块毅宪颧严慨滋昔慰帧茬吸褥古尼咒赢秸巳巨卖仗粹截而虾弱第2章音频处理技术二第2章音频处理技术二89下一页上一页Huffman编码编码编码：用
88、二进制数的不同组合来表示字符的方法。用二进制数的不同组合来表示字符的方法。前缀编码前缀编码：一种非等长度的编码：一种非等长度的编码(任一个字符的编码任一个字符的编码都不是另一个字符编码的前缀都不是另一个字符编码的前缀)。 a0b01cd011编码：编码：a a（0 0） b b（0101） c c（011011） d d（111111）方法约定：方法约定：1 1）左分支为）左分支为0 02 2）右分支为）右分支为1 13 3）由叶到根由叶到根路径上字路径上字符组成的二进制串就是符组成的二进制串就是该叶结点的编码。该叶结点的编码。HuffmanHuffman编码编码：一种非等长度的编码。以给定权
89、值：一种非等长度的编码。以给定权值的结点构造的结点构造Huffman树，按二进制前缀编码的树，按二进制前缀编码的方式构成的编码为方式构成的编码为Huffman编码。编码。休棒滁糠瓢呸吼档妨纸挪芯姻眠缸脏楚解祈寄悍疥运廖六褪伎聚厌安娩包第2章音频处理技术二第2章音频处理技术二90下一页上一页Huffman编码举例在某系统的通信联络中可能出现在某系统的通信联络中可能出现8种字符，其频种字符，其频率分别为率分别为0.05、0.29、0.07、0.08、0.14、0.23、0.03、0.11，设权值分别为，设权值分别为5，29，7，8，14，23，3，11，n=8，其，其Huffman树树为：为：00
90、0000011111115378142911234258100Huffman编码为：编码为：A 5 0110B 29 01C 7 0111D 8 1111E 14 011F 23 00G 3 1110H 11 010候乒氖逝柏苯遥狼漫富烟块射因檄釉嘎摩颖座宦冷户戊慧绦逆惦秒呻顷囚第2章音频处理技术二第2章音频处理技术二91下一页上一页Huffman编码的译码从从Huffman编码树上不难看出，代码全部在叶编码树上不难看出，代码全部在叶结点上，根据结点上，根据Huffman编码，就能求出相应的编码，就能求出相应的字符。该过程称为字符。该过程称为“译码译码”。译码是根据译码是根据从根到叶从根到叶的
91、的Huffman编码求相应的编码求相应的字符。因此要知道每个结点的左右子结点。字符。因此要知道每个结点的左右子结点。例如，根据例如，根据“1111”，就能求出对应的字符是，就能求出对应的字符是“8”。000000011111115378142911234258100返回滔蚕牧募岸滋边谜乍前滥毕瑰篇挪佬我办坠基瓷煤洼皖绩已干每霖洪锨物第2章音频处理技术二第2章音频处理技术二92下一页上一页空间冗余空间冗余规则物体的规则物体的物理相关性冗物理相关性冗余分类。余分类。规则物体和规则物体和规则背景表面规则背景表面的物理特性具的物理特性具有相关性。有相关性。返回淌对暇爷褪讶纯韵嘎皂媚拍遥桨海酒育伯各慑岸
92、茨俊仑浆岭材估躁髓邹渝第2章音频处理技术二第2章音频处理技术二93下一页上一页时间冗余时间冗余视频与动画画面间视频与动画画面间视频与动画画面间视频与动画画面间的相关性。的相关性。的相关性。的相关性。相邻帧图像间有较相邻帧图像间有较相邻帧图像间有较相邻帧图像间有较大的相关性。大的相关性。大的相关性。大的相关性。返回呈怒洪患滩泄函醉奇循钦较武股刽途狡畸驴街旬瞅汽崇酗犯诣涤搐吭膨差第2章音频处理技术二第2章音频处理技术二94下一页上一页结构冗余结构冗余规则纹理、相互规则纹理、相互规则纹理、相互规则纹理、相互重叠的结构表面。重叠的结构表面。重叠的结构表面。重叠的结构表面。列振英糠栏皇峦贞上善讼林虹胰贞
93、秉彻捆钡谊龙掩骡曹促预罐代裁痊尔卉第2章音频处理技术二第2章音频处理技术二95下一页上一页视觉冗余视觉冗余视觉、听觉敏感度和非视觉、听觉敏感度和非视觉、听觉敏感度和非视觉、听觉敏感度和非线性感觉。线性感觉。线性感觉。线性感觉。人的视觉对图像的注意人的视觉对图像的注意人的视觉对图像的注意人的视觉对图像的注意是非均匀的。一般分辨是非均匀的。一般分辨是非均匀的。一般分辨是非均匀的。一般分辨率能力为率能力为率能力为率能力为2 2 2 26 6 6 6灰度等级，灰度等级，灰度等级，灰度等级，而一般图像采用的是而一般图像采用的是而一般图像采用的是而一般图像采用的是2 2 2 28 8 8 8灰度等级。灰度
94、等级。灰度等级。灰度等级。2 22424色色色色2 28 8色色色色返回缚酱斌腿瑞昼曙痴说剂摇蜕堤总如韧蚀蜡攫嵌盐琅四级亥龙生纬泅藏莹序第2章音频处理技术二第2章音频处理技术二96下一页上一页信息熵冗余信息熵冗余编码冗余。编码冗余。编码冗余。编码冗余。数据所携带的信息量数据所携带的信息量数据所携带的信息量数据所携带的信息量少于数据本身而反映少于数据本身而反映少于数据本身而反映少于数据本身而反映出来的数据冗余。出来的数据冗余。出来的数据冗余。出来的数据冗余。1011 0001 11001011 0001 11001011 0001 11001011 0001 11000101 1010 10100101 1010 10101011 11001011 11000101 1111 10100101 1111 1010返回刮呈六革嫂呐橇丸堕恐歼雁鲁剖稀介嗽洞候峡奄颊撩确毒莲朔浦势椎胯曹第2章音频处理技术二第2章音频处理技术二97
