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1、多媒体技术基础多媒体技术基础-数字声音数字声音授课教师：Email:2024/7/302学习目标学习目标1了解声音特性。2理解声音数字化的原理。3了解MPEG声音。4理解MIDI音乐原理及特点。5了解声音文件的存储格式及特点。6掌握声音的采集方法。7掌握声音编辑软件的基本功能。8了解音频卡的功能，掌握音频卡的安装和使用。2024/7/303内容框架内容框架2024/7/3045.15.1 声音的特性声音的特性5.1.1 声音的物理特性 声音本质上是一种机械振动波，也称之为声波，它通过空气传播到人耳，刺激神经后使人的大脑产生感觉，即听觉。 空气振动形成的声波 2024/7/3055.15.1 声
2、音的特性声音的特性5.1.1 声音的物理特性1频率与音调频率是指声音信号每秒钟变化的次数，单位用赫兹（Hz）表示。 20 300 3k 20k f(Hz)次声带音频（audio）带宽语音（speech）带宽超声带音频频率范围示意 2024/7/3065.15.1 声音的特性声音的特性5.1.1 声音的物理特性1频率与音调人耳对声音频率的感觉表现为音调的高低，频率越低，给人的感觉越声音低沉。人耳对同样强度但不同频率的声音其主观感觉的强弱是不同的。2024/7/3075.15.1 声音的特性声音的特性5.1.1 声音的物理特性2幅度与音强音强是指声音信号的强弱程度，它与音频信号的幅度有关。我们常用
3、音量来描述音强，音量是对音频信号的幅度取对数后再乘以20所得到的值，单位为分分贝（dB）。人耳能感知的声音幅度大约在0-120dB之间。2024/7/3085.15.1 声音的特性声音的特性5.1.1 声音的物理特性2幅度与音强动态范范围定义为音频信号的最大强度与最小强度之比：音频信号的动态范围=20lg（信号的最大强度/信号的最小强度）（dB）动态范围越大，说明音频信号强度的相对变化范围越大，则音响效果越好，表现力越强。2024/7/3095.15.1 声音的特性声音的特性5.1.1 声音的物理特性3频带宽度声音信号是由许多频率不同的信号组成的复合信号，因此需要用一个参数来描述其复合特性，这
4、个参数就是频带宽度或称为带宽，它是描述组成复合信号的频率范围。2024/7/30105.15.1 声音的特性声音的特性5.1.1 声音的物理特性3频带宽度音频信号的频带越宽，所包含的音频信号分量越丰富，因此音质越好。 10 20 50 200 3.4k 7k 15k 22k f(Hz)FM广播电话AM广播CD-DA声音质量等级与信号带宽 2024/7/30115.15.1 声音的特性声音的特性5.1.2语音、音乐、音效根据音频信号所携带的信息大体上可以分为语音、音乐、音效三类。1语音2音乐3音效2024/7/30125.25.2 声音的数字化声音的数字化5.2.1 采样与量化声音的数字化主要包
5、括两个过程：声音采样和量化。声音的采样与量化2024/7/30135.25.2 声音的数字化声音的数字化5.2.1 采样与量化1采样与采样频率在某些特定的时刻对模拟信号进行测量叫做采采样(sampling)，这样就把时间上连续的模拟信号通过抽取样本，变成时间上不连续的信号序列。每秒钟需要采集多少个声音样本，称为采采样频率率，单位用赫兹（Hz）来表示。采样率越高，音频信号越不失真，声音品质越好。采样的三个标准频率分别为44.1kHz（CD品质的音乐）、22.05kHz（中等品质的音乐或语音）、11.025kHz（语音）。2024/7/30145.25.2 声音的数字化声音的数字化5.2.1 采样
6、与量化2量化与量化位数量化（量化（quantization）是指将采样所得的值数字化，即用二进制来表示模拟量。用来描述音频信号样本的二进制位数，称为量化位数（或称位深度），它决定了模拟信号数字化以后的动态范围，量化位越高，信号的动态范围越大，数字化后的音频信号就越可能接近原始信号。2024/7/30155.25.2 声音的数字化声音的数字化5.2.2 声音质量与数据率1声道音频文件有单声道（mono）和双声道之分。双声道又分为左右声道。双声道声音文件比单声道声音文件大一倍，因为双声道存储的信息比单声道大两倍。双声道文件可以将左右两个声道的声音分别保存成单声道文件，也可以将左右声道混合后通过一个
7、单声道输出一个立体声(stereo)声音文件。2024/7/30165.25.2 声音的数字化声音的数字化5.2.2 声音质量与数据率2声音质量与数据率声音质量和数据率质量采样频率(kHz)样本精度(bit/s)单道声/立体数据率(kB/s) (未压缩)频率范围电话88单道声82003400HzAM11.0258单道声11.02015000HzFM22.05016立体声88.2507000HzCD44.116立体声176.42020000HzDAT4816立体声192.02020000Hz2024/7/30175.25.2 声音的数字化声音的数字化5.2.2 声音质量与数据率3声音文件的大小文
8、件大小= 采样频率（Hz）量化位数（bit）声道数 音频秒数8（Byte)2024/7/30185.25.2 声音的数字化声音的数字化5.2.2 数字音频的压缩编码1PCM、DPCM和ADPCM是基于音频数据统计特性进行编码的波形编码方法，它直接对波形采样、量化、编码，算法简单，易于实现。声音恢复时能保持原有的特点，但压缩比很难提高。采用PCM编码、ADPCM编码等生成的数字音频都以WAVE的文件格式存储，以“.WAV”为文件扩展名。CD激光唱盘中包含也是WAVE格式的波形数据，只是不存成扩展名为“.WAV”文件而已。2024/7/30195.25.2 声音的数字化声音的数字化5.2.2 数字
9、音频的压缩编码2MPEG音频在MPEG-1音频标准中应用最广的就是MPEG-1 Audio Layer 3，即我们熟知的MP3音乐，其文件扩展名为“.mp3”。MP3最大的好处在于大幅降低了数字声音文件的容量，而不破坏原来的音质。以CD音质的Wave文件来说，通过MP3格式压缩后，文件便可压缩为原来的1/101/12。2024/7/30205.25.2 声音的数字化声音的数字化5.2.2 数字音频的压缩编码2MPEG音频MPEG-2标准定义了两种声音数据压缩格式MPEG-2 Audio：与MPEG-1 Audio兼容，并在此基础上实现了低码率和多声道扩展，可提供左、右、中及两个环绕声道、一个加
10、重低音声道，即5.1环绕声和多达7个伴音声道，用于DVD的伴音。MPEG-2 AAC（Advanced Audio Coding，先进音频编码）：音质更加完美而压缩比更大（15:120:1），但与MPEG-1声音格式不兼容。2024/7/30215.25.2 声音的数字化声音的数字化什么是MP4？?2024/7/30225.35.3 认识认识MIDIMIDI音乐音乐5.3.1 什么是MIDI？ MIDI是英文Musical Instrument Digital Interface的缩写，中文含义是乐器数字接口。它是用于在电子乐器，如音乐合成器(music synthesizers)或乐器(mu
11、sical instruments)之间以及电子乐器和计算机之间交换音乐信息的一种标准协议。2024/7/30235.35.3 认识认识MIDIMIDI音乐音乐5.3.2 MIDI音乐的处理过程MIDI端口MIDI键盘音序器MIDI文件合成器扬声器 计算机中的声卡有MIDI端口，它通过MIDI电缆与MIDI键盘或电子乐器的键盘连接，采集键盘演奏的MIDI信息；音序器（sequencer）的作用是记录、编辑、播放由MIDI信息构成的MIDI文件，通常是一软件，如cakewalk;音乐合成器（musical synthesizer）是一种电子设备，可将MIDI信息转换成为模拟信号的波形，再传送到扬
12、声器上产生声音效果，计算机用的合成器一般在声卡上。 2024/7/30245.35.3 认识认识MIDIMIDI音乐音乐5.3.3 MIDI音乐的合成方式MIDI乐音的合成方法主要有两种：频率调制（frequency modulation，FM）合成法，乐音样本合成法，也称为波形表（wavetable）合成法。 FM合成法生成乐音的基本原理是，用数字信号来表示不同乐音的波形，然后用计算机把它们组合起来，再通过数模转换器(digital to analog convertor，DAC)生成乐音。使用FM合成法来产生各种逼真的乐音是相当困难的，有些乐音几乎不能产生。 2024/7/30255.35
13、.3 认识认识MIDIMIDI音乐音乐5.3.3 MIDI音乐的合成方式MIDI乐音的合成方法主要有两种：频率调制（frequency modulation，FM）合成法，乐音样本合成法，也称为波形表（wavetable）合成法。 波形合成法是把真实乐器发生的声音以数字形式记录下来，播放时改变播放速度，从而改音调周期，生成各种音阶的音符。由于波表使用的音乐采样是真实的乐器声音，所以产生的声音质量比FM合成方法产生的声音质量要高。波表使用的音乐样本的好坏以及音色库的大小决定了波表可播放的MIDI音乐的质量。 2024/7/30265.35.3 认识认识MIDIMIDI音乐音乐5.3.4 MIDI
14、音乐的特点优点：生成的文件比较小，因为MIDI文件存储的是命令，而不是声音波形。容易编辑，因为编辑命令比编辑声音波形要容易得多。MIDI音乐音源丰富的情况下能得到高品质的声音。配音使用方便。不足：由于MIDI文件记录的不是实际的声音，因此它的播放质量将受硬件设备的影响。MIDI文件不适合表示语音，语音选择波形文件更为合适。2024/7/30275.45.4 声音文件的格式及转换声音文件的格式及转换常用声音文件格式 2024/7/30285.45.4 声音文件的格式及转换声音文件的格式及转换软件名功 能 特 点全能音频转换通支持目前所有流行的媒体文件格式(MP3/MP2/OGG/APE/WAV/
15、WMA/AVI/RM/RMVB/ASF/MPEG/DAT)，能批量转换，并且能从视频文件中分离出音频流，转换成完整的音频文件。典型的应用如WAV转MP3、MP3转WMA、WAV转WMA、RM(RMVB)转MP3、AVI转MP3、RM(RMVB)转WMA等，也可以从整个媒体中截取出部分时间段，转成一个音频文件，或者将几个不同格式的媒体转换并连接成一个音频文件。自定义的各种质量参数，可以满足各种不同的需要。豪杰音频通支持目前常见的音频格式的相互转化，支持格式包括：WAV、MP3、WMA、DAC、CDA、MPG、MP1、MP2、MP3、MP4、VOB、AC3等；支持把以上音频格式转化为WAV、MP3
16、、RA、WMA、DAC；支持批量转换及Internet网络在线转换；播放和转化可同时进行。音频转换精灵支持MP2，MP3，AAC，AC3，WMA，OGG，WAV（PCM，DSP，GSM，ADPCM），G721，G723，G726，G729，VOX，ALAW，ULAW等音频格式之间的转换；可以批量转换文件；支持将其它的音频格式转换为手机上播放的AMR；支持CD抓轨功能，能将CD光盘上的音乐转换为WAV；内置播放器支持多种格式的播放功能。StreamBox Ripper能批量地将RA/RM/WAV/CDA/MP3等格式的音频文件转换成WMA/WAV/MP3格式的文件，在转换过程中，还能通过程序内部
17、自带的声音均衡器，来对音频文件的声效进行简单处理。Audio Converter支持Mp3，Wma(支持WMA9)，wav，vqf，ogg，aif之间自由转换；将CD音轨转换为Mp3，Wma(支持WMA9)，wav，vqf，ogg或aif格式；支持单独和批量两种模式的转换。常用音频格式转换软件及功能 2024/7/30295.55.5 声卡声卡5.5.1 声卡的发展简史Creative公司公司 Sound Blaster Sound Blaster 16 Sound Blaster PRO Sound Blaster Awe 32 Sound Blaster Awe 64 Sound Blas
18、ter Live! 图5. 9 声卡2024/7/30305.55.5 声卡声卡5.5.2 声卡的功能1音频的录制、编辑与播放2录制、播放MIDI音乐3实现语音通讯4语音识别与文语转换5连接游戏杆2024/7/30315.55.5 声卡声卡5.5.3 声卡的接口与使用声卡的接口 2024/7/30325.65.6数字声音的采集与编辑处理数字声音的采集与编辑处理5.6.1 采集数字声音常用有以下几种获取声音资源的方法：（1）利用计算机的声卡录制声音，录音的音源可以来自话筒，也可以将来自模拟设备如录音磁带、收音广播等的声音，转为数字声音。（2）利用抓音轨软件从音乐CD上抓取音乐文件。（3）利用现成
19、的数字声音素材，如从网上下载或从声音素材光盘上直接复制声音文件。注意：当使用第三方的声音文件时，要注意版权问题。2024/7/30335.65.6数字声音的采集与编辑处理数字声音的采集与编辑处理5.6.1 采集数字声音1利用声卡录制声音（1）确认音源与声卡相应的接口已经相连。话筒接入声卡的MIC接口，若是音源来自盒式磁带或是收音机则需要一根双头音频线。（2）选择录音软件。录音软件可以是声音编辑软件，也可以使用Windows附件中的“录音机”。（3）选择适当的采样频率、量化位数和编码方式。（4）进行录音，保存声音文件。2024/7/30345.65.6数字声音的采集与编辑处理数字声音的采集与编辑
20、处理5.6.1 采集数字声音2CD抓轨 CD中存储的是数字化声音，但不是以文件形式存储的，不能直接拷贝。通过抓音轨，可直接获取存储在光盘音轨上的数据，并存储为WAV格式或MP3格式的声音文件。现在可用于抓音轨工具很多，有专门的抓音轨工具，如EAC（Exact Audio Copy）；媒体播放软件中也内置了抓轨功能，如Windows Media Player、Real One Player以及WinAMP；一些光盘刻录软件如Nero中也有此功能。2024/7/30355.65.6数字声音的采集与编辑处理数字声音的采集与编辑处理5.6.2 数字声音的编辑 Windows附件中的“录音机”除了录音还
21、可以实现一些简单的编辑，如剪切掉音频中前后不需要的部分、对两个音频文件进行混合、调整音量、制作简单的音频效果等。2024/7/30365.65.6数字声音的采集与编辑处理数字声音的采集与编辑处理5.6.2 数字声音的编辑专门的声音编辑软件：ULead公司的Audio EditorSonic Foundry公司的Sound ForgeSyntrillium Software公司的Cool Edit ProGoldWave公司的GoldWave 以上这些声音编辑软件的功能有强有弱，但基本上都具备声音录制、声音编辑、添加音效、声音格式转换等功能。2024/7/3037学习活动学习活动1从CD光盘上选
22、择一个音轨将它转成双声道，44.1kHz、16bit的立体声文件，并将这个文件分别转化为双声道、22.05kHz、16bit，单声道、11kHz、8bit，单声道、5kHz、8bit的三个声音文件，比较这些声音文件在文件大小和声音播放效果上的变化。2选择播放若干各种不同格式的数字音频文件，如WAV、MID、MP3、RA等，记录各文件的属性，如声音文件的播放长度，声音文件的大小，比较这些声音文件的播放效果。3上网搜索教材中没有提及的数字音频的最新格式，了解它们的格式、特点及应用，并到收集到的资料发布到学习平台与同学交流。2024/7/3038学习活动学习活动4收集当前流行各种声卡的有关资料，了解声卡的最新功能以及性价比。5小组创作或剪辑一个10分钟左右的音频作品，自定一个主题，可以是将不同的音乐作品剪辑合成一个作品（类似串烧歌），也可以录制一段语音，并为其配乐，如配乐诗朗诵等，使其为有一个主题的作品。（也可以把这个任务和第六章教学活动3结合起来，使其成为动画的背景音乐）。39以上有不当之以上有不当之处，请大家大家给与批与批评指正，指正，谢谢大家！大家！
