《音频数字化》课件.ppt

1、2021/8/181 复制复制PPT文件，自学并完成以下内容：文件，自学并完成以下内容：1、声音的数字化原理、声音的数字化原理2、声音数字化后其质量取决于哪些因素？、声音数字化后其质量取决于哪些因素？3、声音数字化所占用的存储空间、声音数字化所占用的存储空间4、声音的压缩和常见声音文件的格式：、声音的压缩和常见声音文件的格式：2021/8/182 声音的数字化原理声音的数字化原理 声音是大自然的恩赐，它使整个世界充满生机声音是大自然的恩赐，它使整个世界充满生机 声音是由物体声音是由物体振动产生振动产生的，是一种的，是一种波波。2021/8/183 声波通过话筒转变为时间上连续的电压波，声波通过

2、话筒转变为时间上连续的电压波，电压波与引起电压波的声波的变化规律是一致的电压波与引起电压波的声波的变化规律是一致的因此可以因此可以利用电压波来模拟声音信号利用电压波来模拟声音信号，这种电压，这种电压波被称为波被称为-模拟音频信号模拟音频信号(如磁带、录像带上的如磁带、录像带上的声音信号声音信号)播放时播放时音响设备将电压波传至音响设备将电压波传至扬声器扬声器，扬声，扬声器的振动产生声音，从而将器的振动产生声音，从而将模拟音频电信号模拟音频电信号还原还原为声音。为声音。电压电压0.30.30.20.20.10.10000-0.1-0.1-0.2-0.2-0.3-0.3时间2021/8/184 由

3、于计算机只能处理二进制数字信息，由于计算机只能处理二进制数字信息，以以二进制数字来记录电压的幅度二进制数字来记录电压的幅度（声波），（声波），即转换为数字音频，才能被存储和处理即转换为数字音频，才能被存储和处理 -声音的数字化声音的数字化电压电压0.30.30.20.20.10.10000-0.1-0.1-0.2-0.2-0.3-0.3时间0110110100100010010000001111111101101111112021/8/185声音的数字化过程如下图所示：过程如下图所示：模拟信号模拟信号数字信号数字信号采样、量化、编码采样、量化、编码2021/8/186(1).(1).采样和量化

4、采样和量化 (c)(c)采样信号的采样信号的量化量化（度量单位）（度量单位）(a)(a)模拟音频信号模拟音频信号(b)(b)音频信号的采样音频信号的采样数字化音频的过程如下图所示。数字化音频的过程如下图所示。电压电压0.30.30.20.20.10.10000-0.1-0.1-0.2-0.2-0.3-0.3011011010010001001000000111111110110111111时间电压电压0.30.30.20.20.10.10000-0.1-0.1-0.2-0.2-0.3-0.3时间时间2021/8/187（2）编码）编码(刻度刻度)量化编码示意量化编码示意采采 样电压样电压 采样

5、电压采样电压2021/8/188 同一段声音进行采样时，同一段声音进行采样时，间隔的时间越间隔的时间越短短，采样的次数越多，采样越密集采样的次数越多，采样越密集，这样获，这样获得的音频就越得的音频就越接近原始声音接近原始声音的真实面貌。的真实面貌。采样的密集程度，可用每秒种采样的次数采样的密集程度，可用每秒种采样的次数 -采样频率采样频率 单位：单位：HZ(1/秒秒)1000HZ=1000次次/秒秒2021/8/1891).1).采样频率：采样频率：指一秒钟时间内采样的次数。指一秒钟时间内采样的次数。常用采样频率有三种：常用采样频率有三种：11.025KHz11.025KHz(语音效果语音效果

6、)-11025-11025次次/秒秒 22.05KHz22.05KHz(音乐效果音乐效果)-22050-22050次次/秒秒 44.1KHz44.1KHz(高保真效果如高保真效果如CDCD唱盘唱盘)-44100)-44100次次/秒秒人耳听觉的声音频率范围：人耳听觉的声音频率范围：20HZ20KHZ采样定律：采样频率不应抵于声音信号最高频率两倍采样定律：采样频率不应抵于声音信号最高频率两倍当采样频率达到当采样频率达到40KHZ以上时，人耳听觉认为数字音频已达到以上时，人耳听觉认为数字音频已达到保真程度。保真程度。-CD唱盘唱盘44.1KHZ2021/8/1810请同学们思考：请同学们思考：影响

7、数字音频质量的因素有哪些？影响数字音频质量的因素有哪些？2021/8/1811(2).2).影响数字音频质量的技术参数影响数字音频质量的技术参数数字音频的质量取决于数字音频的质量取决于 采样频率、采样频率、量化位数量化位数和和 声道数声道数2021/8/18122).2).量化位数（量化位数（量化精度量化精度YY轴度量单位轴度量单位）描述每个采样点样值（电压值）的二进制位数。描述每个采样点样值（电压值）的二进制位数。如：如：8 8位量化位数表示每个采样值可以用位量化位数表示每个采样值可以用2 28 8即即256256个不同个不同的量化值之一来表示的量化值之一来表示 常用的量化位数为常用的量化位

8、数为8 8位、位、1212位、位、1616位。位。0.10.1和和0.110.11哪个更准确？哪个更准确？2021/8/18133).3).声道数声道数 每次对一个通道声波进行采样和量化为每次对一个通道声波进行采样和量化为单声道单声道；每次对两个通道声波进行采样和量；每次对两个通道声波进行采样和量化为称为化为称为双声道（立体声），双声道（立体声），它更能满足人它更能满足人们的听觉需求。们的听觉需求。随着声道数的增加，所占用的存储容量随着声道数的增加，所占用的存储容量也成倍增加。也成倍增加。2021/8/1814小结：声音数字化质量小结：声音数字化质量影响声音数字化质量的三个因素影响声音数字化质

9、量的三个因素采样频率采样频率量化位数量化位数声道数声道数每秒钟采样的次数每秒钟采样的次数每个采样点用多少二进制位表示每个采样点用多少二进制位表示声音通道的个数声音通道的个数采样频率越高采样频率越高声音质量越好声音质量越好数据量也越大数据量也越大量化位数越多量化位数越多音质越好音质越好数据量也越大数据量也越大立体声比单声道立体声比单声道的表现力丰富，的表现力丰富，但数据量翻倍但数据量翻倍11.025kHz11.025kHz22.05kHz22.05kHz44.1kHz44.1kHz8 8位位1616位位单声道单声道立体声立体声 一一2021/8/1815如何计算数字音频文件的存储量？如何计算数字

10、音频文件的存储量？例如：例如：用用44.1KHz44.1KHz的采样频率进行采样，量化位数选用的采样频率进行采样，量化位数选用1616位，位，则录制则录制1 1秒的立体声节目，其波形文件所需的存储量为：秒的立体声节目，其波形文件所需的存储量为：4410044100116168 82=176400(2=176400(字节字节)约约176KB176KB2021/8/1816实践：实践：1、如果、如果CD音质的采样频率为音质的采样频率为44.1KHZ，量化位数为，量化位数为16bit,那么那么4分钟分钟CD双声道立体声音乐的数据长度是多少？双声道立体声音乐的数据长度是多少？176KB*240 约约4

11、1.3MB2021/8/1817(3).(3).数字音频文件的数字音频文件的存储量（字节存储量（字节B B）采样频率采样频率时间时间(S)量化位数量化位数/8声道数声道数-（换算为（换算为B）总点数总点数 每个点占用空间每个点占用空间2021/8/1818ftp:/192.168.0.5复制复制PPT文件，文件，P19自学并完成以下内容：自学并完成以下内容：4、声音的压缩和常见声音文件的格式：、声音的压缩和常见声音文件的格式：2021/8/1819数字音频的文件格式数字音频的文件格式1.WAV1.WAV文件文件图象：图象：bmpbmp 波形文件是由采样数据组成，其还原音质较好，波形文件是由采样

12、数据组成，其还原音质较好，但文件数据量很大。但文件数据量很大。2.MP32.MP3文件文件 MP3(MPEG Audio layer 3)MP3(MPEG Audio layer 3)是一种按是一种按MPEGMPEG标准的标准的声音压缩技术制作的音频文件。声音压缩技术制作的音频文件。特点：特点：优美音质优美音质 高压缩比高压缩比(1:12)(1:12)2021/8/18203.WMA3.WMA文件文件 WMA文件是文件是Windows Media格式中的一个格式中的一个子集，而子集，而Windows Media格式是由格式是由Microsoft Windows Media技术使用的格式，包括音

13、频、视技术使用的格式，包括音频、视频或脚本数据文件。频或脚本数据文件。优势优势：在保证只有在保证只有MP3文件一半大小的前提文件一半大小的前提下保持相同的音质，也可以在线听下保持相同的音质，也可以在线听4 4。RARA文件文件 在线音乐欣赏（在线音乐欣赏（ra,rm,rmxra,rm,rmx）根据网络带宽改变声音的质量根据网络带宽改变声音的质量 2021/8/1821.MIDI.MIDI文件文件-乐器数字接口（乐器数字接口（数字音乐的国际标数字音乐的国际标准准）Musical Instrument Digital InterfaceMusical Instrument Digital Inte

14、rfaceMIDIMIDI文件不是一段录好的声音，而是记录文件不是一段录好的声音，而是记录演奏演奏乐器的各种信息或指令，如用哪一种乐器，什乐器的各种信息或指令，如用哪一种乐器，什么时候按某个键，力度怎么样等等，至于播放么时候按某个键，力度怎么样等等，至于播放时发出的声音，那是通过播放软件或者音源的时发出的声音，那是通过播放软件或者音源的转换而成的转换而成的。播放播放MIDIMIDI文件就是按照记录合成音乐文件就是按照记录合成音乐2021/8/182246-46-竖琴竖琴合成音色合成音色 2 2（温暖）（温暖）46-46-竖琴竖琴合成音色合成音色 2 2（温暖）（温暖）2021/8/1823优势

15、优势：数据量很小、修改方便：数据量很小、修改方便(与与WAV相比相比)1分钟分钟MIDI文件文件 510KB 10M不足不足：缺乏重现真实的自然音或语音：缺乏重现真实的自然音或语音MIDI音乐可很好地达到原始乐器的品质，并能模音乐可很好地达到原始乐器的品质，并能模拟各种声音（包括非自然界声音）。拟各种声音（包括非自然界声音）。因此，因此，MIDI 主要用于主要用于原始乐器作品原始乐器作品、流行歌曲流行歌曲表演表演、游戏音效及电子贺卡音乐游戏音效及电子贺卡音乐2021/8/1824MIDI软件有多种类型，有软件有多种类型，有MIDI播放软件、演奏软件和播放软件、演奏软件和创作软件。创作软件。通常

16、，大多数的媒体播放器都可以播放通常，大多数的媒体播放器都可以播放MIDI音乐，如音乐，如WINDOWS9598的媒体播放器（的媒体播放器（Windows Media Player）除了媒体播放器以外，除了媒体播放器以外，MIDI演奏软件和创作软件都可以演奏软件和创作软件都可以作为作为MIDI的播放器使用，的播放器使用，大部分软件还可以大部分软件还可以显示显示MIDI音乐的音乐的乐谱（乐谱（五线谱或简谱）五线谱或简谱）甚至甚至歌词歌词内容等信息，甚至内容等信息，甚至打印乐谱打印乐谱2021/8/1825常见声音文件的存储格式常见声音文件的存储格式文件文件格式格式文件文件大小大小 音音 质质适用范

17、围适用范围WAV 大大音质好音质好通用性强通用性强 容量与音质成正比容量与音质成正比解说、音效解说、音效MP3WMARAMIDICDA小小 音质较好、文件小音质较好、文件小 对声卡要求低对声卡要求低 压缩比：压缩比：1：12 最小最小容易修改容易修改 要求声卡性能高要求声卡性能高 多媒体作品、网络多媒体作品、网络 小小 在在压缩比和音质方面压缩比和音质方面都都超过了超过了MP3 兼容软件多，兼容软件多，压缩比压缩比1：18 小小 音质教差，流媒体音质教差，流媒体 在线收听网络音乐最好的一种格式在线收听网络音乐最好的一种格式 大大 唱片格式，音质好唱片格式，音质好 文件大，不能编辑文件大，不能编

18、辑 仅用于仅用于CD唱盘唱盘 流行于网络流行于网络2021/8/18262.2 音频压缩标准 声音的制作是使用麦克风或录音机来产生，再由声音的制作是使用麦克风或录音机来产生，再由声卡上的模声卡上的模/数转换器数转换器对模拟音频对模拟音频采样采样后，量化编码为一定字长的二进制序列，并在后，量化编码为一定字长的二进制序列，并在计算机内传计算机内传输和存储输和存储。在数字音频。在数字音频回放回放时，再由数字到模拟的转化器时，再由数字到模拟的转化器(数数/模转换器模转换器)解解码可将二进制编码恢复成原始的声音信号，通过音响设备输出。如下图所码可将二进制编码恢复成原始的声音信号，通过音响设备输出。如下图

19、所示。示。输入音频信号输入音频信号输出音频信号输出音频信号编码器编码器传输传输/存储存储/编辑编辑解码器解码器声卡的声卡的A/D转换器转换器声卡的声卡的D/A转换器转换器计算机计算机2021/8/1827数字波形文件（数字波形文件（WAVWAV）数据量大）数据量大，必须采用必须采用数据压缩编码技术数据压缩编码技术。-便于储存、传输便于储存、传输为什么可以压缩？为什么可以压缩？一是声音信号一是声音信号存在着数据冗余存在着数据冗余；二是二是利用人的听觉特性来降低编码率利用人的听觉特性来降低编码率，人的，人的听觉具有一个强音能抑制一个同时存在的弱音现听觉具有一个强音能抑制一个同时存在的弱音现象，这样

20、就可以抑制与信号同时存在的量化噪声；象，这样就可以抑制与信号同时存在的量化噪声；另外人耳对低频端比较敏感，而对高频端不太敏另外人耳对低频端比较敏感，而对高频端不太敏感，由此引出了感，由此引出了“子带编码技术子带编码技术”。2021/8/1828 音频压缩工具音频压缩工具 豪杰超级解霸豪杰超级解霸3000中的中的MP3格式转换器格式转换器 2021/8/1829答案：D1.下列采集的波形声音（下列采集的波形声音（）的质量最好）的质量最好 A.单声道、单声道、8位量化、位量化、22.05khz采样频率采样频率 B.双声道、双声道、8位量化、位量化、44.1khz采样频率采样频率 C.单声道、单声道

21、、16位量化、位量化、22.05khz采样频率采样频率 D.双声道、双声道、16位量化、位量化、44.1khz采样频率采样频率2021/8/18302数字音频采样和量化过程所用的主要硬件是数字音频采样和量化过程所用的主要硬件是 。(A)数字编码器数字编码器 (B)数字解码器数字解码器 (C)模拟到数字的转换器（模拟到数字的转换器（AD转换器）转换器）(D)数字到模拟的转换器（数字到模拟的转换器（DA转换器）转换器）答案：答案：C2021/8/1831 3以下的采样频率中哪个是目前音以下的采样频率中哪个是目前音频卡所支持的频卡所支持的 。(A)20KHz (B)11.025KHz (C)10KH

22、z (D)50KHz 答案：答案：B2021/8/1832答案：答案：C4音频卡是按音频卡是按 分类的。分类的。(A)采样频率采样频率 (B)声道数声道数 (C)采样量化位数采样量化位数 (D)压缩方式压缩方式 2021/8/1833习题：多媒体数据具有（习题：多媒体数据具有（）特点。）特点。A.数据量大和数据类型多数据量大和数据类型多 B.数据类型间区别大和数据类型少数据类型间区别大和数据类型少 C.数据量大、数据类型多、数据类型间区别小、数据量大、数据类型多、数据类型间区别小、输入和输出不复杂输入和输出不复杂 D.数据量大、数据类型多、数据类型间区别大、数据量大、数据类型多、数据类型间区别大、输入和输出复杂输入和输出复杂 答案：答案：D