多媒體課程講學(xué) (4)

1、周期脈沖序周期脈沖序列發(fā)生器列發(fā)生器偽隨機(jī)噪聲偽隨機(jī)噪聲產(chǎn)生器產(chǎn)生器周期周期時(shí)變數(shù)字濾時(shí)變數(shù)字濾波器波器音量控制音量控制聲道參數(shù)聲道參數(shù)語(yǔ)音語(yǔ)音輸出輸出濁濁/清選擇清選擇 一般來(lái)說(shuō)，波形編譯一般來(lái)說(shuō)，波形編譯碼器的話(huà)音質(zhì)量高，但數(shù)碼器的話(huà)音質(zhì)量高，但數(shù)據(jù)率也很高；音源編譯碼據(jù)率也很高；音源編譯碼器的數(shù)據(jù)率很低，產(chǎn)生的器的數(shù)據(jù)率很低，產(chǎn)生的合成話(huà)音的音質(zhì)有待提高；合成話(huà)音的音質(zhì)有待提高；混合編譯碼器使用音源編混合編譯碼器使用音源編譯碼技術(shù)和波形編譯碼技譯碼技術(shù)和波形編譯碼技術(shù)，數(shù)據(jù)率和音質(zhì)介于它術(shù)，數(shù)據(jù)率和音質(zhì)介于它們之間。們之間。行程編碼0 |x| 1/A 1/A |x| 1 DPCM:DPC

2、M:利用樣本與樣本之間存在的信息冗余度來(lái)進(jìn)行利用樣本與樣本之間存在的信息冗余度來(lái)進(jìn)行編碼的一種數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)。編碼的一種數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)。主要思想：根據(jù)過(guò)去的樣本去估算主要思想：根據(jù)過(guò)去的樣本去估算(estimate)(estimate)下一下一個(gè)樣本信號(hào)的幅度大小，這個(gè)值稱(chēng)為預(yù)測(cè)值，然后對(duì)實(shí)個(gè)樣本信號(hào)的幅度大小，這個(gè)值稱(chēng)為預(yù)測(cè)值，然后對(duì)實(shí)際信號(hào)值與預(yù)測(cè)值之差進(jìn)行量化編碼，從而就減少了表際信號(hào)值與預(yù)測(cè)值之差進(jìn)行量化編碼，從而就減少了表示每個(gè)樣本信號(hào)的位數(shù)。示每個(gè)樣本信號(hào)的位數(shù)。與脈沖編碼調(diào)制與脈沖編碼調(diào)制(PCM)(PCM)不同不同:PCM:PCM是直接對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)是直接對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)行量化編碼，而行

3、量化編碼，而DPCMDPCM是對(duì)實(shí)際信號(hào)值與預(yù)測(cè)值之差進(jìn)行是對(duì)實(shí)際信號(hào)值與預(yù)測(cè)值之差進(jìn)行量化編碼，存儲(chǔ)或者傳送的是差值而不是幅度絕對(duì)值，量化編碼，存儲(chǔ)或者傳送的是差值而不是幅度絕對(duì)值，這就降低了傳送或存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)量。此外，它還能適應(yīng)大這就降低了傳送或存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)量。此外，它還能適應(yīng)大范圍變化的輸入信號(hào)。范圍變化的輸入信號(hào)。利用自適應(yīng)的思想改變量化階的大小，即使用小的量化利用自適應(yīng)的思想改變量化階的大小，即使用小的量化階階(step-size)去編碼小的差值，使用大的量化階去編碼大的去編碼小的差值，使用大的量化階去編碼大的差值；差值；使用過(guò)去的樣本值估算下一個(gè)輸入樣本的預(yù)測(cè)值，使實(shí)使用過(guò)去的樣本值估

4、算下一個(gè)輸入樣本的預(yù)測(cè)值，使實(shí)際樣本值和預(yù)測(cè)值之間的差值總是最小。際樣本值和預(yù)測(cè)值之間的差值總是最小。 采用自適應(yīng)技術(shù)和差分編碼技術(shù)相結(jié)合。采用自適應(yīng)技術(shù)和差分編碼技術(shù)相結(jié)合。將將64kb/s的的PCM信號(hào)壓縮為信號(hào)壓縮為32kb/s的脈沖編碼信號(hào)，廣的脈沖編碼信號(hào)，廣泛應(yīng)用于電話(huà)通信網(wǎng)。泛應(yīng)用于電話(huà)通信網(wǎng)。LPC是通過(guò)分析話(huà)音波形來(lái)產(chǎn)是通過(guò)分析話(huà)音波形來(lái)產(chǎn)生聲道激勵(lì)和轉(zhuǎn)移函數(shù)的參數(shù)，生聲道激勵(lì)和轉(zhuǎn)移函數(shù)的參數(shù)，對(duì)聲音波形的編碼實(shí)際就轉(zhuǎn)化對(duì)聲音波形的編碼實(shí)際就轉(zhuǎn)化為對(duì)這些參數(shù)的編碼，這就使為對(duì)這些參數(shù)的編碼，這就使聲音的數(shù)據(jù)量大大減少。聲音的數(shù)據(jù)量大大減少。在接收端使用在接收端使用LPC分析得

5、到的分析得到的參數(shù)，通過(guò)話(huà)音合成器重構(gòu)話(huà)參數(shù)，通過(guò)話(huà)音合成器重構(gòu)話(huà)音。音。合成器實(shí)際上是一個(gè)離散的隨合成器實(shí)際上是一個(gè)離散的隨時(shí)間變化的時(shí)變線(xiàn)性濾波器，時(shí)間變化的時(shí)變線(xiàn)性濾波器，它代表人的話(huà)音生成系統(tǒng)模型。它代表人的話(huà)音生成系統(tǒng)模型。周期脈周期脈沖序列沖序列發(fā)生器發(fā)生器偽隨機(jī)偽隨機(jī)噪聲產(chǎn)噪聲產(chǎn)生器生器周期周期時(shí)變數(shù)時(shí)變數(shù)字濾波字濾波器器音量控制音量控制聲道參數(shù)聲道參數(shù)語(yǔ)音語(yǔ)音輸出輸出濁濁/清選擇清選擇=線(xiàn)性預(yù)測(cè)器是使用過(guò)去的線(xiàn)性預(yù)測(cè)器是使用過(guò)去的P P個(gè)樣本值來(lái)預(yù)測(cè)現(xiàn)時(shí)刻的采樣值個(gè)樣本值來(lái)預(yù)測(cè)現(xiàn)時(shí)刻的采樣值x(n)x(n)，預(yù)測(cè)值可以用過(guò)去，預(yù)測(cè)值可以用過(guò)去P P個(gè)樣本值的線(xiàn)性組合來(lái)表示：個(gè)樣

6、本值的線(xiàn)性組合來(lái)表示： 殘差誤差殘差誤差(residual error)(residual error)即線(xiàn)性預(yù)測(cè)誤差為即線(xiàn)性預(yù)測(cè)誤差為 =在給定的時(shí)間范圍里，如 ，使 的平方和即 為最小 通過(guò)求解偏微分方程，可找到系數(shù)通過(guò)求解偏微分方程，可找到系數(shù)a ai i的值。的值。如果把發(fā)音器官等效成濾波器，這些系數(shù)值就可以如果把發(fā)音器官等效成濾波器，這些系數(shù)值就可以理解成濾波器的系數(shù)。這些參數(shù)不再是聲音波形本身理解成濾波器的系數(shù)。這些參數(shù)不再是聲音波形本身的值，而是發(fā)音器官的激勵(lì)參數(shù)。的值，而是發(fā)音器官的激勵(lì)參數(shù)。 線(xiàn)性預(yù)測(cè)編碼線(xiàn)性預(yù)測(cè)編碼 (LPC)(LPC)上圖表示的是一個(gè)簡(jiǎn)單的上圖表示的是一個(gè)

7、簡(jiǎn)單的MIDIMIDI系統(tǒng)，它由一個(gè)系統(tǒng)，它由一個(gè)MIDIMIDI鍵盤(pán)控制器鍵盤(pán)控制器和一個(gè)和一個(gè)MIDIMIDI聲音模塊組成。聲音模塊組成。許多許多MIDIMIDI鍵盤(pán)樂(lè)器在其內(nèi)部既包含鍵盤(pán)控制器，又包含鍵盤(pán)樂(lè)器在其內(nèi)部既包含鍵盤(pán)控制器，又包含MIDIMIDI聲聲音模塊功能。在這些單元中，鍵盤(pán)控制器和聲音模塊之間已經(jīng)有內(nèi)音模塊功能。在這些單元中，鍵盤(pán)控制器和聲音模塊之間已經(jīng)有內(nèi)部鏈接，這個(gè)鏈接可以通過(guò)該設(shè)備中的控制功能部鏈接，這個(gè)鏈接可以通過(guò)該設(shè)備中的控制功能(local control)(local control)對(duì)對(duì)鏈接打開(kāi)鏈接打開(kāi)(ON)(ON)或者關(guān)閉或者關(guān)閉(OFF)(OFF)。

8、它由它由5 5個(gè)基本模塊組成：個(gè)基本模塊組成：數(shù)字載波器、調(diào)制器、聲音數(shù)字載波器、調(diào)制器、聲音包絡(luò)發(fā)生器、數(shù)字運(yùn)算器和包絡(luò)發(fā)生器、數(shù)字運(yùn)算器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器。模數(shù)轉(zhuǎn)換器。聲音包絡(luò)發(fā)生器用來(lái)調(diào)聲音包絡(luò)發(fā)生器用來(lái)調(diào)制聲音的電平，這個(gè)過(guò)程也制聲音的電平，這個(gè)過(guò)程也稱(chēng)為幅度調(diào)制稱(chēng)為幅度調(diào)制(amplitude (amplitude modulation)modulation)，并且作為數(shù)字，并且作為數(shù)字式音量控制旋鈕，它的式音量控制旋鈕，它的4 4個(gè)參個(gè)參數(shù)寫(xiě)成數(shù)寫(xiě)成ADSRADSR，這條包絡(luò)線(xiàn)也，這條包絡(luò)線(xiàn)也稱(chēng)為音量升降維持靜音包絡(luò)稱(chēng)為音量升降維持靜音包絡(luò)線(xiàn)線(xiàn)(Attack(Attack，decayde

9、cay，sustainsustain，releaserelease，ADSR)ADSR) 。在樂(lè)音合成器中，數(shù)字載波波形和調(diào)制波形有很多種，不同型號(hào)的在樂(lè)音合成器中，數(shù)字載波波形和調(diào)制波形有很多種，不同型號(hào)的FMFM合成器所選用的波形也不同。下圖是合成器所選用的波形也不同。下圖是Yamaha OPL-IIIYamaha OPL-III數(shù)字式數(shù)字式FMFM合成器采用合成器采用的波形。的波形。各種不同樂(lè)音的產(chǎn)生是通過(guò)組合各種波形和各種波形參數(shù)并采用各種各種不同樂(lè)音的產(chǎn)生是通過(guò)組合各種波形和各種波形參數(shù)并采用各種不同的方法實(shí)現(xiàn)的。用什么樣的波形作為數(shù)字載波波形、用什么樣的波形不同的方法實(shí)現(xiàn)的。用什么

10、樣的波形作為數(shù)字載波波形、用什么樣的波形作為調(diào)制波形、用什么樣的波形參數(shù)去組合才能產(chǎn)生所希望的樂(lè)音，這就作為調(diào)制波形、用什么樣的波形參數(shù)去組合才能產(chǎn)生所希望的樂(lè)音，這就是是FMFM合成器的算法。合成器的算法。n這種方法就是把真實(shí)樂(lè)器發(fā)出的聲音以數(shù)字的形式記錄下來(lái)，播這種方法就是把真實(shí)樂(lè)器發(fā)出的聲音以數(shù)字的形式記錄下來(lái)，播放時(shí)改變播放速度，從而改變音調(diào)周期，生成各種音階的音符。放時(shí)改變播放速度，從而改變音調(diào)周期，生成各種音階的音符。n樂(lè)音樣本的采集相對(duì)比較直觀。音樂(lè)家在真實(shí)樂(lè)器上演奏不同的樂(lè)音樣本的采集相對(duì)比較直觀。音樂(lè)家在真實(shí)樂(lè)器上演奏不同的音符，選擇音符，選擇44.1 kHz44.1 kHz

11、的采樣頻率、的采樣頻率、1616位的樂(lè)音樣本，這相當(dāng)于位的樂(lè)音樣本，這相當(dāng)于CD-CD-DADA的質(zhì)量，把不同音符的真實(shí)聲音記錄下來(lái)，這就完成了樂(lè)音樣本的質(zhì)量，把不同音符的真實(shí)聲音記錄下來(lái)，這就完成了樂(lè)音樣本的采集。的采集。n樂(lè)音樣本通常放在樂(lè)音樣本通常放在ROMROM芯片上。芯片上。n樂(lè)音樣本合成器所需要的輸入控制參數(shù)比較少，可控的數(shù)字音效樂(lè)音樣本合成器所需要的輸入控制參數(shù)比較少，可控的數(shù)字音效也不多，大多數(shù)采用這種合成方法的聲音設(shè)備都可以控制聲音包絡(luò)也不多，大多數(shù)采用這種合成方法的聲音設(shè)備都可以控制聲音包絡(luò)的的ADSRADSR參數(shù)，產(chǎn)生的聲音質(zhì)量比參數(shù)，產(chǎn)生的聲音質(zhì)量比FMFM合成方法產(chǎn)生

12、的聲音質(zhì)量要高。合成方法產(chǎn)生的聲音質(zhì)量要高。用用.wav.wav為擴(kuò)展名的文件格式稱(chēng)為波形文件格式為擴(kuò)展名的文件格式稱(chēng)為波形文件格式(WAVE File (WAVE File Format)Format)，它在多媒體編程接口和數(shù)據(jù)規(guī)范，它在多媒體編程接口和數(shù)據(jù)規(guī)范1.0(Multimedia 1.0(Multimedia Programming Interface and Data Specifications 1.0)Programming Interface and Data Specifications 1.0)文檔中有文檔中有詳細(xì)的描述。該文檔是由詳細(xì)的描述。該文檔是由IBMIBM和微

13、軟公司于和微軟公司于19911991年年8 8月聯(lián)合開(kāi)發(fā)的，它月聯(lián)合開(kāi)發(fā)的，它是一種為交換多媒體資源而開(kāi)發(fā)的資源交換文件格式是一種為交換多媒體資源而開(kāi)發(fā)的資源交換文件格式(Resource (Resource Interchange File FormatInterchange File Format，RIFF)RIFF)。波形文件格式支持存儲(chǔ)各種采樣頻率和樣本精度的聲音數(shù)據(jù)，并波形文件格式支持存儲(chǔ)各種采樣頻率和樣本精度的聲音數(shù)據(jù)，并支持聲音數(shù)據(jù)的壓縮。支持聲音數(shù)據(jù)的壓縮。n Cakewalk Pro Audio、Cakewalk Sonarn 功能強(qiáng)大的專(zhuān)業(yè)編輯、創(chuàng)作、調(diào)試功能強(qiáng)大的專(zhuān)業(yè)編輯

14、、創(chuàng)作、調(diào)試 MIDI 音音樂(lè)的軟件樂(lè)的軟件n 可以快速的編曲、錄音、混音、以及彈奏可以快速的編曲、錄音、混音、以及彈奏MIDIn 自帶有一系列完備的音頻效果器，像均衡、自帶有一系列完備的音頻效果器，像均衡、混響、合唱、動(dòng)態(tài)等，支持第三方的混響、合唱、動(dòng)態(tài)等，支持第三方的DirectX插件式效果器。插件式效果器。1. 什么是聲音？什么是聲音？2. 聲音的三要素是什么？聲音的三要素是什么？3. 什么是采樣頻率？什么是采樣頻率？4. 采樣頻率與聲音還原頻率存在什么關(guān)系？采樣頻率與聲音還原頻率存在什么關(guān)系？5. 音頻文件的數(shù)據(jù)量與哪些因素有關(guān)？音頻文件的數(shù)據(jù)量與哪些因素有關(guān)？6. 回聲效果是怎樣產(chǎn)生的