專(zhuān)轉(zhuǎn)本計(jì)算機(jī)課件-數(shù)字聲音及應(yīng)用

5.3數(shù)字聲音及應(yīng)用5.3.1波形聲音的獲取與播放5.3.2波形聲音的表示與壓縮編碼5.3.3波形聲音的編輯5.3.4計(jì)算機(jī)合成聲音5.3.1波形聲音的獲取與播放聲音的特性和類(lèi)型聲音由振動(dòng)產(chǎn)生，通過(guò)空氣進(jìn)行傳播聲音是一種波，它由許多不同頻率的諧波組成諧波的頻率范圍稱(chēng)為聲音的“帶寬”計(jì)算機(jī)處理的聲音類(lèi)型：話(huà)音或語(yǔ)音(speech)，專(zhuān)指人的說(shuō)話(huà)聲音，帶寬僅為300～3400Hz全頻帶聲音(如音樂(lè)聲、風(fēng)雨聲、汽車(chē)聲等)，其帶寬可達(dá)到20Hz～20kHz人耳可聽(tīng)到的聲音統(tǒng)稱(chēng)“可聽(tīng)聲”(audio)，20Hz～20kHz數(shù)字波形聲音的獲取方法：2.量化（quantization，模數(shù)轉(zhuǎn)換)3.編碼（encoding）1.取樣（sampling）取樣模擬聲音信號(hào)取樣的目的是把時(shí)間上連續(xù)的信號(hào)轉(zhuǎn)換成時(shí)間上離散的信號(hào)量化量化是把每個(gè)樣本從模擬量轉(zhuǎn)換成為數(shù)字量(8位或16位整數(shù)表示)數(shù)字聲音01100011001···編碼將所有樣本的二進(jìn)制代碼組織在一起，并進(jìn)行數(shù)據(jù)壓縮數(shù)字波形聲音的獲取設(shè)備聲音的聯(lián)機(jī)獲取設(shè)備(聲卡)麥克風(fēng)（microphone）聲音卡（soundcard）聲波轉(zhuǎn)換為電信號(hào)取樣、量化、壓縮和編碼模擬聲音數(shù)字聲音聲音的脫機(jī)獲取設(shè)備：數(shù)碼錄音筆聲卡的功能與組成波形聲音的獲取與編碼波形聲音的重建與播放MIDI消息的輸入MIDI音樂(lè)的合成DSPDMA接口PC總線(xiàn)取樣，量化D/A重建，濾波聲音輸出聲音輸入音樂(lè)合成器mixerMIDI接口聲卡的主要功能注：當(dāng)前PC機(jī)的聲卡已經(jīng)與主板芯片組集成在一起，不再做成獨(dú)立的插卡聲音的重建與播放計(jì)算機(jī)輸出聲音分為兩步：1聲音的重建：把聲音從數(shù)字形式轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)形式，由聲卡完成2聲音播放：將模擬聲音信號(hào)經(jīng)處理和放大后送到音箱(揚(yáng)聲器)關(guān)于音箱：普通音箱接收的是重建的模擬聲音信號(hào)數(shù)字音箱可直接接收數(shù)字聲音信號(hào)，聲音失真更小重建的模擬聲音信號(hào)數(shù)字聲音011010011101…插值數(shù)模轉(zhuǎn)換解碼把壓縮編碼的數(shù)字聲音恢復(fù)為壓縮編碼前的狀態(tài)把聲音樣本從數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量把時(shí)間上離散的一組樣本轉(zhuǎn)換成在時(shí)間上連續(xù)的模擬聲音信號(hào)5.3.2波形聲音的表示

與壓縮編碼數(shù)字波形聲音的表示及參數(shù)數(shù)字波形聲音是使用二進(jìn)位表示的一種串行比特流，其數(shù)據(jù)按時(shí)間順序進(jìn)行組織，文件擴(kuò)展名為“.wav”數(shù)字波形聲音的主要參數(shù)有：取樣頻率：語(yǔ)音的取樣頻率低，一般為8kHz全頻帶聲音（如音樂(lè)）的取樣頻率高，一般為44.1kHz量化位數(shù)：通常為8位、12位或16位聲道數(shù)目：?jiǎn)温暤罏?，雙聲道為2碼率(比特率)，每秒鐘的數(shù)據(jù)量數(shù)字波形聲音碼率的計(jì)算未壓縮時(shí)數(shù)字波形聲音的碼率計(jì)算公式碼率=取樣頻率

×

量化位數(shù)

×

聲道數(shù)

例：聲音類(lèi)型聲音信號(hào)帶寬(Hz)取樣頻率(kHz)量化位數(shù)(bits)聲道數(shù)未壓縮時(shí)的碼率數(shù)字語(yǔ)音300～340088164kb/sCD立體聲20～2000044.11621141.2(kb/s)壓縮編碼之后數(shù)字波形聲音的碼率為：壓縮后的碼率=未壓縮時(shí)的碼率/壓縮倍數(shù)

例：上面CD唱片的立體聲音樂(lè)壓縮為MP3后，若壓縮倍數(shù)是10倍，則該MP3音樂(lè)的碼率是：114kb/s左右數(shù)字波形聲音的數(shù)據(jù)壓縮數(shù)字波形聲音的數(shù)據(jù)量很大，例如：數(shù)字語(yǔ)音1小時(shí)的數(shù)據(jù)量大約是30MBCD立體聲高保真的數(shù)字音樂(lè)1小時(shí)的數(shù)據(jù)量大約是635MB數(shù)據(jù)壓縮的必要性：為了降低存儲(chǔ)成本和提高在網(wǎng)絡(luò)上的傳輸效率數(shù)據(jù)壓縮的可能性：聲音中包含了大量冗余信息；人耳的靈敏度有限，允許有一定失真數(shù)字波形聲音壓縮編碼的方法：全頻帶聲音：國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)MPEG；工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DolbyAC-3數(shù)字語(yǔ)音：固定電話(huà)使用ADPCM編碼移動(dòng)電話(huà)使用高效率的混合編碼技術(shù)全頻帶數(shù)字音頻編碼的標(biāo)準(zhǔn)所謂“MP3音樂(lè)”就是一種采用MPEG-1層3編碼的高質(zhì)量數(shù)字聲音,它能以10倍左右的壓縮比降低高保真數(shù)字聲音的存儲(chǔ)量，使一張普通CD光盤(pán)上可以存儲(chǔ)大約100首MP3歌曲

標(biāo)準(zhǔn)名稱(chēng)壓縮后的碼率(每個(gè)聲道)聲道數(shù)目主要應(yīng)用MPEG-1audio層1192kbps（壓縮4倍）2數(shù)字盒式錄音帶MPEG-1audio層2128kbps（壓縮6倍）2DAB,VCD,MPEG-1audio層364kbps（壓縮12倍）2Internet，MP3音樂(lè)MPEG-2audio與MPEG-1層1,層2,層3相同5.1,7.1同MPEG-1DolbyAC-364kbp5.1,7.1DVD,DTV，家庭影院附：MP3播放器的結(jié)構(gòu)與原理程序存儲(chǔ)器閃爍存儲(chǔ)器液晶顯示D/A轉(zhuǎn)換嵌入式處理器及DSP聲音輸出控制按鍵USB接口嵌入式處理器用于運(yùn)行控制程序，控制各個(gè)部件協(xié)調(diào)工作：它接收控制按鍵的操作命令，從閃爍存儲(chǔ)器讀取MP3音樂(lè)數(shù)據(jù)送到DSP去解碼；顯示播放器的工作狀態(tài)；負(fù)責(zé)與主機(jī)連接并交換數(shù)據(jù)等等數(shù)字信號(hào)處理器DSP完成MP3數(shù)據(jù)流的解碼操作，并輸出波形格式的數(shù)字音頻信號(hào)，經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換和功率放大之后，用戶(hù)即可聽(tīng)到聲音存放MP3音樂(lè)數(shù)據(jù)，容量越大，可存放的歌曲數(shù)目就越多

存放MP3播放器的控制程序顯示MP3播放器的工作狀態(tài)和歌曲的歌詞什么是流媒體？在因特網(wǎng)上收聽(tīng)(看)音(視)頻節(jié)目的2種方式：下載存儲(chǔ)方式：先下載存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中，下載完畢后再播放（缺點(diǎn)：需要等待很長(zhǎng)時(shí)間，并需要較大的存儲(chǔ)容量）流式傳輸方式：邊下載、邊播放（優(yōu)點(diǎn)：只需要下載一部分?jǐn)?shù)據(jù)之后,就可以開(kāi)始一邊播放一邊下載，等待時(shí)間短、存儲(chǔ)需求?。┝髅襟w技術(shù)就是允許在網(wǎng)絡(luò)上讓用戶(hù)一邊下載一邊收看(聽(tīng))音視頻媒體的一種技術(shù)目前主要有3個(gè)公司的流媒體產(chǎn)品：RealNetworks公司的RealMedia微軟公司的WindowsMedia蘋(píng)果公司的QuickTime數(shù)字波形聲音的主要文件格式.wav——波形聲音文件

.pcm——使用PCM編碼的聲音文件.mp2——MPEG層1或?qū)?編碼的聲音文件.mp3——MPEG層3編碼的聲音文件.rm，.ra(RealAudio)——RealNetworks的流式聲音文件.wma——微軟公司的流式聲音文件.aif(AudioInterchangeableFileFormat)——蘋(píng)果公司的聲音文件5.3.3波形聲音的編輯波形聲音編輯軟件的功能主要功能：1

編輯聲音：如聲音剪輯、復(fù)制、調(diào)節(jié)音量2

聲音的效果處理：如混響、回聲等3

錄音4

聲音的格式轉(zhuǎn)換5播放聲音數(shù)字聲音的參數(shù)左聲道信號(hào)波形右聲道信號(hào)波形淡入淡出時(shí)間刻度播放標(biāo)尺聲音編輯軟件的典型用戶(hù)界面5.3.4計(jì)算機(jī)合成聲音什么是計(jì)算機(jī)合成聲音？計(jì)算機(jī)合成聲音就是計(jì)算機(jī)模仿人說(shuō)話(huà)或演奏音樂(lè)計(jì)算機(jī)合成聲音有兩類(lèi)：計(jì)算機(jī)合成語(yǔ)音：計(jì)算機(jī)模仿人把一段文字朗讀出來(lái)，即把文字轉(zhuǎn)換為語(yǔ)音（簡(jiǎn)稱(chēng)為T(mén)TS）應(yīng)用：有聲查詢(xún)、文稿校對(duì)、語(yǔ)言學(xué)習(xí)、語(yǔ)音秘書(shū)、自動(dòng)報(bào)警、殘疾人服務(wù)等計(jì)算機(jī)合成音樂(lè)：計(jì)算機(jī)模擬各種樂(lè)器發(fā)聲并按照樂(lè)譜演奏音樂(lè)應(yīng)用：計(jì)算機(jī)作曲、配器等例：計(jì)算機(jī)合成的語(yǔ)音Hello，everybody（1）你好，我是貝爾實(shí)驗(yàn)室的中文語(yǔ)音合成系統(tǒng)（BellTTS1）南京大學(xué)計(jì)算機(jī)系2002年招收了202名本科生，22名博士生，130多名碩士生。（中科大訊飛公司）

（Bell）安徽中科大訊飛信息科技有限公司是專(zhuān)門(mén)從事中文語(yǔ)音及語(yǔ)言技術(shù)軟件（訊飛）我們都是同行，我們一路同行，去參加人參培植研討會(huì)（訊飛）

（Bell）需要進(jìn)一步提高之處：發(fā)音和斷句要正確，提高自然度，豐富表現(xiàn)力計(jì)算機(jī)合成音樂(lè)（MIDI）音樂(lè)合成器音樂(lè)MIDI文件媒體播放器MIDI消息計(jì)算機(jī)合成音樂(lè)需要三個(gè)要素：樂(lè)器、樂(lè)譜和“演奏員”聲卡上的音樂(lè)合成器能像電子琴一樣模仿幾十種不同的樂(lè)器發(fā)出聲音，它按照MIDI消息合成出不同音色和音調(diào)的音符，通過(guò)揚(yáng)聲器播放出音樂(lè)來(lái)

樂(lè)譜在計(jì)算機(jī)中使用一種叫做MIDI的音樂(lè)描述語(yǔ)言來(lái)表示。使用MIDI描述的音樂(lè)稱(chēng)為MIDI音樂(lè)。一首樂(lè)曲對(duì)應(yīng)一個(gè)MIDI文件，其文件擴(kuò)展名為.MID或.MIDI媒體播放器軟件相當(dāng)于“演奏員”。播放MIDI音樂(lè)時(shí)，它先從磁盤(pán)上讀入.MID文件，解釋其內(nèi)容，然后以MIDI消息的形式向聲卡上的音樂(lè)合成器發(fā)出各種指令例：計(jì)算機(jī)合成的MIDI音樂(lè)例1音樂(lè)之聲（6KB）例2軍港之夜（7KB）MIDI的優(yōu)點(diǎn)：數(shù)據(jù)量極?。ū菴D立體聲少3個(gè)數(shù)量級(jí)，比MP3少3個(gè)數(shù)量級(jí)）易于制