多媒体技术基础--单元5.ppt

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: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。2023/2/102内容框架内容框架2023/2/1035.15.1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 2023/2/1045.15.1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 2023/2/1055.15.1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。2023/2/1065.15.1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，单位为分贝（分贝（dBdB）。人耳能感知的声音幅度大约在0-120dB之间。2023/2/1075.15.1声音的特性声音的特性5.1.1 声音的物理特性2幅度与音强动态范围动态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。2023/2/1085.15.1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。2023/2/1095.15.1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 2023/2/10105.15.1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2023/2/10115.25.2 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括两个过程：声音采样和量化。声音的采样与量化2023/2/10125.25.2 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样采样(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，称为采样频率采样频率，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）。2023/2/10135.25.2 声音的数字化声音的数字化5.2.1 采样与量化2量化与量化位数 量化（量化（quantizationquantization）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。2023/2/10145.25.2 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单声道输出一个立体声(stereo)声音文件。2023/2/10155.25.2 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192.02020000Hz2023/2/10165.25.2 声音的数字化声音的数字化5.2.2 声音质量与数据率3声音文件的大小文件大小=采样频率（Hz）量化位数（bit）声道数 音频秒数8（Byte)2023/2/10175.25.2 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。2023/2/10185.25.2 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 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。2023/2/10195.25.2 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。2023/2/10205.25.2 声音的数字化声音的数字化什么是MP4？?2023/2/10215.35.3 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(musical 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。2023/2/10225.35.3 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，再传送到扬声器上产生声音效果，计算机用的合成器一般在声卡上。2023/2/10235.35.3 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。2023/2/10245.35.3 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。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。2023/2/10255.35.3 认识认识MIDIMIDI音乐音乐5.3.4 MIDI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。2023/2/10265.45.4 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 2023/2/10275.45.4 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/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、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 2023/2/10285.55.5 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 Blaster Live!图5.9 声卡2023/2/10295.55.5 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2023/2/10305.55.5 声卡声卡5.5.3 声卡的接口与使用声卡的接口 2023/2/10315.65.6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。2023/2/10325.65.6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。2023/2/10335.65.6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。2023/2/10345.65.6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。2023/2/10355.65.6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。2023/2/1036学习活动学习活动1从CD光盘上选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。2023/2/1037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）。2023/2/1038