音频基础知识精品文稿.ppt

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1、音频基础知识第1页，本讲稿共19页09 二月 2023多媒体技术音频基础2本章内容n音频的声学基础n声音的数字化n声音的存储格式nMIDI音乐n语音信号、非语音信号第2页，本讲稿共19页09 二月 2023多媒体技术音频基础3音频媒体n音频（audio）或声音（sound）n携带信息的极其重要的媒体n多媒体技术研究中的一个重要内容n与视觉媒体相比具有特殊性n不同场合下的重要性不同nPassive viewing(e.g.film,video,etc.)nVideo conferencing第3页，本讲稿共19页09 二月 2023多媒体技术音频基础4声音的概念n声音是一种机械振动状态的传播现象

2、，它表现为一种机械被即声波。n产生声波的条件n有作机械振动的物体：声源n有能传播机械振功的弹性介质n声波在介质中传播有一定速度，称之为声波的传播速度（声速）第4页，本讲稿共19页09 二月 2023多媒体技术音频基础5声波示意（L.A.Rowe）压缩稀薄时间幅度正弦波第5页，本讲稿共19页09 二月 2023多媒体技术音频基础6声波频率n声压变化可以是周期性的和非周期性n频率概念n循环（cycle）-压缩/稀薄过程n频率（frequency）：每秒cycle数，单位 hertz(Hz)n周期 cycle的持续时间(1/frequency)n声音信号一般由许多频率不同的信号组成，称为复合信号；而

3、单一频率的信号称为分量信号第6页，本讲稿共19页09 二月 2023多媒体技术音频基础7频率范围n频率小于20Hz 一般称为次声波（subsonic)n人的听觉器官能感知的声音频率范围约为20Hz20kHz的信号称为音频(Audio)信号n人发音器官发声频率约是803400Hz，但人说话的信号频率约为3003000Hz，即话音(speech)信号n高于20kHz的信号称为超声波(ultrasonic)n超声波及次声波一般不能引起人听觉器官的感觉，但可借助一些仪器设备进行观察和测量第7页，本讲稿共19页09 二月 2023多媒体技术音频基础8乐音与噪音n一般乐音指具有确定的基频以及与该基频有较小

4、整数倍关系的各阶谐频（harmonic tone）n频率比基音高的所有分音统称泛音(over tone)，泛音的频率不必与基音成整数倍关系n在主观上把令人不愉快或不需要的声音定义为噪音n噪音的频谱较为复杂，具有无规则的振幅和波形的连续频谱第8页，本讲稿共19页09 二月 2023多媒体技术音频基础9声音要素（一）n响度（音响）loudnessn到达人耳的声扰动振幅所产生的听觉的大小n声振动能量是物理特性，可用声强（sound pressure）定义，单位:帕斯卡(Pa)n实用上通常都以对数方式的声压级(sound pressure level)表示，单位:分贝(db)n响度是主观量，不能用任何

5、仪器正确地测量n声音响度使用了以两个声强之比的对数为基础的相对标度，单位：宋（sone）第9页，本讲稿共19页09 二月 2023多媒体技术音频基础10声音要素（二）n音调（音高）pitch或tonen人对声音刺激频率的主观判断与估量，称之为音调(Pitch)，单位：美（Mel）nFrequency是物理量，而音调是人的感觉n听觉经验n一般女生的声音比男生高n较大物体振动的音调较低第10页，本讲稿共19页09 二月 2023多媒体技术音频基础11声音要素（三）n音色（音质）timbern由其频谱决定n不同乐器发出同一音高的乐音，仍然可以分辨n可以把音色描述为音的瞬时横截面，即用谐音（泛音）的数

6、目、强度、分布和相位来描述。n泛音的强度可使音色发生变化，音色的主观特性比响度或音调的主观特性复杂得多。第11页，本讲稿共19页09 二月 2023多媒体技术音频基础12模拟信号与数字信号n在时间和幅度上连续的信号为模拟（analog）信号。n巴时间和幅度都用离散的数字表示的信号就称为数字（digital）信号n采样（sampling）时间n量化（quantization）幅度n数字化实际上就是采样和量化第12页，本讲稿共19页09 二月 2023多媒体技术音频基础13声音的采样和量化n两个关键参数：采样频率与量化精度第13页，本讲稿共19页09 二月 2023多媒体技术音频基础14采样频率n

7、每秒钟需要采集多少个声音样本n根据奈奎斯特理论(Nyquist theory)和声音信号本身的最高频率决定的nfs=2f 或者 Ts=T/2n如果一个信号中的最高频率为fmax，采样频率最低要选择2fmax第14页，本讲稿共19页09 二月 2023多媒体技术音频基础15量化精度反映度量声音波形幅度的精度，一般用每个声音样本的位数(bit per sample，bps)表示常见的量化精度有：8与16声音的质量越高，需要的存储空间越多第15页，本讲稿共19页09 二月 2023多媒体技术音频基础16声音质量等级质量采样频率(kHz)样本精度(bit/s)单道声/立体声数据率(未压缩)(kb/s)

8、频率范围电话88单道声642003400 HzAM11.0258单道声88.22015000HzFM22.05016立体声705.6507000HzCD44.116立体声1411.22020000 HzDAT4816立体声1536.02020000 Hz第16页，本讲稿共19页09 二月 2023多媒体技术音频基础17声音质量的度量声音质量的评价目前仍然是一个很困难的问题，需要继续研究声音质量的度量有两种基本的方法客观质量度量：主要用信噪比(signal to niose ratio，SNR)主观质量度量：主观平均判分法 对于图象等其它媒体数据的处理同样存在两种质量度量主客观结合？第17页，本

9、讲稿共19页09 二月 2023多媒体技术音频基础18存储格式（一）用.wav为扩展名的文件格式称为波形文件格式(WAVE File Format)RIFF：Resource Interchange File Format IBM和微软公司于1991年8月联合开发支持存储各种采样频率和样本精度的声音数据，并支持一定的声音数据的压缩主要用于PC 类似格式au(SUN),aiff(Apple),snd(SGI)http:/ 二月 2023多媒体技术音频基础19存储格式（二）nmp3/mp3 pronRealAudio(ra)/RealMedia(rm)nOgg VorbisnWMAnQuickTime/QDesign MusicnMIDInVQFnMOD第19页，本讲稿共19页