多媒体技术和通信第3章

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1、第三章音频信息处理技术3.1声学基础知识3.2数字音频技术3.3音频信号压缩编码3.4音频信息压缩编码标准3.5IP电话技术3.1声学基础知识声音是通过空气传播的一种连续的波。是由许多频率不同的分量信号组成的复合信号。复合信号的频率范围称为带宽。带宽为20Hz－20kHz的信号称为音频（audio）信号。声压及声压级SPL（SoundPressureLevel）也是常用的声音描述参量。声压就是声音的压力。以帕斯卡（Pa）为单位来度量响度；对声压有效值取对数，用此对数值来表示声音的强弱。这种表示声音强弱的对数值就叫做声压级SPL。一、声音和人耳

2、听觉特性1、声音的性质（1）声音是时基类媒体。（2）声音有三个要素，音调、音强和音色。（3）声音具有连续谱特性。（4）声音有方向感。（5）音色与失真特性。2、人耳听觉特性（1）人耳对声音强弱的感觉特性（2）响度、响度级（3）人耳听觉的掩蔽效应一个声音的存在会影响人们对其他声音的听觉能力，使一个声音在听觉上掩蔽了另一个声音，即所谓的“掩蔽效应”。（4）声音质量评价声音类型带宽电话语音200Hz－3.4kHz调幅广播50Hz－7kHz调频广播20Hz－15kHzCD20Hz－20kHz声音的质量与声音的带宽有关，一般来说频率范围越宽，声音质量也就

3、越高。可以使用信噪比（SNR）、主观平均判分法（MOS）。在采用等级法MOS(MeanOpinionScore)进行评价时，通常设优，良，中，差，劣五个等级。平均观点分(MeanOpinionScore，MOS)是一种主观评价指标。听众根据系统质量的好坏使用N分制给系统打分。常见的5分制系统：平均观点分质量等级主观感觉5极好觉察不到4好觉察得到，但不难听3一般有点难听2差难听，但不反感1极差难以忍受采样点越多，声音记录的保真度就越高，但电脑存储的信息量也相应增加。（5）声道单声道(Monophonic)意味着单个声源。声音的三个属性：（1）

4、幅值(Amplitude)（2）相位(Phase)（3）时序(Timing)3.2数字音频技术一、数字音频在计算机中声音信号是用一系列的数字表示的，称为数字音频。分为：波形声音：包含所有的声音形式。语音：也表现为波形声音。音乐：是符号化的声音。二、数字音频技术声音进入计算机的第一步就是数字化。数字化实际上就是采样和量化。影响数字声音波形质量的主要因素有三个：（1）采样频率（2）采样精度（3）通道数1、声音信号数字化采样（sampling）：将声音信号在时间上离散化，即每隔相等的一段时间抽取一个信号样本。量化（quantization）：将连

5、续的信号幅度离散化。如果幅度的划分是等间隔的，称为线性量化，否则为非线性量化。电压范围量化(dec)编码(bin)0.5~0.730110.3~0.520100.1~0.31001-0.1~0.10000-0.3~-0.1-1111-0.5~-0.3-2110-0.7~-0.5-3101-0.9~-0.7-4100采样频率奈奎斯特理论指出：采样频率不应低于声音信号最高频率的两倍，这样就能把以数字表达的声音还原成原来的声音，称为无损数字化。fs>=2fmax标准的采样频率有11.025kHz，22.05kHz，44.1kHz。采样精度每个声音样

6、本的数字化位数反映了声音波形幅度的采样精度。一般有8位和16位两种双声道（立体声）。声音的数据量=（采样频率*每个采样位数*声道数）/8（B/s）质量采样频率（kHz）样本精度单道声/立体声数据率（kb/s）频率范围（kHz）电话88单道声64200～3400AM11.0258单道声8850～7000FM22.05016立体声705.620～15000CD44.116立体声1411.220～20000DAT4816立体声153620～200002、音频的数字化与再现音频处理应考虑以下三点：（1）人与计算机通信。包括音频获取、语音的识别和理解。

7、（2）计算机与人通信。包括音乐合成、语音合成、声音的定位以及音频视频的同步。（3）人-计算机-人通信。有语音采集、音频的编码和解码、音频的存储、音频的传输等。3、数字音乐国际标准MIDI和MP3（1）电子乐器数字接口：MIDI（musicalinstrumentdigitalinterface,MIDI）MIDI实质上是由MIDI控制器（或MIDI文件）产生的指示电子音乐合成器要做什么、怎么做（如演奏某个音符、加大音量、生成音响效果）的一套标准指令。1988年MIDI制造商协会正式颁布MIDI技术规范，作为数字式音乐的国际标准。规定每种MID

8、I装置由一个接收器和一个发送器组成。规定MIDI键盘为128键。在MIDI接收器中有16个通道，它可以向声音合成器传送16路不同的声音等。（2）MP3数码音乐MP3