《声音和语音编码》PPT课件

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1、第二章声音和语音编码1南通大学计算机应用教研室本章主要内容声音概述声音的数字化电子合成音乐语音编码脉冲编码调制（PCM）PCM应用其它编码方法2南通大学计算机应用教研室2.1声音概述声音是一种连续的波，具有普通波的一切特性：反射、折射、衍射等。声音信号是由许多频率不同的信号组成声波的分类（按频率）次声波(0～20Hz)声波(20～20KHz)—人类听觉范围超声波(>20KHz)—强的方向性应用：B超、探测仪、主动声纳3南通大学计算机应用教研室2.1声音概述（续）声音的幅度人类能够感知的范围是：0～120dB之间超出120dB人耳可能会感动疼痛补充：什么是dB（分

2、贝）数？4南通大学计算机应用教研室什么是dB（分贝）数？一种相对量单位，在专业音响设备的调节刻度上经常会遇到，例如增益大小、衰减量、提升量、电平量等。其定义是：dB数=20lgA/B但在功率级、声强级及能量级中，其定义是：dB数=10lgA/B式中，A是被比较的绝对量，例如电压、电流等；B为比较的标准量。采用dB数表示量值的优点是缩小了数值大小，使量值表示更简单更具体，使运算简化。同时，对一些变化范围很宽的物理量作图表示或刻度与非常方便，一目了然。5南通大学计算机应用教研室2.1声音概述（续）音宽与频带：频带宽度或称为带宽，它是描述组成复合信号的频率范围。图2.

3、1声音的频带6南通大学计算机应用教研室2.1.1音频信号的指标一.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，音质越好。图2.2声音的频带宽度7南通大学计算机应用教研室2.1.1音频信号的指标(续)二．动态范围:动态范围越大，信号强度的相对变化范围越大，音响效果越好。音质效果AM广播FM广播数字电话CD－DA动态范围（dB）406050100动态范围＝20×log（信号的最大强度/信号的最小强度）单位：（dB）表2.1声音的动态范围抑扬顿挫8南通大学计算机应用教研室2.1.1音频信号的指标(续)三．信噪比：信噪比SNR（SignaltoNoiseR

4、atio）是有用信号与噪声之比的简称。噪音可分为环境噪音和设备噪音。信噪比越大，声音质量越好9南通大学计算机应用教研室本章主要内容声音概述声音的数字化电子合成音乐语音编码脉冲编码调制（PCM）PCM应用其它编码方法10南通大学计算机应用教研室2.2声音的数字化模拟信号与数字信号声音信号的数字化采样频率采样精度声音质量与数据率11南通大学计算机应用教研室2.2.1模拟信号与数字信号模拟信号——时间上、幅度上均连续的信号。采样——在某一时刻对模拟信号的幅度进行测量，将其时间上离散化量化——将采样得到的信号幅度的取值离散化。如采样得到的幅度为[0,255],一种离散化

5、的方法是取值{0,1,2,…,255}采样和量化后得到的信号就是数字信号12南通大学计算机应用教研室2.2.1模拟信号到数字信号为什么要从模拟信号过渡到数字信号？以前声音长途传输用电信号来模拟声波，对电信号的处理，采用模拟电气元件，受环境影响很大（温度、电磁场干扰），难以纠错。采用数字信号，采用数字信号处理器（DSP）进行数学运算，受环境影响较小，可以实现容错处理。13南通大学计算机应用教研室2.2.1数字信号处理的优点数字信号计算是一种精确的计算方法，不受时间和环境变化的影响；用数学运算来实现（模拟）原来的物理部件的功能相对比较容易可以通过改变数学运算的方法，

6、实现不同的功能，而不需更换物理部件(DSP)。即只需对DSP编程。14南通大学计算机应用教研室2.2.2声音信号的数字化声音信号的数字化步骤：采样——得到一个个时间上离散的幅度值量化——得到一个个离散的幅度值连续时间的离散化通过采样，一般采用均匀采样(uniformsampling)连续幅度的离散化通过量化，可采用线性量化,或非线性量化15南通大学计算机应用教研室2.2.2声音信号的数字化(图)图2.3声音信号的数字化16南通大学计算机应用教研室采样和量化——示例如有一声音信号，对其进行采样和量化。量化表用[1，2，3，4，5，6，7，8]，四舍五入方法。结果如

7、下表2.2采样序列1.532.203.61…4.83量化序列224…517南通大学计算机应用教研室2.2.2声音信号的数字化目前应用较为广泛的采样方式:奈奎斯特(Nyquist)采样正交采样带通采样Sigma-Delta(∑－△)采样等18南通大学计算机应用教研室2.2.2声音信号的数字化需要解决的两个问题：采样频率应该是多少？量化的精度？bps(bitpersample)19南通大学计算机应用教研室2.2.3采样频率采样频率是指一秒钟内采样的次数。奈奎斯特采样定理(Nyquisttheory):如果对某一模拟信号进行采样，则采样后可还原的最高信号频率只有采样频

8、率的一半；或者说只要采样