声音信号的介面与处理

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1、聲音信號的介面與處理語音音樂：烘托氣氛、強化主題。。。音效：風聲、雨聲。。。1多媒體概論mm03.ppt聲音的採集音訊的頻率範圍電話(200~3.4kHz)、調幅廣播(50~7kHz)、調頻廣播(20~15kHz)、寬頻音響(20~20kHz)立體聲音訊：由左右兩路單音所組成。聲音採集過程由拾音器（麥克風）收集。程控放大器：隔離放大加上可程式衰減。低通濾波ADC：類比聲音轉成數位聲音匯流排介面與控制邏輯：壓縮等處理。存入記憶體。2多媒體概論mm03.ppt聲音的播放聲音播放過程由儲存器取出壓縮資料解壓縮DAC：數位聲音轉成類比聲音低通濾波功率放大與音量

2、控制輸出到音響3多媒體概論mm03.ppt音訊信號介面程控放大低通A/DA/D低通功放語音控記憶體匯流排介面與控制邏輯音訊處理器左左程控放大低通A/DA/D低通功放語音控右右音訊輸入音訊輸出4多媒體概論mm03.ppt聲音檔的種類WAV：以波形表示的聲音，不經壓縮。CD-DA：雷射唱盤的聲音，品質較WAV高。MIDI：MIDI音訊由音符和時間值組成，佔用的儲存空間較少。mp3Wma相關資料5多媒體概論mm03.ppt音樂合成聲音：包括擷取的聲音、合成的聲音合成音樂：MIDI合成語言音色(timbre)：區分不同樂器或人的聲音的音質(tone)。複調(p

3、olyphony)：同時演奏若干音符時發出的聲音。多音色(multi-timbre)：同時演奏不同樂器時發出的聲音。MIDI:MusicalInstrumentDigitalInterface1983年根據D.Smith開發的通用合成器(universalsynthesizer)標準所製定。電腦、電子樂器、演奏控制器彼此通訊的標準。樂譜的數位描述，包含音符、定時、樂器指派。6多媒體概論mm03.pptMIDI合成器利用數位訊號處理器(DSP)構成的電子設備，用來產生音樂或聲音。利用一組固定的音調值來產生特定樂器的音色，在使用調頻(FM)原理，利用軟體控

4、制產生豐富的聲音。傳輸資料率為31.25KbpsMIDI檔案儲存各種樂器的音色,音符,節拍,音量,16個樂器通道之指派儲存指令而非實際波形,所需空間小,1分鐘MIDI檔僅約4KB儲存空間。7多媒體概論mm03.ppt多媒體資料壓縮考慮要素壓縮後的影像或語音品質是否可接受壓縮成本,包含運算時間,軟硬體需求壓縮後的資料傳輸率,可否滿足傳輸通道的限制8多媒體概論mm03.ppt聲音信號的處理人耳可聽見頻率範圍20Hz--20KHzCD-DA20Hz--20KHzFM調頻廣播20Hz--15KHzAM調頻50Hz--7KHz電話300Hz--3.4KHz9多媒

5、體概論mm03.ppt信號的數位化Analog-to-Digital(A-D)conversionSampling取樣Quantization量化Coding編碼10多媒體概論mm03.pptSampling取樣SamplingTheory連續性(continuous)信號轉為離散(discrete)資料時,取樣率(samplingrate)必須是信號頻寬的兩倍以上,方能從離散式完整還原為連續信號discretev.s.digital轉換為頻域信號Fouriertransform11多媒體概論mm03.ppt實例聲音信號頻寬為20kHz,理論上取樣率應

6、為40kHz(CD-Audio之取樣率為44.1kHz)信號取樣頻率為f(Hz),且每個取樣值以R個位元表示,則信號傳輸率T:T=fxR(bitspersecond,orBPS)12多媒體概論mm03.ppt數位音訊取樣率與資料率13多媒體概論mm03.ppt語音壓縮根據語音信號的冗餘度和人類的聽覺感知，在保持音質、限制碼率、編碼計算過程三者之間與一個折衷。電話語音編碼波形編碼：把持與輸入波形不變。（錄音）語聲編碼：聽起來一樣，但波形可以不同。（編碼器，彈鋼琴，MIDI）高品質語音編碼由中高碼率的編碼方法實現。14多媒體概論mm03.ppt波形編碼P

7、CM:脈衝編碼調變DPCM:差分脈衝編碼調變ADPCM:自適應差分脈衝編碼調變SB:子頻帶（sub-band），以4kHz為界，分高低頻。15多媒體概論mm03.ppt混合編碼混合參數模型法編碼及波形編碼以低於16kbps碼率得到高品質的合成語音。基於按分析來合成的線性預測(LPAS)：採用聽覺加權技術，在閉環基礎上尋找主觀失真最小的激勵向量。多脈衝線性預測編碼(MP-LPC)：1982年，9.6kbps衛星導航通訊標準。碼激勵線性預測(CELP)：1984年，使用向量量化(VQ)，能在4.8kbps以上的碼率獲得較高品質的語音。CCITTG.728：

8、1992年，使用貝爾實驗室的LD-CELP（低延遲碼激勵線性預測）演算法，以16kbps編碼語