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5.3 数字声音及应用5.3.1 波形声音的获取与播放 1.声音信号的数字化 声音的不同谐波的 称为声音的带宽。 带宽是声音的一项重要参数。多媒体技术处理的声音信号: 主要是 的20~20kHz的音频信号(audio) :人说话的声音。 其频率范围约为300~3400Hz :音乐声、风雨声、汽车声等其他声音。 其带宽可达到20~20kHz 1.声音信号的数字化 将模拟声音信号转换成数字编码形式,以便于计算机进行处理的过程。主要过程为: ? 取样 ? 量化 ? 编码模拟 数字声音 取 样 量 化 编 码 声音信号 011010011101…… A/D转换( 模拟信号->数字编码 )电 5压 4值 3 2 1 0 -1 -2 -3 -4 -5 时间间隔 l时间间隔模拟 数字 取 样 量 化 编 码声音 声音信号 011010011101…… 1.声音信号的数字化? 以数字形式存储的声音重放性能好,复制时? 数字声音的可编辑性强,易于进行? 数字声音能进行数据 ,传输时抗干扰能力强? 数字声音容易与其他媒体相互结合( )? 数字声音为自动提取“元数据”和实现基于内容的检 索创造了条件 2.波形声音的获取设备 :将声波转换为电信号 :进行数字化声卡的主要功能: :把模拟声音转换为数字形式。 (话筒或线路输入)可以获取单、双声道的设备 3.声音的播放 :计算机输出声音的过程,分两步:? 重建:把声音从数字形式转换为模拟形式? 将模拟信号经过处理和放大送到扬声器发声 数 重建的 字 解 码 数模转换 插 值 模拟声 声 音信号 音011010011101…… 3.声音的播放音箱分类 :接收的是重建的模拟声音信号 :可直接接收声卡输出的 , 避免信号在传输中发生畸变和受到干扰,其音响效 果更加突出5.3.2 波形声音的表示与压缩编码 1.波形声音的主要参数 数字化的波形声音是一种使用二进制表示的串行比特流。数据 进行组织 ? 取样频率 ? 量化位数 ? 声道数目 :指的是每秒钟的数据量,也称比特率、码率 ? 数字声音未压缩前: 波形声音的码率= 取样频率 * 量化位数 * 声道数 ? 压缩编码后 波形声音的码率 = 压缩前的码率 / 压缩倍数 值 5 4 3 2 1 0 -1 -2 -3 -4 -5 1.波形声音的主要参数 数字化的波形声音是一种使用二进制表示的串行比特流。数据 进行组织 ? 取样频率 ? 量化位数 ? 声道数目 :指的是每秒钟的数据量,也称比特率、码率 ? 数字声音未压缩前: 波形声音的码率= 取样频率 * 量化位数 * 声道数 ? 压缩编码后 波形声音的码率 = 压缩前的码率 / 压缩倍数 1.波形声音的主要参数例: 某PC机的声卡在处理声音信息时,采样频率为44KHz, A/D转换精度为16位。若连续采集2分钟的声音信息,则 在不进行压缩编码的情况保存这段声音,需要的存储空 间近____。双声道呢? 1.波形声音的主要参数?几种常见数字声音的主要参数 取样频 量化位 带宽 声道 未压缩时 压缩后的码 声音类型 率 数 (Hz) 数 的码率 率 (kHz) (bits) 300~ 数字语音 8 8 1 64kb/s 2~64kb/s 3400 20~ CD唱片 44.1 16 2 176.4kB/s 176.4kB/s 20000 20~ MP3音乐 44.1 16 2 176.4kB/s 128~112kb/s 20000 2.全频带声音的压缩编码 由于数据量大,为了降低存储成本和传输通信带宽,对数字波形声音进行数据压缩 : ? 声音信号中包含有大量的冗余信息 ? 利用人的听觉感知特性 : ? 压缩倍数高,声音失真小,算法简单; ? 编码器/解码器的成本低 2.全频带声音的压缩编码 名称 压缩后的码率(每个声道) 声道数目 主要应用 384kbps(压缩4倍) 2 数字盒式录音带 256~192kbpsMPEG-1层2 2 DAB,VCD (压缩6~8倍) 128~112kbps Internet,MPEG-1层3 2 (压缩10~12倍) MP3音乐 MPEG-2层 与MPEG-1层1,层2,层 5.1,7.1 同MPEG-1 audio 3相同 DVD,DTV,Dolby AC-3 64kbps 5.1,7.1 家庭影院 2.全频带声音的压缩编码?杜比数字AC-3(Dolby Digital AC-3): 美国杜比公司开发的多声道全频带声音编码系 统,它提供的 由5个全频带声道加一 个超低音声道组成, 的信息在制作和还原过 程中全部数字化,信息损失很少,细节丰富,具有真 正的立体声效果. 在数字电视、DVD和家庭影院中广泛使用。 3.数字语音的压缩编码语音:带宽只有300~3400Hz (基于感觉模型的压缩方法) ? 特点:码率较高(64kb/s、32kb/s)、语音质量高、 算法简单、易实现 ? 应用:固定电话通信系统、多媒体文档 ? 特点:码率很低、声音质量较差 ? 应用:保密通信 ? 特点:中度码率(4.8-16 kb/s)、压缩比较高、 语音质量较好 ? 应用:移动通信、IP电话5.3.3 波形声音的编辑 1.声音编辑软件的功能? 声音的 (删除、移动或复制一段声音,插入空白等)? 声音 (提高或降低音量,淡入、淡出处理等)? 声音的? 持续时间的 、声音的? 包括混响、回声、延迟、频率均衡、和声效果、动态效果、 升降调、颤音等 :如分轨录音,配音,刻录CD唱片等2.声音编辑软件的界面5.3.4 计算机合成声音 1.语音合成 根据语言学和自然语言理解的知识,使 ,自动生成语音的过程。 目前主要是按照文本(书面语言)进行语音合成,这个过程称为 (Text-To-Speech,简称TTS)。 文本 韵律 语音 –文本分析 文 合成 本 分析 处理 合成 语音 –韵律分析 –语音生成 词典,发 韵律规则 语音库 音规则 库 1.语音合成? 查询: 股票交易、航班、电话报税等业务? 有声E-mail服务? CAI课件或游戏解说词的自动配音? 文稿校对、语言学习、语音秘书、自动报警、残 疾人服务等 2.音乐合成?音乐是使用乐器演奏而成的,音乐的基本单元是一些音符 : –音调:声波的基频 –音色:由声音的频谱决定,不同乐器有不同的音色 –音强:声音的强度 –旋律:乐曲中音符持续时间的变化 : 也称为音乐合成器,它能模仿许多乐器生成各种不同音 色的音符。 PC机的声卡一般都带有音源 2.音乐合成
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