第二章 音频信息的获取与处理 数字音频基础 音频卡的工作原理 音频编码基础和标准 音乐合成和MIDI规范

2.1.1 模拟音频和数字音频 基本概念: 声音：是通过空气传播的一种连续的波。 基本参数：频率和幅度。

模拟音频：把在时间和幅度上都是连续的信号称为模拟音频。 数字音频：语音信号用数字表示时，称数字音频。

2.1.2数字音频的采样和量化 采样：当把模拟声音变成数字声音时，需要每隔一个时间间隔在模拟声音波形上取一个幅度值，称之为采样。 采样定理： fc ≥2f 或者Tc≤T/2

量化：把某一幅度范围内的电压用一个数字表示，称之为量化。

单声道和双声道

2.1.3 数字音频的文件格式 WAV Microsoft公司的波形音频文件格式。 VOC Creative公司的波形音频文件格式。 2.1.3 数字音频的文件格式 WAV Microsoft公司的波形音频文件格式。 VOC Creative公司的波形音频文件格式。 MIDI MIDI文件格式。 PCM 数据序列

RMI Microsoft公司的MIDI文件格式，它可以包括图片、标记和文本。 SND NeXT计算机的波形音频文件格式。 AIF Apple计算机的波形音频文件格式。

2.1.4 音频信号的特点 音频信号是时间依赖的连续媒体； 理想的合成声音应是立体声 ； 对语音信号的处理，要抽取语意等其它信息。

音频信号相应的处理如下： 人与计算机通信(计算机接收音频信号)。 计算机与人通信(计算机输出音频)。 人—计算机—人通信

3D音频

Wav文件的字节数/每秒 =采样频率（Hz）ⅹ量化位数（位） ⅹ声道数/8

用44.1kHz的采样频率对声波进行采样，每个采样点的量化位数选用16位，则录制1秒的立体声节目，其波形文件所需的存储容量是多少？ 解：44100 ⅹ16 ⅹ2/8=176400（字节）

2.2.1 音频卡的功能和分类 录制、编辑和回放数字声音文件 控制声音源的音量，混合后再数字化 进行压缩以节省磁盘空间 文语转换和语音识别 功能接口

1.录制与播放 数字化音频采样频率范围：8~44.1kHz 量化位：8位/16位 通道数：立体声/单声道 编码与压缩： 基本编码方法：PCM 压缩编码方法：ADPCM 实时硬件压缩/软件压缩 音频录放的自动动态滤波 录音声源 输出功率放大器

2.其他接口 （1）MIDI接口 （2）CD-ROM接口 （3）游戏棒接口

声卡的技术指标 采样率与量化位数 FM合成与波形表 兼容性 外围接口 音频压缩 DSP芯片 软件支持

声卡的分类

2.2.3 音频卡的工作原理 声音的合成与处理 混合信号处理器 功率放大器 总线接口和控制器

2.2.4 SPDIF数字音频接口 概述 优势和不足

2.2.5 音频卡的发展和改进 改善声音质量 统一音频卡标准 简化安装的即插即用音频卡 三维环绕立体声 全双工声音处理 与通信技术的结合 单一芯片

2.3.1 音频编码基础和标准 1.时域信息的冗余度 幅度的非均匀分布 样本间的相关 周期之间的相关 基音之间的相关 静止系数 长时自相关函数 短时自相关

2.频域信息的冗余度 非均匀的长时功率谱密度 语音特有的短时功率谱密度

3.人的听觉感知机理

音频编码分类： 脉冲编码调制 波形编码 差分脉冲编码调制 自适应差分编码调制 参数编码 基于人的听觉特性的编码

2.3.2 音频编码标准 G.711 G.721 G.722 G.728 MPEG中的音频编码 AC-3编码和解码

练习与测试 在数字音频信息获取与处理过程中，下述顺序哪个是正确的？ （A）A/D变换、采样、压缩、存储、解压缩、D/A变换 （B）采样、压缩、 A/D变换、存储、解压缩、D/A变换 （C）采样、 A/D变换、压缩、存储、解压缩、D/A变换 （D）采样、 D/A变换、压缩、存储、解压缩、A/D变换 答案：C

2.4.1音乐合成 1.乐音三要素： 音高：声波的基频。 音色：声音的音质。 响度：对声音强度的衡量。

2.乐合成技术的种类 调频(FM)音乐合成技术：FM是使高频震荡波的频率按调制信号规律变化的一种调制方式。 波形表(Wavetable)音乐合成技术：乐器发出的声音进行采样后，将数字音频信号存储在ROM芯片或硬盘中，进行合成时将再将相应乐器的波形记录播放出来，即波形表音乐合成技术。

2.4.2 MIDI规范 MIDI的定义： MIDI是乐器数字接口的缩写，泛指数字音乐的国际标准。

乐谱：由音符序列、定时和称作合成音色的乐器定义所组成。 MIDI消息：乐谱的数字描述。

有关术语： MIDI文件 通道 音序器 合成器 乐器 复音 音色 音轨 合成音色映射器 通道映射

MIDI和多媒体PC MIDI规范允许MIDI装置以预先说明的方式通信。 MIDI标准中规定MPC包括一个内部合成器和标准MIDI端口。

MIDI接口规范 由一个接收器和一个发送器组成 MIDI设备有三种端口：输入口、输出口、转送口 MIDI键盘有128键 MIDI有16个声道

什么时候用MIDI？ 长时间高质量的音乐； 以音乐作背景音响效果，同时从CD-ROM中装载其他数据； 以音乐作背景音响效果，同时播放波形音频或实现文-语转换，以实现音乐和语音同时输出。

MIDI 1.0的技术规范 MIDI规定合成器、音序器、微机和鼓乐等能通过一个标准的接口连接。

练习与测试 什么情况下需要使用MIDI？ （1）没有足够的硬盘存储波形文件时 （2）用音乐作背景效果 （3）想连续播放音乐时 （4）想音乐质量更好时 A.(1) B.(1)(2) C. (1)(2)(4) D. 全部 答案：B

2.数字音频采样和量化过程所用的主要硬件是（ ）。 A.数字编码器 B.数字解码器 C.模拟到数字的转换器（A/D转换器） D.数字到模拟的转换器（D/A转换器） 答案：C

音乐合成技术有 和

考核要求： 掌握：什么是模拟音频、数字音频；什么是采样、量化及基本原理。 理解：音频卡的工作原理；音乐合成的原理。 理解：数字音频编码的标准。