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1、多媒体技术及其应用 2.12.1声音概述声音概述2.22.2数字化音频数字化音频2.32.3音乐合成与音乐合成与 MIDI MIDI2.1.1 2.1.1 声音定义声音定义 声音概念声音概念 声音特性声音特性2.1.2 2.1.2 声音基本特点声音基本特点 声音传播声音传播 声音频率声音频率 声音传播方向声音传播方向 声音三要素声音三要素 声音连续、相关及声音连续、相关及实时实时2.42.4音频卡音频卡2.52.5数字音频压缩标准数字音频压缩标准音频是多媒体的重要媒体之一认识声音o声音是机械振动在弹性介质中传播的机械波，称为声波。o声音转换为电信号时，声音的电信号在时间和幅度上都是连续的模拟信
2、号。用声音录制软件记录的英文单词“Hello”的语音实际波形 超声波超声波女性语音女性语音电话语音电话语音调 幅 广 播调 幅 广 播(A M)调 频 广 播调 频 广 播(F M)宽带音响放大器宽带音响放大器男性语音男性语音模拟信号的数字化过程100101100011101音音频频信信号号频频率率采采样样频频率率采采样样量量化化保保存存为为声声音音文文件件开开 始始结结 束束2.2.2 数字音频获取奈奎斯特奈奎斯特2.2.2 数字音频获取2.2.2 数字音频获取2.2.2 数字音频获取 衡量一种编码方法的性能有两个主要指标：码流速率和量化噪声衡量一种编码方法的性能有两个主要指标：码流速率和量
3、化噪声 码流速率指的是音频信号编码流速率指的是音频信号编码后每秒钟产生的数据流量，以码后每秒钟产生的数据流量，以kbit/s 为单位表示，也可以表示为单位表示，也可以表示为为 kbps。例如对普通模拟话音。例如对普通模拟话音用用 8kHz 的频率采样并以的频率采样并以 8 位量位量化和编码，所形成的音频数字信化和编码，所形成的音频数字信号的码率便是号的码率便是 64kbps。量化噪声是由量化失真引起量化噪声是由量化失真引起的噪声，通常表示为量化后的音的噪声，通常表示为量化后的音频信号噪声比，简称信噪比。每频信号噪声比，简称信噪比。每增加增加 1 位量化精度，信噪比即提位量化精度，信噪比即提高高
4、 6db。例如在高保真音响系统。例如在高保真音响系统中，要求信噪比大于中，要求信噪比大于 90db，则，则量化精度必须在量化精度必须在 16 位以上。位以上。2.2.2 数字音频获取2.2.3 数字音频音质与数据量o采样频率、采样精度和声道数对声音的音质和占用的存储空间起着决定性作用，如下表所示：采样频率、采样精度、声道数与存储容量关系采样频率、采样精度、声道数与存储容量关系 声音质量采样频率(KHZ)采样精度(bit)单声道/双声道存储容量（Mb/min）电话音质8810.46AM音质11.025810.63FM音质22.051625.05CD音质44.116210.09DAT音质48162
5、10.992.2.3 数字音频音质与数据量 2.2.3 数字音频音质与数据量2.2.3 数字音频音质与数据量2.2.4 数字音频文件格式常见的声音文件格式文件格式说明WAVWindows采用的波形声音文件存储格式 VOCCreative公司波形音频文件格式MP3MPEG Layer III最常见的音乐压缩文件 MIDIWindows 的MIDI文件存储格式 WMA流式音频文件RARealNetworks公司的流式声音文件格式 PCM数字音频文件2.2.4 数字音频文件格式 2.2.4 数字音频文件格式2.2.4 数字音频文件格式2.2.4 数字音频文件格式MP3播放器WinampMP3是Int
6、ernet上流行的音乐格式 2.2.4 数字音频文件格式 2.2.4 数字音频文件格式 2.2.4 数字音频文件格式2.2.4 数字音频文件格式2.3 音乐合成与MIDI音乐合成oMIDI 是乐器数字接口的标准，它规定了电子乐器与计算机之间相互数据通信的协议。o音乐合成的功能和性能依赖于合成芯片。o音乐合成的两种技术：1.调频（FM）音乐合成技术：是使高频振荡的频率按调制信号规律变化的一种调制方式，合成不同频谱分布的波形，再现某些乐器的音色。2.波形表合成（wavetable）音乐合成乐音必备的三要素：o音高：指声波的基频，基频越低给人感觉越低沉。o音色：具有固定音高和相同谐波的乐音。o响度：
7、对声音强度的衡量YM3812音乐系统框图音乐系统框图微机或微处理器地址数据总线总线控制YM3812DAC音频放大系统时钟MIDI术语的定义1、音乐合成器（Musical Synthesizer）o音乐合成器用来产生并修改正弦波形并叠加，然后通过声音产生器和扬声器发出特定的声音。泛音的合成决定声音音质。MIDI术语的定义2、复调声音（Polyphony）o简称为复音，指合成器同时演奏若干音符时发出的声音。它着重于同时演奏的音符数。3、多音色声音（Timbre）o指同时演奏几种不同乐器时发出的声音。它着重于同时演奏的乐器数。uMIDI系统的组成 MIDI系统实际就是一个作曲、配器、电子模拟的演奏系
8、统。基于计算机的MIDI音乐系统有多种构筑方案，但基本上都由以下几部分组成：多媒体计算机、合成器、音序器、音源、MIDI键盘、录音设备和监听设备等。这些设备可以是独立的，也可以是集成的。利用MIDI技术将电子合成器、电子音源与音序器连接在一起即可演奏模拟出音色变化万千的音响效果，又可将演奏中的多种按键数据存储起来，极大的改善了音乐演奏的能力和条件。基于计算机的 MIDI 音乐创作系统 合成器 MIDI合成器是能够产生特定声音的电子装置，其数据传送符合MIDI通信约定。合成器是通过控制面板上的按钮产生数字信号来控制的。这些数字信号用于“告诉”合成器内部的微处理器键盘上哪个键被击，哪个旋钮被转动。
9、这些数字控制信号还可以同时被记录在合成器内部被称作“音序器”的装置中。音源 由于音乐最终要以声音的形式表现出来，所以作为电脑音乐系统中产生声音的设备，音源音色的数量、品种和质量都将对最终音乐作品的效果产生重要的影响。音源也分硬件和软件两种。硬件音源是现在专业MIDI制作不可缺少的设备，因为它们可以提供比任何一块声卡上的波表都要好很多的音色，这些独立音源基本上是专业人士使用的，常见的型号有Roland JV1080和Yamaha MU100R等。音序器(Sequencer)音序器是用来记录、编辑和播放MIDI文件的设备。音序器分硬件和软件的两种。最早的是硬件音序器，我们也常称它为“编曲机”。它可
10、以是一个独立的设备，也可以内置于合成器里。软件音序器是安装在计算机中的多功能音 乐 创 作、编 辑 软 件，如 我 们 常 用 的Cakewalk就是一个软件音序器。采样器 采样器则是一种开放式的音源，它可以对任何声音进行取样，并把它们编辑成音色来供电脑音乐系统使用。使用采样器可以对各种音乐、其他电子乐器和各种自然界声响进行取样，或是通过读取现成磁盘来获取各种音色。其他设备 如录音设备、监听设备、音箱功放等，这里不加赘述。uMIDI的工作过程 MIDI电子乐器通过MIDI接口与计算机相连，MIDI靠这个接口来传递消息而进行彼此通信。这样，计算机可通过音序器软件来采集MIDI电子乐器发出的一系列
11、消息或指令。这一系列消息可记录以.MID 为扩展名的MIDI文件中。在计算机上音序器可对MIDI 文件进行编辑和修改。最后，将MIDI消息送往音乐合成器，由合成器将MIDI消息进行解释并产生波形，然后通过声音发生器送往扬声器播放出来。MIDI的工作过程 uFM与波表合成方式u 合成器是利用数字信号处理器DSP或其他芯片来产生音乐或声音的电子装置。利用合成器产生MIDI乐音的主要方法是FM合成法和波表合成法。FM合成法 FM合成法生成乐音的基本原理是，用数字信号来表示不同乐音的波形，然后把它们组合起来，再通过数模转换器（）生成乐音播放。波表合成法 为了能真实地再现乐音，目前的声卡一般采用乐音样本
12、合成法，即波表合成法。这种方法就是把真实乐器发出的声音以数字的形式记录下来，播放时根据命令生成各种音阶的音符，产生的声音质量比FM合成方法产生的声音质量要高很多。MIDI标准MIDI标准包括下列六个方面：MIDI电子乐器：能产生特定声音的合成器之间的数据传送符合MIDI的通信约定。MIDI消息（message）或指令：音乐乐谱的一种记录格式，相当于乐谱语言。MIDI接口（interface）：MIDI硬件通信协议。MIDI通道（channel）：MIDI标准提供了16个通道，每种通道对应一种逻辑的合成器。MIDI文件：由控制数据和乐谱信息数据构成。音序器（Sequencer）：用来记录、编辑和
13、播放MIDI文件的软件。MIDI接口和计算机的连接 MIDI文件o一个MIDI文件包含两部分：文件头和音轨。o文件头描述文件的类型和音轨数等o音轨记录MIDI数据，其中主要是命令序列，每个命令包括命令号、通道号、音色号和音速等。MIDI文件的特点 同WAV文件相比，MIDI文件有以下特点：1.用乐谱指令代替声音数据2.有效记录和重现各种乐器声音 3.占用存储空间极小 4.适合乐曲创作和远距离传输2.2.5 数字音频处理1、声音素材的获取和播放o声音素材的获取 n下载声音文件n从CD、VCD、话筒中录制声音o播放软件n超级解霸、影音卫士 n windows media player、real p
14、layer 、Winamp、jet-audio 等三、声音资源的获取和处理o声音资源的获取途径：1、网络获取（搜索引擎）2、利用现有的光盘中的文件3、利用计算机声卡，使用麦克风采集的语音转换成wav文件（windows中的录音机）4、抓取cd中的音乐文件3-1、网络获取声音资源3-2、利用现有光盘中的文件o现在市场上有大量的声音资源库光盘，该类型光盘的特点就是信息量大，分类细致，但是价格较高。也可以在网上下载到该类声音资源库的光盘镜像，然后利用刻录机制成光盘使用。此时也需要注意到版权的问题。3-3、利用计算机声卡录制声音o利用机计算机声卡录制声音，就是利用计算机的声卡和麦克风相结合，利用一定的
15、软件来录制声音资料。根据条件的不同可以选择不同的录制设备。owindows中自带的录音机Windows自带的录音机 Windows Media Player o用于播放使用当前最流行格式制作的音频、视频和混合型多媒体文件。o此外，还可以使用Media Player收听全世界的电台广播、播放和复制 CD、创建自己的 CD、播放 DVD 以及将音乐或视频复制到便携设备中。超级解霸 o多媒体播放、制作的工具软件，可以自动播放各种类型的光盘，支持RM、MPEG4、DVD、VCD、DVCD、SVCD、CVD等几十种文件格式。1如何播放各种影碟 n超级解霸的自动伺服器，只需将光盘插入光驱，超级解霸会根据光
16、盘的不同类型自动播放。n手动播放也可以 2如何播放各种影视文件 n视频解霸程序 3如何播放各种音乐 n音频解霸程序超级解霸n录像 n在超级解霸中，想要截取VCD中的片段，通过循环播放、选择开始点、选择结束点、保存MPG片断 这几个按钮就可以轻松实现将指定的片断转录为.MPG视听文件或.MPV视频文件用windows sound recorder 从CD上录制音乐 1)启动录音机（开始-程序-附件-娱乐-录音机）2)启动CD播放器（开始-程序-附件-娱乐-CD播放器）3)如果一切正常，这可在播放CD的同时按下录音机的录制按钮。4)录制完毕，按下录音机的停止按钮，保存WAV声音文件5)如果无法录制
17、，按以下步骤检查错误：A)声卡上的CD-ROM输入端是否和CD-ROM的音频输出端相连B)在98下，双击音量图标，选项-属性-录音，确保输入声源为CD-ROM 2.2.5 数字音频处理基本编辑基本编辑 声道编辑声道编辑 淡入淡出淡入淡出均衡混响均衡混响2.2.5 数字音频处理用用Cool Edit Pro编辑制作波形文件编辑制作波形文件oCool Edit Pro是一种非常出色的声音编辑器，其主要功能操作如下所述。（1）波形文件的录制：录制及录制参数（采样率、量化位数、单双声道等）的设定。（2）波形文件的存储：存储的文件格式（.wav、.au、.smp、.asf、.wma等）的选择，文件格式与
18、参数（采样率、量化位数、单双声道）的变换。（3）波形文件选定范围播放，记录播放时间。（4）声音的编辑：剪切、拷贝、混合粘贴、插入多轨工程、插入多轨播放列表、删除静音、零点定位、确定节拍等。（5）声音的变换与特殊效果：降噪、扩音、剪接、添加立体环绕、淡入淡出、3D回响等音效。举例举例1：用录音机对声音进行编辑，素材有：背景音乐.wav、诗朗诵.wav、掌声.wav。o要求：播放背景音乐10秒钟后，开始加入诗朗诵的声音，诗朗诵完毕时，背景音乐停止，紧接着响起鼓掌声。声音的编辑 1）打开录音机，播放背景音乐.wav2）10秒钟后，按停止按钮。3）选编辑-与文件混合，加入第2个声音诗朗诵.wav4）继
19、续播放，当听到诗朗诵完毕，即刻按停止按钮。5）选编辑-删除当前位置之后的内容，删去多余背景音乐。6）选编辑-插入文件，添加掌声.wav7）为了营造现场气氛，可以加入回声。选效果-添加回声）保存文件。如果想节省空间，可通过文件-属性-立即转换修改音质实验（一）实验（一）声音的专业编辑声音的专业编辑实验目的：o掌握Cool Edit Pro对声音进行编辑。o实验设备：o安装有Cool Edit Pro软件的微机系统；麦克风；耳机；一张CD。o实验内容：o录一段声音；去除声音文件的噪声；给声音文件添加混响效果；进行淡入淡出处理；合成声音文件。实验步骤：o1、录制一首自己或他人唱的歌曲（如校歌/校园歌曲/运动歌曲），保留原始文件。o2、对他降噪，去除其中的杂音，添加一些音效，如混响效果，保存处理后的文件。o3、录制一个环境的声音（如：欢呼声，鼓掌声，喧闹声）并进行淡入淡出处理，保存处理后的文件。o4、把2、3步生成的声音合成，输出一首实况的歌曲，保留最后结果文件。
多媒体技术及应用 第二章 音频信息的获取与处理
