《《聲音的合成》PPT課件》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《《聲音的合成》PPT課件（65頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、第 二 章 聲 音 的 合 成 l一 、 音 頻 信 號 1 .聲 音 是 一 種 波 聲 波 可 以 在 空 氣 中 傳 播 ， 也 可 以 在 液 體 及固 體 中 傳 播 。 聲 音 三 要 素 (1) 音 調(diào) (高 低 ) (2) 音 強(qiáng) (強(qiáng) 弱 ) (3) 音 色 (特 質(zhì) ) 2 .音 質(zhì)音 質(zhì) 與 頻 率 范 圍 成 正 比 ， 頻 率 范 圍越 寬 音 質(zhì) 越 好 3 .聲 音 采 樣 把 聲 音 信 號 按 固 定 的 時 間 間 隔 ， 轉(zhuǎn)換 成 有 限 個 數(shù) 字 表 示 的 離 散 序 列 。 0000000100100011100110101011 常 用 聲 音

2、信 號 與 采 樣 頻 率 聲 音 信 號CD音 樂數(shù) 字 電 話 采 樣 頻 率 信 號 帶 寬數(shù) 字 電 話 44.1K16K8K 20K7K3.4K 4 .音 頻 文 件 的 種 類 及 特 點 (1)MIDI文 件 （ 電 子 樂 器 數(shù) 字 接 口 ） 是 用 于 在 音 樂 合 成 器 、 電 子 樂 器 、音 序 器 和 計 算 機(jī) 之 間 交 換 音 樂 信 息的 一 種 標(biāo) 準(zhǔn) 協(xié) 議 。 MIDI實 質(zhì) 上 是 由 MIDI控 制 器 （ 或 MIDI文 件 ）產(chǎn) 生 的 指 示 電 子 音 樂 合 成 器 要 做 什 么 、 怎么 做 （ 如 演 奏 某 個 音 符 、

3、加 大 音 量 、 生 成音 響 效 果 ） 的 一 套 標(biāo) 準(zhǔn) 指 令 。 MIDI不 是 聲音 信 號 ， 在 MIDI電 纜 上 傳 送 的 不 是 聲 音 ，而 是 動 作 指 令 。 由 于 MIDI只 是 記 錄 音 樂 信 息 的 數(shù) 字 代 碼 ，所 以 生 成 的 文 件 比 較 小 ， 便 于 傳 播 ， 也 便于 編 輯 修 改 與 Mp3、 Wav等 音 頻 格 式 不 同 的 是 MIDI的 播放 質(zhì) 量 很 大 程 度 上 取 決 于 硬 件 或 軟 件 的 音源 環(huán) 境 ， 也 就 是 說 同 樣 的 MIDI文 件 在 不 同的 電 腦 上 可 能 有 非 常

4、明 顯 的 效 果 差 別 ， 究其 原 因 是 因 為 它 們 調(diào) 用 的 波 表 音 色 庫 不 一樣 聲 音 文 件 :24.9K 聲 音 文 件 :16K (2) 標(biāo) 準(zhǔn) 格 式 的 WAV文 件 和 CD格 式 一 樣 ， 也 是44.1K的 采 樣 頻 率 ， 速 率 88K/秒 ， 16位 量 化位 數(shù) WAV格 式 的 聲 音 文 件 質(zhì) 量 和 CD相 差 無 幾 MP3也 就 是 指 的 是 MPEG標(biāo) 準(zhǔn) 中 的 音 頻 部 分 ，也 就 是 MPEG音 頻 層 。 根 據(jù) 壓 縮 質(zhì) 量 和 編 碼處 理 的 不 同 分 為 3層 ， 分 別 對 應(yīng)“ *.mp1” /

5、“ *.mp2” /“ *.mp3” 這 3種 聲音 文 件 。 MPEG音 頻 文 件 的 壓 縮 是 一 種 有 損 壓 縮 ， MPEG3高 壓 縮 率 ， 基 本 保 持 低 音 頻 部 分 不失 真 ， 但 是 犧 牲 了 聲 音 文 件 中 12KHz到16KHz高 音 頻 這 部 分 的 質(zhì) 量 來 換 取 文 件 的 尺寸 相 同 長 度 的 音 樂 文 件 ，用 .mp3格 式 來 儲 存 ，一 般 只 有 .wav文 件的 1/10， 而 音 質(zhì) 要 次于 CD格 式 或 WAV格 式的 聲 音 文 件 。 文 件 尺寸 小 ， 音 質(zhì) 好 二 、 錄 音 編 輯 1.基

6、于 句 子 和 單 詞 的 錄 音 編 輯 方 式 可 以 預(yù) 先 將 句 子 、 單 詞 作 為 錄 音 的 單 位 ，對 錄 音 、 講 話 所 涉 及 的 有 關(guān) 句 子 或 單 詞 逐 個進(jìn) 行 錄 音 并 保 存 為 了 實 現(xiàn) 這 種 錄 音 編 輯 方 式 ， 應(yīng) 事 先 存入 大 量 的 有 關(guān) 單 詞 、 句 子 （ 即 需 要 大 量 的 存儲 空 間 ） ， 聲 音 合 成 時 還 需 要 快 速 地 檢 出 和呈 現(xiàn) （ 需 要 高 速 的 檢 索 和 控 制 ） 。 2.基 于 音 節(jié) 的 編 輯 合 成 方 式在 任 何 語 言 中 ， 音 節(jié) 的 數(shù) 量 比 單

7、詞 的 數(shù) 量 少很 多 ；基 于 音 節(jié) 的 編 輯 方 式 在 合 成 時 的 檢 索 、 控 制變 得 十 分 方 便 ；基 于 音 節(jié) 的 合 成 方 式 的 音 質(zhì) 較 差 ， 很 難 表 現(xiàn)人 們 在 講 話 時 的 各 種 情 感 和 聲 調(diào) 的 變 化 ；根 據(jù) 發(fā) 音 耦 合 的 原 理 和 要 求 ， 人 們 對 單 詞 的發(fā) 音 制 定 了 一 定 的 規(guī) 則 ， 基 于 這 種 規(guī) 則 進(jìn)行 聲 音 合 成 ， 可 以 得 到 較 好 的 聲 音 效 果 。 3.錄 音 編 輯 聲 音 合 成 的 分 析（ 1） 以 錄 音 編 輯 的 方 式 進(jìn) 行 聲 音 合 成

8、， 需 要大 容 量 的 存 儲 設(shè) 備（ 2） 為 了 讓 一 定 容 量 的 存 儲 設(shè) 備 能 存 儲 更 多的 聲 音 信 息 ， 需 要 對 聲 音 信 息 的 數(shù) 據(jù) 量 進(jìn)行 壓 縮（ 3） 通 過 編 碼 的 方 式 ， 減 少 聲 音 信 息 中 的 冗余 性 是 實 現(xiàn) 聲 音 信 息 壓 縮 的 基 本 方 法 。 三 、 脈 沖 代 碼 調(diào) 制 PCM 脈 沖 代 碼 調(diào) 制 PCM（ pulse code modulation）是 一 種 對 模 擬 信 號 的 編 輯聲 音 信 號 是 一 種 模 擬 信 號 ， 經(jīng) PCM編 碼 后 ， 變成 數(shù) 字 信 號通 常

9、 所 說 的 PCM錄 音 就 是 一 種 數(shù) 字 錄 音 。 1.基 本 原 理PCM編 碼 過 程 ：（ 1） 對 模 擬 聲 音 信 號 進(jìn) 行 采 樣 采 樣 周 期采 樣 信 號 t振幅 （ 2） 將 各 個 采 樣 點 的 聲 音 信 號 值 通 過 模 數(shù)變 換 （ A D轉(zhuǎn) 換 ） 變 換 成 由 0和 1組 成 的脈 沖 變 換 序 列 0011001000010000111111101101 正 值負(fù) 值 模 擬 信 號碼 字 序 列 （ 3） 在 PCM（ 脈 沖 代 碼 調(diào) 制 ） 中 所 分 配 碼 字的 首 位 為 符 號 位 ，信 號 為 正 時 ， 首 位 為

10、0信 號 為 負(fù) 時 ， 首 位 為 1（ 4） 對 聲 音 采 樣 的 頻 率 稱 為 采 樣 頻 率 ： f經(jīng) 采 樣 后 對 每 一 個 采 樣 點 分 配 的 碼 字 為 a位 ，用 于 存 儲 1秒 鐘 的 聲 音 信 號 所 需 的 存 儲 容 量 為fa ， 它 也 表 示 了 傳 遞 聲 音 信 號 所 需 的 速 率 。 例 ：設(shè) 聲 音 信 號 的 采 樣 頻 率 為 10KHz， PCM編 碼 所分 配 碼 字 長 度 為 8bit， 傳 送 該 聲 音 信 號 所需 的 傳 遞 速 率 應(yīng) 不 低 于 10 103 8=8 104 bits （ 5） PCM錄 音 及

11、其 聲 音 合 成 系 統(tǒng) 揚 聲 器AD變 換 器 錄 音 話 筒 大 容 量存 儲 器 DA變 換 器 2.采 樣 與 量 化（ 1） 在 PCM調(diào) 制 中 ， 采 樣 頻 率 應(yīng) 是 聲 音 信 號中 最 高 頻 率 的 兩 倍 以 上（ 2） 聲 音 信 號 中 包 括 有 多 種 不 同 的 頻 率 成 分 ，為 使 各 種 不 同 的 頻 率 成 分 都 能 很 好 地 傳 遞 、呈 現(xiàn) ， 所 需 的 帶 寬 應(yīng) 是 20Hz-20KHz 采 樣 頻 率 應(yīng) 選 為 40Hz（ 3） 對 于 連 續(xù) 的 聲 音 信 息 ， 由 于 其 相 關(guān) 性 ，通 過 前 、 后 的 有 關(guān)

12、 信 息 可 以 實 現(xiàn) 信 息 的 預(yù)測 和 識 別 ， 聲 音 合 成 時 采 樣 頻 率 選 為 8KHz就 足 夠 了 （ 至 多 10KHz） （ 4） PCM編 碼 中 ， 除 需 要 以 一 定 的 頻 率 進(jìn) 行采 樣 外 ， 還 需 要 對 每 一 個 樣 本 進(jìn) 行 量 化 ，分 配 一 定 的 碼 字（ 5） 量 化 的 精 度 ， 即 分 配 碼 字 的 長 度 ， 對 聲音 的 失 真 度 有 很 大 影 響 。 聲 音 信 號 與 量 化 精 度 的 關(guān) 系 量 化 噪 音 與 量 化 精 度 ， 即 分 配 碼 字 長 度 a之 間有 如 下 關(guān) 系 ： 6（ a

13、-1） dB 例 如 ： 要 求 噪 音 的 信 噪 比 S N不 低 于 60dB 6（ a-1） =60 a=11說 明 ： 在 PCM編 碼 時 ， 分 配 的 碼 字 長 度 應(yīng) 不 低于 11bit 如 采 樣 頻 率 為 10kHz 分 配 的 碼 字 長 度 為 11bit，記 錄 1秒 鐘 的 聲 音 信 息 所 需 要 的 存 儲 容 量 為 ： 11 10 103=110（ kb）若 以 字 節(jié) 計 算 ， 記 錄 1分 鐘 的 聲 音 信 號 所 需 存儲 容 量 ： 110 1038=14（ KB）40KB的 存 儲 容 量 ， 只 能 存 3秒 鐘 3.高 頻 濾 波

14、為 提 高 聲 音 合 成 效 果 ， 進(jìn) 行 預(yù) 處 理 ： 采 樣 頻 率 為 f 將 聲 音 信 號 中 高 于 f 2的高 頻 成 分 濾 掉 ， 這 種 處 理 是 通 過 低 通 濾 波 器 完 成 低 通 濾 波 器 四 、 增 量 調(diào) 制 1.基 本 原 理 增 量 調(diào) 制 是 一 種 以 最 低 的 一 位 數(shù) 進(jìn) 行 數(shù) 據(jù)壓 縮 的 編 碼 方 式 在 DM系 統(tǒng) 中 ， 應(yīng) 預(yù) 先 確 定 具 有 一 定 振 幅值 的 增 量 ， 并 根 據(jù) 當(dāng) 前 信 號 與 基 于 預(yù) 測編 碼 的 預(yù) 測 值 之 間 的 差 值 進(jìn) 行 編 碼 。 設(shè) 當(dāng) 前 時 刻 n的 聲

15、音 信 號 值 為 Sn ， 基 于 預(yù)測 編 碼 的 n-1時 刻 的 聲 音 信 號 預(yù) 測 值 為 Sn-1其 間 的 誤 差 值 en 為 en = Sn -Sn-1 e n為 預(yù) 測 誤 差 預(yù) 測 編 碼 是 按 照 不 斷 減 少 預(yù) 測 誤 差 的 方向 進(jìn) 行 編 碼 的 ， 通 過 編 碼 ， 使 預(yù) 測 值 Sn-1不斷 逼 近 Sn 在 DM方 式 中 ， 預(yù) 測 值 是 以 Sn = Sn-1+ 確 定 的下 面 以 聲 音 信 號 采 樣 序 列 ： 4， 5， 1， 0， 3 在 編 碼 前 ， 應(yīng) 預(yù) 先 確 定 增 量 ， 設(shè) =2， 并給 定 編 碼 的 初

16、 始 條 件 為 S0=0 n=1時 刻 ： 聲 音 信 號 為 4， 由 于 初 始 條 件 為 S0=0 e1=S1 - S0 =4-0=4由 于 e1 0 分 配 增 量 =2， 以 碼 字 0表 示 ， 預(yù) 測 值 為 S1= S0 + =2 n=2時 刻 ： 聲 音 信 號 為 5， 預(yù) 測 誤 差 為 e2=S2 S1 =5-2=3由 于 e2 0 分 配 增 量 =2， 以 碼 字 1表 示 ， 預(yù) 測 值 為 S2= S1 + =4 n=3時 刻 ： 聲 音 信 號 為 1， 預(yù) 測 誤 差 為 e3=S3 S2 =1-4= -3由 于 e3 0 分 配 增 量 為 - ， 以

17、 碼 字 0表 示 ， 預(yù) 測 值 為 S3= S2 - =4-2=2聲 音 信 號 、 預(yù) 測 值 、 預(yù) 測 誤 差 與 碼 字 序 列 及其 相 互 間 的 關(guān) 系 如 下 圖 所 示 DM方 式 的 信 號 波 形 l 通 過 上 述 DM編 碼 的 過 程 ， 可 得 到 聲 音 信 號的 DM編 碼 的 0、 1符 號 序 列 。 根 據(jù) 這 樣 的 符號 序 列 ， 通 過 DM編 碼 的 逆 操 作 ， 可 進(jìn) 行 解碼 ， 恢 復(fù) 原 聲 音 信 號 。l 例 如 ， =2的 情 況 下 ， 接 收 的 碼 字 序 列 為“ 1101 1100” ， 當(dāng) 碼 字 “ 1” 到

18、 來 時 ， 進(jìn)行 +2的 操 作 ， 當(dāng) 碼 字 “ 0” 到 來 時 ， 進(jìn) 行 -2的 操 作 ， 由 此 可 得 到 解 調(diào) 后 的 聲 音 信 號 為“ 2， 4， 2， 4， 6， 8， 6， 4” 。 2.粒 狀 噪 聲 與 超 載 噪 聲 增 量 調(diào) 制 是 一 種 一 位 數(shù) 的 編 碼 方 式 ， 它根 據(jù) 預(yù) 測 誤 差 的 正 、 負(fù) 分 配 相 應(yīng) 的 在 很 多 情 況 下 ， 信 號 的 變 化 很 小 ， 甚 至不 變 ， 在 這 種 情 況 下 ， DM編 碼 仍 然 要 分 配+ 或 - . 2.粒 狀 噪 聲 與 超 載 噪 聲 l 如 上 圖 ， 在 原

19、 聲 音 信 號 不 變 ， 或 緩 慢 變 化時 ， DM編 碼 的 碼 字 序 列 卻 是 010101 這 樣變 化 的 碼 字 序 列 。l 這 種 變 化 的 0、 1序 列 ， 經(jīng) 解 碼 后 產(chǎn) 生 一 種 噪 聲 ， 對 原 聲 音 符 號 的 音 質(zhì) 造 成 一 定 的 影響 ， 稱 這 種 噪 聲 為 粒 狀 噪 聲(GranularNoise)。 為 了 減 小 粒 狀 噪 聲 的 影響 ， 應(yīng) 減 小 增 量 的 幅 度 。 顯 然 ， 的 幅 度越 小 ， 粒 狀 噪 音 越 小 。 l 當(dāng) 增 量 的 幅 值 減 小 時 ， 會 給 DM方 式 的 聲 音信 號 帶

20、 來 超 載 噪 聲 (OverloadNoise)l 對 于 一 定 的 增 量 幅 值 ， 當(dāng) 聲 音 信 號 變 化 比較 大 時 ， DM編 碼 信 號 值 的 變 化 跟 不 上 聲 音信 號 的 變 化 ， 使 得 編 碼 信 號 值 的 變 化 比 原聲 音 信 號 產(chǎn) 生 一 種 延 遲 如 圖 所 示 超 載 噪 聲 為 了 減 少 超 載 噪 聲 應(yīng) 增 大 增 量 的 幅 值 ，這 與 減 小 粒 狀 噪 聲 是 相 矛 盾 的 。 一 般 地 ， 人 們 對 超 載 噪 聲 噪 聲 的 感 知 不太 敏 感 ， 而 粒 狀 噪 聲 在 整 個 頻 譜 范 圍 上 都會

21、產(chǎn) 生 一 定 的 影 響 ， 它 對 音 質(zhì) 的 影 響 較 大 。因 此 ， 在 決 定 增 量 的 幅 值 時 ， 與 實 際 的 聲音 信 號 大 小 相 比 較 ， 應(yīng) 選 擇 增 量 足 夠 小 的幅 值 增 量 的 幅 值 過 小 ， 必 將 使 超 載 噪 聲 增加 ， 為 減 少 超 載 噪 聲 ， 可 增 加 采 樣 頻 率 ，使 得 在 一 定 的 采 樣 間 隔 內(nèi) 聲 音 信 號 的 變 化減 少 。 所 以 ， 在 DM編 碼 時 ， 應(yīng) 慎 重 選 擇 采樣 頻 率 和 增 量 幅 值 。 五 、 差 分 脈 沖 代 碼 調(diào) 制 基 本 原 理DPCM方 式 的 基 本 原 理 與 DM方 式 相 同 ， 要 求 聲音 信 號 相 鄰 的 兩 個 采 樣 信 號 間 不 應(yīng) 有 很 大的 變 化 ， 即 聲 音 信 號 是 一 種 連 續(xù) 性 的 信 號 。不 同 的 是 ,DM是 一 位 數(shù) 的 編 碼 ， DPCM則 是 多 位數(shù) 的 編 碼 。 DPCM編 碼 解 碼 的 原 理 圖 DPCM編 碼 中 的 各 信 號 波 形