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多媒體技術(shù)基礎(chǔ) --數(shù)字聲音,1,學(xué)習(xí)目標(biāo),1．了解聲音特性。 2．理解聲音數(shù)字化的原理。 3．了解MPEG聲音。 4．理解MIDI音樂(lè)原理及特點(diǎn)。 5．了解聲音文件的存儲(chǔ)格式及特點(diǎn)。 6．掌握聲音的采集方法。 7．掌握聲音編輯軟件的基本功能。 8．了解音頻卡的功能，掌握音頻卡的安裝和使用。,2,內(nèi)容框架,3,5.1 聲音的特性,5.1.1 聲音的物理特性,聲音本質(zhì)上是一種機(jī)械振動(dòng)波，也稱之為聲波，它通過(guò)空氣傳播到人耳，刺激神經(jīng)后使人的大腦產(chǎn)生感覺(jué)，即聽覺(jué)。,空氣振動(dòng)形成的聲波,4,5.1 聲音的特性,5.1.1 聲音的物理特性 1．頻率與音調(diào) 頻率是指聲音信號(hào)每秒鐘變化的次數(shù)，單位用赫茲（Hz）表示。,音頻頻率范圍示意,5,5.1 聲音的特性,5.1.1 聲音的物理特性 1．頻率與音調(diào) 人耳對(duì)聲音頻率的感覺(jué)表現(xiàn)為音調(diào)的高低，頻率越低，給人的感覺(jué)越聲音低沉。 人耳對(duì)同樣強(qiáng)度但不同頻率的聲音其主觀感覺(jué)的強(qiáng)弱是不同的。,6,5.1 聲音的特性,5.1.1 聲音的物理特性 2．幅度與音強(qiáng) 音強(qiáng)是指聲音信號(hào)的強(qiáng)弱程度，它與音頻信號(hào)的幅度有關(guān)。 我們常用音量來(lái)描述音強(qiáng)，音量是對(duì)音頻信號(hào)的幅度取對(duì)數(shù)后再乘以20所得到的值，單位為分貝（dB）。人耳能感知的聲音幅度大約在0-120dB之間。,7,5.1 聲音的特性,5.1.1 聲音的物理特性 2．幅度與音強(qiáng) 動(dòng)態(tài)范圍定義為音頻信號(hào)的最大強(qiáng)度與最小強(qiáng)度之比： 音頻信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍=20×lg（信號(hào)的最大強(qiáng)度/信號(hào)的最小強(qiáng)度）（dB） 動(dòng)態(tài)范圍越大，說(shuō)明音頻信號(hào)強(qiáng)度的相對(duì)變化范圍越大，則音響效果越好，表現(xiàn)力越強(qiáng)。,8,5.1 聲音的特性,5.1.1 聲音的物理特性 3．頻帶寬度 聲音信號(hào)是由許多頻率不同的信號(hào)組成的復(fù)合信號(hào)，因此需要用一個(gè)參數(shù)來(lái)描述其復(fù)合特性，這個(gè)參數(shù)就是頻帶寬度或稱為帶寬，它是描述組成復(fù)合信號(hào)的頻率范圍。,9,5.1 聲音的特性,5.1.1 聲音的物理特性 3．頻帶寬度 音頻信號(hào)的頻帶越寬，所包含的音頻信號(hào)分量越豐富，因此音質(zhì)越好。,聲音質(zhì)量等級(jí)與信號(hào)帶寬,10,5.1 聲音的特性,5.1.2語(yǔ)音、音樂(lè)、音效 根據(jù)音頻信號(hào)所攜帶的信息大體上可以分為語(yǔ)音、音樂(lè)、音效三類。 1．語(yǔ)音 2．音樂(lè) 3．音效,11,5.2 聲音的數(shù)字化,5.2.1 采樣與量化 聲音的數(shù)字化主要包括兩個(gè)過(guò)程：聲音采樣和量化。,聲音的采樣與量化,12,5.2 聲音的數(shù)字化,5.2.1 采樣與量化 1．采樣與采樣頻率 在某些特定的時(shí)刻對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行測(cè)量叫做采樣(sampling)，這樣就把時(shí)間上連續(xù)的模擬信號(hào)通過(guò)抽取樣本，變成時(shí)間上不連續(xù)的信號(hào)序列。每秒鐘需要采集多少個(gè)聲音樣本，稱為采樣頻率，單位用赫茲（Hz）來(lái)表示。 采樣率越高，音頻信號(hào)越不失真，聲音品質(zhì)越好。采樣的三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)頻率分別為44.1kHz（CD品質(zhì)的音樂(lè)）、22.05kHz（中等品質(zhì)的音樂(lè)或語(yǔ)音）、11.025kHz（語(yǔ)音）。,13,5.2 聲音的數(shù)字化,5.2.1 采樣與量化 2．量化與量化位數(shù) 量化（quantization）是指將采樣所得的值數(shù)字化，即用二進(jìn)制來(lái)表示模擬量。用來(lái)描述音頻信號(hào)樣本的二進(jìn)制位數(shù)，稱為量化位數(shù)（或稱位深度），它決定了模擬信號(hào)數(shù)字化以后的動(dòng)態(tài)范圍，量化位越高，信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍越大，數(shù)字化后的音頻信號(hào)就越可能接近原始信號(hào)。,14,5.2 聲音的數(shù)字化,5.2.2 聲音質(zhì)量與數(shù)據(jù)率 1．聲道 音頻文件有單聲道（mono）和雙聲道之分。雙聲道又分為左右聲道。雙聲道聲音文件比單聲道聲音文件大一倍，因?yàn)殡p聲道存儲(chǔ)的信息比單聲道大兩倍。 雙聲道文件可以將左右兩個(gè)聲道的聲音分別保存成單聲道文件，也可以將左右聲道混合后通過(guò)一個(gè)單聲道輸出一個(gè)立體聲(stereo)聲音文件。,15,5.2 聲音的數(shù)字化,5.2.2 聲音質(zhì)量與數(shù)據(jù)率 2．聲音質(zhì)量與數(shù)據(jù)率,聲音質(zhì)量和數(shù)據(jù)率,16,5.2 聲音的數(shù)字化,5.2.2 聲音質(zhì)量與數(shù)據(jù)率 3．聲音文件的大小,文件大小= 采樣頻率（Hz）×量化位數(shù)（bit）×聲道數(shù) ×音頻秒數(shù)÷8（Byte),17,5.2 聲音的數(shù)字化,5.2.2 數(shù)字音頻的壓縮編碼 1．PCM、DPCM和ADPCM 是基于音頻數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)特性進(jìn)行編碼的波形編碼方法，它直接對(duì)波形采樣、量化、編碼，算法簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)。聲音恢復(fù)時(shí)能保持原有的特點(diǎn)，但壓縮比很難提高。 采用PCM編碼、ADPCM編碼等生成的數(shù)字音頻都以WAVE的文件格式存儲(chǔ)，以“.WAV”為文件擴(kuò)展名。CD激光唱盤中包含也是WAVE格式的波形數(shù)據(jù)，只是不存成擴(kuò)展名為“.WAV”文件而已。,18,5.2 聲音的數(shù)字化,5.2.2 數(shù)字音頻的壓縮編碼 2．MPEG音頻 在MPEG-1音頻標(biāo)準(zhǔn)中應(yīng)用最廣的就是MPEG-1 Audio Layer 3，即我們熟知的MP3音樂(lè)，其文件擴(kuò)展名為“.mp3”。MP3最大的好處在于大幅降低了數(shù)字聲音文件的容量，而不破壞原來(lái)的音質(zhì)。以CD音質(zhì)的Wave文件來(lái)說(shuō)，通過(guò)MP3格式壓縮后，文件便可壓縮為原來(lái)的1/10～1/12。,19,5.2 聲音的數(shù)字化,5.2.2 數(shù)字音頻的壓縮編碼 2．MPEG音頻 MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)定義了兩種聲音數(shù)據(jù)壓縮格式 MPEG-2 Audio：與MPEG-1 Audio兼容，并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了低碼率和多聲道擴(kuò)展，可提供左、右、中及兩個(gè)環(huán)繞聲道、一個(gè)加重低音聲道，即5.1環(huán)繞聲和多達(dá)7個(gè)伴音聲道，用于DVD的伴音。 MPEG-2 AAC（Advanced Audio Coding，先進(jìn)音頻編碼）：音質(zhì)更加完美而壓縮比更大（15:1～20:1），但與MPEG-1聲音格式不兼容。,20,5.2 聲音的數(shù)字化,什么是MP4？,?,21,5.3 認(rèn)識(shí)MIDI音樂(lè),5.3.1 什么是MIDI？ MIDI是英文Musical Instrument Digital Interface的縮寫，中文含義是樂(lè)器數(shù)字接口。它是用于在電子樂(lè)器，如音樂(lè)合成器(music synthesizers)或樂(lè)器(musical instruments)之間以及電子樂(lè)器和計(jì)算機(jī)之間交換音樂(lè)信息的一種標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。,22,5.3 認(rèn)識(shí)MIDI音樂(lè),5.3.2 MIDI音樂(lè)的處理過(guò)程,計(jì)算機(jī)中的聲卡有MIDI端口，它通過(guò)MIDI電纜與MIDI鍵盤或電子樂(lè)器的鍵盤連接，采集鍵盤演奏的MIDI信息；音序器（sequencer）的作用是記錄、編輯、播放由MIDI信息構(gòu)成的MIDI文件，通常是一軟件，如cakewalk;音樂(lè)合成器（musical synthesizer）是一種電子設(shè)備，可將MIDI信息轉(zhuǎn)換成為模擬信號(hào)的波形，再傳送到揚(yáng)聲器上產(chǎn)生聲音效果，計(jì)算機(jī)用的合成器一般在聲卡上。,23,5.3 認(rèn)識(shí)MIDI音樂(lè),5.3.3 MIDI音樂(lè)的合成方式 MIDI樂(lè)音的合成方法主要有兩種： 頻率調(diào)制（frequency modulation，F(xiàn)M）合成法， 樂(lè)音樣本合成法，也稱為波形表（wavetable）合成法。,FM合成法生成樂(lè)音的基本原理是，用數(shù)字信號(hào)來(lái)表示不同樂(lè)音的波形，然后用計(jì)算機(jī)把它們組合起來(lái)，再通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換器(digital to analog convertor，DAC)生成樂(lè)音。使用FM合成法來(lái)產(chǎn)生各種逼真的樂(lè)音是相當(dāng)困難的，有些樂(lè)音幾乎不能產(chǎn)生。,24,5.3 認(rèn)識(shí)MIDI音樂(lè),5.3.3 MIDI音樂(lè)的合成方式 MIDI樂(lè)音的合成方法主要有兩種： 頻率調(diào)制（frequency modulation，F(xiàn)M）合成法， 樂(lè)音樣本合成法，也稱為波形表（wavetable）合成法。,波形合成法是把真實(shí)樂(lè)器發(fā)生的聲音以數(shù)字形式記錄下來(lái)，播放時(shí)改變播放速度，從而改音調(diào)周期，生成各種音階的音符。由于波表使用的音樂(lè)采樣是真實(shí)的樂(lè)器聲音，所以產(chǎn)生的聲音質(zhì)量比FM合成方法產(chǎn)生的聲音質(zhì)量要高。波表使用的音樂(lè)樣本的好壞以及音色庫(kù)的大小決定了波表可播放的MIDI音樂(lè)的質(zhì)量。,25,5.3 認(rèn)識(shí)MIDI音樂(lè),5.3.4 MIDI音樂(lè)的特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)： 生成的文件比較小，因?yàn)镸IDI文件存儲(chǔ)的是命令，而不是聲音波形。 容易編輯，因?yàn)榫庉嬅畋染庉嬄曇舨ㄐ我菀椎枚唷?MIDI音樂(lè)音源豐富的情況下能得到高品質(zhì)的聲音。 配音使用方便。 不足： 由于MIDI文件記錄的不是實(shí)際的聲音，因此它的播放質(zhì)量將受硬件設(shè)備的影響。 MIDI文件不適合表示語(yǔ)音，語(yǔ)音選擇波形文件更為合適。,26,5.4 聲音文件的格式及轉(zhuǎn)換,,常用聲音文件格式,27,5.4 聲音文件的格式及轉(zhuǎn)換,,常用音頻格式轉(zhuǎn)換軟件及功能,28,5.5 聲卡,5.5.1 聲卡的發(fā)展簡(jiǎn)史,Creative公司,Sound Blaster,Sound Blaster 16,Sound Blaster PRO,Sound Blaster Awe 32,Sound Blaster Awe 64,Sound Blaster Live!,,圖5. 9 聲卡,29,5.5 聲卡,5.5.2 聲卡的功能 1．音頻的錄制、編輯與播放 2．錄制、播放MIDI音樂(lè) 3．實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音通訊 4．語(yǔ)音識(shí)別與文語(yǔ)轉(zhuǎn)換 5．連接游戲桿,30,5.5 聲卡,5.5.3 聲卡的接口與使用,聲卡的接口,31,5.6 數(shù)字聲音的采集與編輯處理,5.6.1 采集數(shù)字聲音 常用有以下幾種獲取聲音資源的方法： （1）利用計(jì)算機(jī)的聲卡錄制聲音，錄音的音源可以來(lái)自話筒，也可以將來(lái)自模擬設(shè)備如錄音磁帶、收音廣播等的聲音，轉(zhuǎn)為數(shù)字聲音。 （2）利用抓音軌軟件從音樂(lè)CD上抓取音樂(lè)文件。 （3）利用現(xiàn)成的數(shù)字聲音素材，如從網(wǎng)上下載或從聲音素材光盤上直接復(fù)制聲音文件。 注意：當(dāng)使用第三方的聲音文件時(shí)，要注意版權(quán)問(wèn)題。,32,5.6 數(shù)字聲音的采集與編輯處理,5.6.1 采集數(shù)字聲音 1．利用聲卡錄制聲音 （1）確認(rèn)音源與聲卡相應(yīng)的接口已經(jīng)相連。話筒接入聲卡的MIC接口，若是音源來(lái)自盒式磁帶或是收音機(jī)則需要一根雙頭音頻線。 （2）選擇錄音軟件。錄音軟件可以是聲音編輯軟件，也可以使用Windows附件中的“錄音機(jī)”。 （3）選擇適當(dāng)?shù)牟蓸宇l率、量化位數(shù)和編碼方式。 （4）進(jìn)行錄音，保存聲音文件。,33,5.6 數(shù)字聲音的采集與編輯處理,5.6.1 采集數(shù)字聲音 2．CD抓軌 CD中存儲(chǔ)的是數(shù)字化聲音，但不是以文件形式存儲(chǔ)的，不能直接拷貝。通過(guò)抓音軌，可直接獲取存儲(chǔ)在光盤音軌上的數(shù)據(jù)，并存儲(chǔ)為WAV格式或MP3格式的聲音文件。 現(xiàn)在可用于抓音軌工具很多，有專門的抓音軌工具，如EAC（Exact Audio Copy）；媒體播放軟件中也內(nèi)置了抓軌功能，如Windows Media Player、Real One Player以及WinAMP；一些光盤刻錄軟件如Nero中也有此功能。,34,5.6 數(shù)字聲音的采集與編輯處理,5.6.2 數(shù)字聲音的編輯,Windows附件中的“錄音機(jī)”除了錄音還可以實(shí)現(xiàn)一些簡(jiǎn)單的編輯，如剪切掉音頻中前后不需要的部分、對(duì)兩個(gè)音頻文件進(jìn)行混合、調(diào)整音量、制作簡(jiǎn)單的音頻效果等。,35,5.6 數(shù)字聲音的采集與編輯處理,5.6.2 數(shù)字聲音的編輯 專門的聲音編輯軟件： ULead公司的Audio Editor Sonic Foundry公司的Sound Forge Syntrillium Software公司的Cool Edit Pro GoldWave公司的GoldWave 以上這些聲音編輯軟件的功能有強(qiáng)有弱，但基本上都具備聲音錄制、聲音編輯、添加音效、聲音格式轉(zhuǎn)換等功能。,36,學(xué)習(xí)活動(dòng),1．從CD光盤上選擇一個(gè)音軌將它轉(zhuǎn)成雙聲道，44.1kHz、16bit的立體聲文件，并將這個(gè)文件分別轉(zhuǎn)化為雙聲道、22.05kHz、16bit，單聲道、11kHz、8bit，單聲道、5kHz、8bit的三個(gè)聲音文件，比較這些聲音文件在文件大小和聲音播放效果上的變化。 2．選擇播放若干各種不同格式的數(shù)字音頻文件，如WAV、MID、MP3、RA等，記錄各文件的屬性，如聲音文件的播放長(zhǎng)度，聲音文件的大小，比較這些聲音文件的播放效果。 3．上網(wǎng)搜索教材中沒(méi)有提及的數(shù)字音頻的最新格式，了解它們的格式、特點(diǎn)及應(yīng)用，并到收集到的資料發(fā)布到學(xué)習(xí)平臺(tái)與同學(xué)交流。,37,學(xué)習(xí)活動(dòng),4．收集當(dāng)前流行各種聲卡的有關(guān)資料，了解聲卡的最新功能以及性價(jià)比。 5．小組創(chuàng)作或剪輯一個(gè)10分鐘左右的音頻作品，自定一個(gè)主題，可以是將不同的音樂(lè)作品剪輯合成一個(gè)作品（類似串燒歌），也可以錄制一段語(yǔ)音，并為其配樂(lè)，如配樂(lè)詩(shī)朗誦等，使其為有一個(gè)主題的作品。（也可以把這個(gè)任務(wù)和第六章教學(xué)活動(dòng)3結(jié)合起來(lái)，使其成為動(dòng)畫的背景音樂(lè)）。,38,