1、第4章 多媒体音频信息处理l4.1 音频信号及其概念l4.2 模拟音频的数字化过程l4.3 声卡l4.4 音频文件的格式与处理软件l4.5 乐器数字接口-MIDI第4章 多媒体音频信息处理l4.1.1 声音处理技术历史回顾图图4-24-2用磁带记录声音的录音机用磁带记录声音的录音机 第4章 多媒体音频信息处理l4.1.2 声音信号的形式图图4-4 4-4 在自然界，声波与水波一样都是一种振动波在自然界，声波与水波一样都是一种振动波第4章 多媒体音频信息处理 图图4-5 4-5 用声音录制软件记录的英文单词用声音录制软件记录的英文单词”Hello”Hello”语音的实际波形语音的实际波形第4章
2、多媒体音频信息处理l4.1.3 模拟音频信号的物理特征振幅周期频率图图4-6 4-6 声波的频率、周期与振幅声波的频率、周期与振幅第4章 多媒体音频信息处理l4.1.4 模拟与数字 图图4-7 4-7 借助于借助于A/DA/D或或D/AD/A转换器，模拟信号和数字信号可以互相转换转换器，模拟信号和数字信号可以互相转换第4章 多媒体音频信息处理l4.1.5 与声音有关的几个术语l音高频率 纯音l音色 复合音:语音 l响度幅度第4章 多媒体音频信息处理l4.1.6 声音质量的评价1声音客观质量的度量方法2声音主观质量的度量3.声音质量分级与带宽电话调幅广播调频广播CD-DA 10 20 50200
3、3.4K7K15K频率（Hz)图图4-8 4-8 四级声音质量的频率范围四级声音质量的频率范围 第4章 多媒体音频信息处理图图4-9 4-9 声音的采样和量化示意图声音的采样和量化示意图第4章 多媒体音频信息处理l4.2.1采样 为实现A/D转换，需要把模拟音频信号波形进行分 割，以转变成数字信号，这种方法称为采样(Sampling)。l4.2.2 量化用某种数字化的方法来反映某一瞬间声波幅度的电压值的大小称为量化第4章 多媒体音频信息处理l4.2.3 声音采样与量化过程示例图图4-10 4-10 采样频率为采样频率为1000Hz1000Hz，1010个量化等级的波形个量化等级的波形第4章 多
4、媒体音频信息处理图图4-11 4-11 经过经过D/AD/A转换器得到的信号波形转换器得到的信号波形(直线段的波形直线段的波形)有较大的失真有较大的失真第4章 多媒体音频信息处理图图4-12 4-12 采样率为采样率为2000Hz2000Hz，量化等级为，量化等级为2020的采样量化过程的采样量化过程第4章 多媒体音频信息处理图图4-13 4-13 采样率为采样率为4000Hz4000Hz，量化等级为，量化等级为4040的采样量化过程的采样量化过程第4章 多媒体音频信息处理l4.2.4 编码输入信号解码器传输/存储编码器输出信号图图4-14 4-14 音频信号处理过程音频信号处理过程第4章 多
5、媒体音频信息处理l4.3.1 声卡的工作原理游戏接口MIDI接口混合信号处理器总线接口和控制器数字声音处理器MIC放大器功率放大器音乐合成器麦克风输入Line输入CD输入扬声器输出PC总线数据总线地址总线控制总线图图4-16 4-16 声卡工作原理框图声卡工作原理框图第4章 多媒体音频信息处理1主芯片-数字信号处理器2混音芯片-CODEC 图图4-18 Sound Blaster PCI644-18 Sound Blaster PCI64声卡的混音器设置界面声卡的混音器设置界面第4章 多媒体音频信息处理3.合成器 MIDI合成器有两种：频率调制合成器(FM合成器)、波形表(Wave table
6、合成器)。4.总线接口和控制器 总线接口和控制器由数据总线双向驱动器、总线接口控制逻辑、总线中断逻辑和DMA控制逻辑组成。5.外部输入输出口 声卡外部输入输出口均为3.5mm规格插口（MIDI/Joystick除外）第4章 多媒体音频信息处理l4.3.2 声卡的性能指标1音频技术指标2MIDI音频3声道数 图图4-19 5.14-19 5.1声道系统的布局图声道系统的布局图第4章 多媒体音频信息处理 4.多音频流输出 5.I/O设备接口 6.声卡软件 7总线结构图图4-20 4-20 支持支持5.15.1声道系统的声卡接口声道系统的声卡接口第4章 多媒体音频信息处理l 4.4.1 数字音频的文
7、件格式图图4-21 4-21 常用音频格式常用音频格式第4章 多媒体音频信息处理1.WAV文件2.VOC文件3.MP34.MP45.RealAudio文件.RA/.RM/.RAM6.AIFF文件.AIF/.AIFF 图图4-22 MP34-22 MP3是是InternetInternet上流行的音乐格式上流行的音乐格式第4章 多媒体音频信息处理l声音文件的大小与采样频率、量化位数和声道有关，计算公式为：S=R*D*（r/8）*NS：文件大小，以B（字节）为单位D：录音时间，以s（秒）为单位R：采样频率，以Hz为单位r：量化位数，以二进制计，r/8是把二进制用字 节表示（1B=8bit）N：声道
8、数 第4章 多媒体音频信息处理 采样频率为22.05kHz，量化位数为8位，R r 单声道。录音时间长度为10秒的情况下，N D声音文件的大小为：S=22050*10*（8/8）*1=220.5KB第4章 多媒体音频信息处理l4.4.2 音频制作与处理软件1CoolEdit 图图4-25 CoolEditPro 4-25 CoolEditPro 的界面的界面第4章 多媒体音频信息处理2Sound Forge图图4-26 Sound Forge4-26 Sound Forge音频处理软件音频处理软件 第4章 多媒体音频信息处理l4.5.1 什么是MIDI MIDI 是数字音乐接口（Musical
9、 Instrument Digital Interface)的缩写。或者说，MIDI是用来將电子乐器相互连接，或将MIDI设备与电脑连接成系统的一种通讯协议。通过它，各种MIDI设备都可以准确传送MIDI信息。第4章 多媒体音频信息处理l4.5.2 MIDI系统的组成第4章 多媒体音频信息处理1.合成器图图4-28 4-28 具有具有USBUSB接口的接口的MIDIMIDI键盘键盘第4章 多媒体音频信息处理2音源图图4-29 4-29 硬件音源产品（硬件音源产品（Roland JV1080Roland JV1080）第4章 多媒体音频信息处理3音序器(Sequencer)4采样器 5其它设备
10、如录音设备、监听设备、音箱功放等 第4章 多媒体音频信息处理4.5.3 MIDI的工作过程MIDI接口音序器合成器MIDI文件MIDI乐器MIDI指令图图4-31 MIDI4-31 MIDI的工作过程的工作过程第4章 多媒体音频信息处理第4章 多媒体音频信息处理l4.5.4 FM与波表合成方式1.FM合成法lFM称为“数字式频率调制合成法”，简称FM合成法。FM合成法生成音乐的基本原理是，用数字信号来表示不同音乐的波形，然后把它们组合起来，再通过数模转换器（）生成音乐播放。2.波表合成法l使用FM合成法来产生各种逼真的音乐是相当困难的，有些音乐几乎不能产生。为了能真实地再现音乐，目前的声卡一般采用音乐样本合成法，即波表合成法。第4章 多媒体音频信息处理4.5.5 GM-标准MIDI乐器排序表4.5.6 MIDI音乐创作软件与音序软件图图4-33 CakeWalk Pro Audio4-33 CakeWalk Pro Audio音序软件主界面音序软件主界面第4章 多媒体音频信息处理 图图4-34 4-34 在在Cakewalk Pro AudioCakewalk Pro Audio能容易地对能容易地对MIDMID乐谱进行编辑和创作乐谱进行编辑和创作
