多媒体技术基础单元5ppt课件.ppt

1 多媒体技术基础 数字声音 2 学习目标 1 了解声音特性 2 理解声音数字化的原理 3 了解MPEG声音 4 理解MIDI音乐原理及特点 5 了解声音文件的存储格式及特点 6 掌握声音的采集方法 7 掌握声音编辑软件的基本功能 8 了解音频卡的功能 掌握音频卡的安装和使用 3 内容框架 4 5 1声音的特性 5 1 1声音的物理特性 声音本质上是一种机械振动波 也称之为声波 它通过空气传播到人耳 刺激神经后使人的大脑产生感觉 即听觉 空气振动形成的声波 5 5 1声音的特性 5 1 1声音的物理特性1 频率与音调频率是指声音信号每秒钟变化的次数 单位用赫兹 Hz 表示 音频频率范围示意 6 5 1声音的特性 5 1 1声音的物理特性1 频率与音调人耳对声音频率的感觉表现为音调的高低 频率越低 给人的感觉越声音低沉 人耳对同样强度但不同频率的声音其主观感觉的强弱是不同的 7 5 1声音的特性 5 1 1声音的物理特性2 幅度与音强音强是指声音信号的强弱程度 它与音频信号的幅度有关 我们常用音量来描述音强 音量是对音频信号的幅度取对数后再乘以20所得到的值 单位为分贝 dB 人耳能感知的声音幅度大约在0 120dB之间 8 5 1声音的特性 5 1 1声音的物理特性2 幅度与音强动态范围定义为音频信号的最大强度与最小强度之比 音频信号的动态范围 20 lg 信号的最大强度 信号的最小强度 dB 动态范围越大 说明音频信号强度的相对变化范围越大 则音响效果越好 表现力越强 9 5 1声音的特性 5 1 1声音的物理特性3 频带宽度声音信号是由许多频率不同的信号组成的复合信号 因此需要用一个参数来描述其复合特性 这个参数就是频带宽度或称为带宽 它是描述组成复合信号的频率范围 10 5 1声音的特性 5 1 1声音的物理特性3 频带宽度音频信号的频带越宽 所包含的音频信号分量越丰富 因此音质越好 声音质量等级与信号带宽 11 5 1声音的特性 5 1 2语音 音乐 音效根据音频信号所携带的信息大体上可以分为语音 音乐 音效三类 1 语音2 音乐3 音效 12 5 2声音的数字化 5 2 1采样与量化声音的数字化主要包括两个过程 声音采样和量化 声音的采样与量化 13 5 2声音的数字化 5 2 1采样与量化1 采样与采样频率在某些特定的时刻对模拟信号进行测量叫做采样 sampling 这样就把时间上连续的模拟信号通过抽取样本 变成时间上不连续的信号序列 每秒钟需要采集多少个声音样本 称为采样频率 单位用赫兹 Hz 来表示 采样率越高 音频信号越不失真 声音品质越好 采样的三个标准频率分别为44 1kHz CD品质的音乐 22 05kHz 中等品质的音乐或语音 11 025kHz 语音 14 5 2声音的数字化 5 2 1采样与量化2 量化与量化位数量化 quantization 是指将采样所得的值数字化 即用二进制来表示模拟量 用来描述音频信号样本的二进制位数 称为量化位数 或称位深度 它决定了模拟信号数字化以后的动态范围 量化位越高 信号的动态范围越大 数字化后的音频信号就越可能接近原始信号 15 5 2声音的数字化 5 2 2声音质量与数据率1 声道音频文件有单声道 mono 和双声道之分 双声道又分为左右声道 双声道声音文件比单声道声音文件大一倍 因为双声道存储的信息比单声道大两倍 双声道文件可以将左右两个声道的声音分别保存成单声道文件 也可以将左右声道混合后通过一个单声道输出一个立体声 stereo 声音文件 16 5 2声音的数字化 5 2 2声音质量与数据率2 声音质量与数据率 声音质量和数据率 17 5 2声音的数字化 5 2 2声音质量与数据率3 声音文件的大小 文件大小 采样频率 Hz 量化位数 bit 声道数 音频秒数 8 Byte 18 5 2声音的数字化 5 2 2数字音频的压缩编码1 PCM DPCM和ADPCM是基于音频数据统计特性进行编码的波形编码方法 它直接对波形采样 量化 编码 算法简单 易于实现 声音恢复时能保持原有的特点 但压缩比很难提高 采用PCM编码 ADPCM编码等生成的数字音频都以WAVE的文件格式存储 以 WAV 为文件扩展名 CD激光唱盘中包含也是WAVE格式的波形数据 只是不存成扩展名为 WAV 文件而已 19 5 2声音的数字化 5 2 2数字音频的压缩编码2 MPEG音频在MPEG 1音频标准中应用最广的就是MPEG 1AudioLayer3 即我们熟知的MP3音乐 其文件扩展名为 mp3 MP3最大的好处在于大幅降低了数字声音文件的容量 而不破坏原来的音质 以CD音质的Wave文件来说 通过MP3格式压缩后 文件便可压缩为原来的1 10 1 12 20 5 2声音的数字化 5 2 2数字音频的压缩编码2 MPEG音频MPEG 2标准定义了两种声音数据压缩格式MPEG 2Audio 与MPEG 1Audio兼容 并在此基础上实现了低码率和多声道扩展 可提供左 右 中及两个环绕声道 一个加重低音声道 即5 1环绕声和多达7个伴音声道 用于DVD的伴音 MPEG 2AAC AdvancedAudioCoding 先进音频编码 音质更加完美而压缩比更大 15 1 20 1 但与MPEG 1声音格式不兼容 21 5 2声音的数字化 什么是MP4 22 5 3认识MIDI音乐 5 3 1什么是MIDI MIDI是英文MusicalInstrumentDigitalInterface的缩写 中文含义是乐器数字接口 它是用于在电子乐器 如音乐合成器 musicsynthesizers 或乐器 musicalinstruments 之间以及电子乐器和计算机之间交换音乐信息的一种标准协议 23 5 3认识MIDI音乐 5 3 2MIDI音乐的处理过程 计算机中的声卡有MIDI端口 它通过MIDI电缆与MIDI键盘或电子乐器的键盘连接 采集键盘演奏的MIDI信息 音序器 sequencer 的作用是记录 编辑 播放由MIDI信息构成的MIDI文件 通常是一软件 如cakewalk 音乐合成器 musicalsynthesizer 是一种电子设备 可将MIDI信息转换成为模拟信号的波形 再传送到扬声器上产生声音效果 计算机用的合成器一般在声卡上 24 5 3认识MIDI音乐 5 3 3MIDI音乐的合成方式MIDI乐音的合成方法主要有两种 频率调制 frequencymodulation FM 合成法 乐音样本合成法 也称为波形表 wavetable 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 然后用计算机把它们组合起来 再通过数模转换器 digitaltoanalogconvertor DAC 生成乐音 使用FM合成法来产生各种逼真的乐音是相当困难的 有些乐音几乎不能产生 25 5 3认识MIDI音乐 5 3 3MIDI音乐的合成方式MIDI乐音的合成方法主要有两种 频率调制 frequencymodulation FM 合成法 乐音样本合成法 也称为波形表 wavetable 合成法 波形合成法是把真实乐器发生的声音以数字形式记录下来 播放时改变播放速度 从而改音调周期 生成各种音阶的音符 由于波表使用的音乐采样是真实的乐器声音 所以产生的声音质量比FM合成方法产生的声音质量要高 波表使用的音乐样本的好坏以及音色库的大小决定了波表可播放的MIDI音乐的质量 26 5 3认识MIDI音乐 5 3 4MIDI音乐的特点优点 生成的文件比较小 因为MIDI文件存储的是命令 而不是声音波形 容易编辑 因为编辑命令比编辑声音波形要容易得多 MIDI音乐音源丰富的情况下能得到高品质的声音 配音使用方便 不足 由于MIDI文件记录的不是实际的声音 因此它的播放质量将受硬件设备的影响 MIDI文件不适合表示语音 语音选择波形文件更为合适 27 5 4声音文件的格式及转换 常用声音文件格式 28 5 4声音文件的格式及转换 常用音频格式转换软件及功能 29 5 5声卡 5 5 1声卡的发展简史 Creative公司 SoundBlaster SoundBlaster16 SoundBlasterPRO SoundBlasterAwe32 SoundBlasterAwe64 SoundBlasterLive 图5 9声卡 30 5 5声卡 5 5 2声卡的功能1 音频的录制 编辑与播放2 录制 播放MIDI音乐3 实现语音通讯4 语音识别与文语转换5 连接游戏杆 31 5 5声卡 5 5 3声卡的接口与使用 声卡的接口 32 5 6数字声音的采集与编辑处理 5 6 1采集数字声音常用有以下几种获取声音资源的方法 1 利用计算机的声卡录制声音 录音的音源可以来自话筒 也可以将来自模拟设备如录音磁带 收音广播等的声音 转为数字声音 2 利用抓音轨软件从音乐CD上抓取音乐文件 3 利用现成的数字声音素材 如从网上下载或从声音素材光盘上直接复制声音文件 注意 当使用第三方的声音文件时 要注意版权问题 33 5 6数字声音的采集与编辑处理 5 6 1采集数字声音1 利用声卡录制声音 1 确认音源与声卡相应的接口已经相连 话筒接入声卡的MIC接口 若是音源来自盒式磁带或是收音机则需要一根双头音频线 2 选择录音软件 录音软件可以是声音编辑软件 也可以使用Windows附件中的 录音机 3 选择适当的采样频率 量化位数和编码方式 4 进行录音 保存声音文件 34 5 6数字声音的采集与编辑处理 5 6 1采集数字声音2 CD抓轨CD中存储的是数字化声音 但不是以文件形式存储的 不能直接拷贝 通过抓音轨 可直接获取存储在光盘音轨上的数据 并存储为WAV格式或MP3格式的声音文件 现在可用于抓音轨工具很多 有专门的抓音轨工具 如EAC ExactAudioCopy 媒体播放软件中也内置了抓轨功能 如WindowsMediaPlayer RealOnePlayer以及WinAMP 一些光盘刻录软件如Nero中也有此功能 35 5 6数字声音的采集与编辑处理 5 6 2数字声音的编辑 Windows附件中的 录音机 除了录音还可以实现一些简单的编辑 如剪切掉音频中前后不需要的部分 对两个音频文件进行混合 调整音量 制作简单的音频效果等 36 5 6数字声音的采集与编辑处理 5 6 2数字声音的编辑专门的声音编辑软件 ULead公司的AudioEditorSonicFoundry公司的SoundForgeSyntrilliumSoftware公司的CoolEditProGoldWave公司的GoldWave以上这些声音编辑软件的功能有强有弱 但基本上都具备声音录制 声音编辑 添加音效 声音格式转换等功能 37 学习活动 1 从CD光盘上选择一个音轨将它转成双声道 44 1kHz 16bit的立体声文件 并将这个文件分别转化为双声道 22 05kHz 16bit 单声道 11kHz 8bit 单声道 5kHz 8bit的三个声音文件 比较这些声音文件在文件大小和声音播放效果上的变化 2 选择播放若干各种不同格式的数字音频文件 如WAV MID MP3 RA等 记录各文件的属性 如声音文件的播放长度 声音文件的大小 比较这些声音文件的播放效果 3 上网搜索教材中没