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多媒体与CAI入门41 多媒体与多媒体计算机概述4.2音频概述 音频是和听觉相对应的，是可以传播、传输的带有声音信息的电信号。传统计算机也有发声功能，但只能发出一些简单的警号或通过编程演奏出一些固定频率的音乐。随着技术发展，人们利用计算机与录音机相连作为发声的工具，计算机控制录音机的通、断，与屏幕上的显示同步发声，起到一定的效果。数字化芯片的发展，特别是A/D和D/A芯片性能的提高，促进了计算机语音技术的发展，特别是多媒体计算机技术的飞跃，声音卡的出现，使声音成为多媒体技术的重要组成部分。421 音频的处理与声卡的基本知识一、 音频的处理 声音是多媒体技术中一种重要媒体，音频技术包括声音信号的采集、存储、处理、传输，语音合成和语音识别等。1、声音数字化声音数字化就是将模拟的(连续的)声音波形数字化(离散化)，以便利用数字计算机进行处理，主要包括采样和量化两个方面。数字化音频的质量取决于采样频率和量化位数这两个重要参数。采样频率是对声音波形每秒钟进行采样的次数。人耳听觉的频率上限在2OkHz左右，根据采样理论，为了保证声音不失真，采样频率应在4OkHz左右。经常使用的采样频率有11.025kHz、22.05kHz和44.lkHz等。采样频率越高，声音失真越小、音频数据量也越大。量化数据位数(也称量化级)是能够用来表示每个采样点的数据范围，经常采用的有8位、12位和16位。例如，8位量化级表示每个采样点可以表示成256个(0-255)不同量化值，而16位量化级则是指每个采样点可表示成65536个不同量化值。量化位数越高，表示区别声音的差别更细致，所以音质越好，数据量也越大。2、声音信号数据压缩因为声音数字化后生成的数据量十分巨大，例如一分钟的声音，采用十六位量化技术，采样频率为44.1kHz，其数据量为字节。所以，语音处理主要集中在音频压缩上，最新的语音压缩算法，例如MP3可将原始声音数据压缩六八倍以上。声音的处理包括声音数据的获取，文件的建立、压缩、还原、播放、叠加、合成、分解、噪音的去除等等。二、 常见的音频文件格式语音数据文件的格式有WAV、VOC、AU、MOD等。在个人计算机的Windows环境中最常用的语音数据格式是WAV格式，文件的扩展名为.WAV。WAV格式主要采用于一种称为“波形音效”的声音处理方式，即把外部声音直接转化为数字信号储存起来，需要时再转化为模拟信号输出。声音的数字化，即捕获、采样、压缩、还原等量化都是通过声卡进行的。波形音效的声音取样频率不变，所以无法产生效果良好的高保真声效。音乐数据文件的格式有MIDI、CMF、ORG、ROL、MOD、MP3等。个人计算机Windows系统下较常用的是MIDI格式，扩展名为.MID。MIDI是一个乐器数字接口文件。MIDI本身没有内置声音，音源由其它的键盘乐器或其它音源器提供。声音输出时，可以输出到具有MIDI功能的声卡（现在所有的声卡都支持MIDI功能），然后再由音箱发声。MIDI格式文件没有记录任何声音信息，只是发送给音频合成器一系列指令，这些指令说明了音高、音长、速度、变调等信息，也就是说MIDI格式文件存放的是合成音乐的谱，不是音效取样，所以占用的空间较小。MP3是目前最受欢迎的音乐文件格式，它具有容量大、音质好的特点。MP3利用MEPG Audio Layer 3技术，将WAV文件压缩，压缩比可达到12：1。虽然有这么大的压缩比，但是MP3对声音质量的损耗是非常小的，一般情况下人的听觉是不易察觉出来的。由于MP3以接近CD的音质，而文件的大小只有WAV格式文件的12分之一，占用的空间较小，有利于在网络上的传输，所以，随着Internet互联网的日益普及，MP3越来越广泛地得到了应用，成为互联网上音乐文件事实上的标准格式。三、 声卡的基本知识随着多媒体技术的发展，出现了支持声音媒体的声卡。利用声卡就能较好地进行声音的数字化和播放。图4.2-1 创新声卡声卡内装有语音处理芯片，具有输入、存储、编辑和功率输出及产生各种声音特技效果等功能，并且有光盘CD-ROM接口。声卡的输入方式：Line-In（线路输入）；Microphone（麦克风输入）；MIDI（数字乐器输入）；CD-ROM光盘（CD音乐输入）。声卡的输出方式：双声道立体声；混响效果：FM、语音、音响输出等。 录音、放音采样频率：4-44.1KHZ 声音数据文件格式：VOC、MIDI、ORG、WAV、CMF等。图4.2-2 声卡原理图一块声卡按其功能可以分为三大块：声音合成部分、模拟音频输入输出部分和混音效果器部分。目前声卡的音乐合成功能有两种方式，一种称为调频（FM）合成法，另一种称为波表（WAVETABLE）合成法。调频合成法的发音方式音色少、音质较差。波表合成法的发音效果较好，其发音机理是将真正乐器的声音进行数字化，形成波表数据，然后将各种乐器的波形数据依次固化在只读存储器中，发音时只要经过查表法就能得到所选乐器的波形数据。声卡的模拟音频输入输出部分是个模/数（A/D）、数/模（D/A）转换器。在进行声音输入时，外界输入的声音经过声卡中的模/数电路转换为数字信号后存储到计算机中；在进行语音输出时，计算机输出的数字信号经过声卡的数/模转换电路转换为模拟信号后输出，供放大器、音响等使用。声卡的混音，声卡中的混音器主要作用是将来自音乐合成器、模拟音频输出和CD-ROM驱动器的模拟音频以不同的音量大小混合在一起，并送到声卡的输出端口。效果器是高档声卡才有的特殊功能，需要用到音频信号处理器（ASP），可以给声音加入混响、延时和合唱效果及立体声效果（3D）。 声卡可以直接插在系统主板的扩展槽中，并在主机箱后面露出其输入/输出标准插座和插孔，通常包括游戏操纵杆、MIDI插座、线路输入插孔、话筒输入插孔、线路输出插孔和扬声器输出插孔等。其中，线路输入插孔可以连接一个音源外部设备（如录音机、CD播放机等），这些音源通过声卡与计算机连接并输入计算机；话筒输入插孔可以连接一个外接语音输入话筒，可以录制声音并存储下来；线路输出插孔可以连接立体声放大器，可以实现音频输出；扬声器输出插孔可以连接多媒体计算机音箱，以输出声音。422 Windows 98系统下声音的制作、播放和编辑 Windows 98系统提供了较完善的声音处理工具，直接利用Windows 98附件中的一些工具程序，就能完成声音的录制、播放和一些简单的编辑功能。一、 声音文件的制作在Windows 98系统中，可以通过“录音机”程序录制人的语音、CD光盘音乐和任何可以输入声音卡的外来声音源的声音，并将录制的声音以一种标准文件格式WAV存储起来。1、 录制一段人的声音。录制人的声音的操作步骤如下：（1） 确保麦克风能正常工作，将麦克风的插头插入声音卡的麦克风(MIC)插座，然后试一下麦克风，确保在音箱中能听到麦克风中传出的声音。图4.2-3 音量控制窗口如果听不到麦克风中的声音，则执行“程序”-“附件”-“娱乐”-“音量控制”。将麦克风选项下的静音取消，然后试一下有没有声音。注意，试好声音以后，要将麦克风选项下的静音重新设置好。同时，可以调节一下麦克风的音量。方法是在“音量控制”的菜单中，选择“选项”中的“属性”命令，将“音量调整”从“回放”改成“录音”，按“确定”后，可将“音量控制”窗口改成“录音控制”窗口。一般，音量设置在第六级，音量不要太小，否则，因为录音时输入的音量太小，录制好的声音回放时效果不好。图4.2-4 音量控制的属性窗口图4.2-5 录音控制窗口图4.2-6 录音机窗口（2） 启动“录音机”程序，执行“程序”-“附件”-“娱乐”-“录音机”程序。Windows 98下的“录音机”程序的操作界面与真实的录音机非常相似，使用非常直观和方便。底部从左到右，依次为倒带、快进、播放、停止和录音按钮。录音机的最大录音能力为60秒。图4.2-7 录音机正在录音（3） 开始录音，用鼠标左键单击录音按钮，对着麦克风讲话，即可完成录音工作。讲话时，在操作界面上可以看到声音的波形和当前已经录制的时间，随着人的讲话，应该可以看到波形的变化。讲完后，单击停止按钮。（4） 保存录音，在“录音机”程序的操作界面的菜单上选择“文件”中的“保存”命令，在弹出的对话框中输入声音文件名，然后保存，就可以将已经录入的声音以WAV文件的格式保存在指定的位置。2、 录制一段外来声音源的声音。（1） 将外来声音源的输出插头插入到声音卡的线路输入插座中，然后执行“程序”-“附件”-“娱乐”-“音量控制”。将“音量控制”改成“录音控制”，然后，设置一下线路输入的音量。（2） 启动“录音机”程序，方法同上。（3） 开始录音，方法同上。（4） 保存录音，方法同上。3、 录制一段CD光盘声音。Windows 98系统可以将声音或音乐从光盘上录制到硬盘。这需要同时使用“CD播放器”和“录音机”程序来实现。从光盘上录音的步骤为：（1） 调整CD音频的录音音量，执行“程序”-“附件”-“娱乐”-“音量控制”。 将“音量控制”改成“录音控制”，设置一下CD音频的录音音量。为了保证CD音频录音时的质量，应该将“麦克风”、“线路输入”和“MIDI”等选项下的“选择”项取消，只保留“CD音频”被选中。图4.2-8 在录音控制中设置CD音频（2） 确保CD-ROM驱动器能正常地播放CD唱片，将准备录音的CD唱片放入CD-ROM驱动器中，然后执行“程序”-“附件”-“娱乐”-“CD播放器”。“CD播放器”的操作介面上主要包括了“放音”、“暂停”、“停止”、“前一曲”、“快退”、“快进”、“下一曲”和“出盒”等按钮。可以单击“放音”按钮试听一