《多媒体技术与应用教程》第5章：音频数据的编辑.ppt

第5章音频数据的编辑,（时间：3次课，6学时）,教学提示：本章的学习应该既要掌握理论基础，又要注重实际的操作，注意CDDA新旧版本界面及功能上的改进，Goldwave的基本功能，会使用这两种软件完成对音频文件的综合处理。教学目标：通过本章的学习，用户应该掌握有关音频的概念，如声音的概念、特点，MIDI音乐，声音文件的种类，声卡的结构及安装，CD音乐采样以及音频处理软件Goldwave的使用方法。,第5章音频数据的编辑,第5章音频数据的编辑,5.1基本概念5.2音频处理接口5.3音频数据采样与简单处理5.4音频编辑处理系统GoldWave5.5实习指导5.6习题,5.1基本概念,5.1.1声音的基本特点5.1.2数字音频文件的种类5.1.3数字音频的音质与数据量,5.1.1声音的基本特点,声音媒体有其自己的特性，主要表现在以下几个方面：1.声音的连续时基性声音是一种随时间变化的连续媒体，也称为连续时基性媒体。构成声音的数据前后之间具有强烈的相关性。另外，声音还具有实时性，对处理声音的硬件和软件提出比较高的要求。2.声音的三要素声音的三要素为音调、音强和音色：(1)音调代表声音的高低。(2)音强声音的响度，也即常说的“音量”。(3)音色具有特色的声音。,5.1.1声音的基本特点,3.声音的频谱在一定时间内，声音信号可以分为周期信号和非周期信号两类。具有周期性的单一频率声波称为线性频谱；具有非周期性的带有一定频带所有频率分量的声波称为连续频谱。4.声音有方向感声音是以声波的形式进行传播的，由于人能够辨别出声音到达左右耳的时差和强度，所以可以判断声音的来源方向。由于空间作用使声音来回发射而造成声音的特殊立体感和空间感效果。,5.1.1声音的基本特点,5.数字化声音为了用计算机表示和处理声音，必须把声音进行数字化，即用数字表示声波。从人与计算机交互的角度看，音频信号的处理包括3点：人与计算机通信，即计算机接收音频信号，包括音频获取、语音的识别和理解。计算机与人通信，即计算机输出音频，包括音乐合成、语音合成、声音定位以及音频视频的同步。人计算机人通信，即人通过网络与异地的人进行语音通信。,5.1.2数字音频文件的种类,常用的音频文件的格式有4种，即WAV格式、MIDI格式、MP3格式和CD-DA音频文件。(1)波形音频文件声音文件最基本的格式是WAV(波形)格式，它是把声音的各种变化信息(频率、振幅、相位等)逐一转成0和1的电信号记录下来，其记录的信息量相当大，具体大小又与记录的声音质量高低有关。(2)MIDI音频文件MIDI是MusicalInstrumentDigitalInterface(乐器数字接口)的缩写。MIDI是由世界上主要电子乐器制造厂商建立起来的一个通信标准，以规定计算机音乐程序、电子合成器和其他电子设备之间交换信息与控制信号的方法。,5.1.2数字音频文件的种类,(3)MP3压缩音频文件它是将WAV文件以MPEG3的多媒体标准进行压缩，压缩后体积只有原来的1/101/15(约lM/min)，而音质基本不变。这项技术使得一张碟片上就能容纳十多个小时的音乐节目，相当于原来的十多张CD唱片。(4)CD-DA音频文件CD-DA(CD-DigitalAudio)文件是标准激光盘文件，其扩展名是“.cda”。这种格式的文件数据量大、音质好。在Windows操作系统中可使用CD播放器进行播放。,5.1.3数字音频的音质与数据量,数字音频的音质好坏，取决于采样频率、表示声音的基本数据位数和声道形式。音质越好，则该文件的数据量越大。数据量与采样频率、数据位数以及声道数的关系如下：数据量=采样频率数据位数声道数/8,5.2音频处理接口,5.2.1声卡的工作原理5.2.2声卡的安装和使用,5.2.1声卡的工作原理,1.声卡的功能和分类声卡是多媒体技术中最基本的组成部分，是实现声波数字信号相互转换的硬件电路。声卡的基本功能是音频的录制与播放、编辑与合成，MIDI接口、文语转换、CD-ROM接口及游戏接口等。2.声卡的体系结构声卡由下列部件组成：MIDI输入/输出电路，MIDI合成器芯片，用来把CD音频输入与线输入相混合的电路，带有脉冲编码调制电路的模数转换器，用于把模拟信号转换为数字信号以生成波形文件，用来压缩和解压音频文件的压缩芯片，用来合成语音输出的语音合成器，用来识别语音输入的语音识别电路，以及输出立体声的音频输出或线输出的输出电路等。,5.2.2声卡的安装和使用,声卡的安装包括硬件的安装和驱动程序的安装。1.硬件的安装与使用声卡的安装非常简单，安装前要仔细阅读说明书。一般在说明书上都有该声卡在不同操作系统下的具体安装步骤，以及是否为“即插即用”系统和重新设置方法，如需重新设置，则按说明书进行操作，然后根据以下步骤进行安装：(1)关掉计算机及外设电源，并拔掉电源插头；(2)打开计算机机箱；(3)将声卡插到任意空闲并且适合该声卡接口的插槽内；,5.2.2声卡的安装和使用,(4)用螺丝将声卡固定好；(5)将声卡与CD-ROM驱动器用音频线接好；(6)检查无误后盖好机箱；(7)将外部设备(如音响等)和声卡接好；(8)插上电源插头，打开电源。音频卡通过卡上的许多插口和接口与其他设备相连，其与外设的连接如图5.2所示。,5.2.2声卡的安装和使用,图5.2,5.2.2声卡的安装和使用,2.驱动程序的安装安装音频卡需要安装驱动程序，通常Windows98及以上的操作系统能够自动识别音频卡，并且预装一部分驱动程序。(1)单击【开始】|【设置】|【控制面板】命令，打开【控制面板】窗口。双击【系统】图标，打开【设备管理器】窗口。提示：在【设备管理器】窗口中，有一些项目前面会标有黄色的“？”，还打上一个“！”，这说明它们没被操作系统识别。,5.2.2声卡的安装和使用,(2)在【声音、视频和游戏控制器】文件夹中名为“PCIMultimediaAudioDevice”的设备名上右击，在弹出的快捷菜单中选选择【删除】命令，删除此声卡设备。接下来单击【刷新】按钮，系统就会找到新的硬件。(3)在随后弹出的对话框中，选择安装程序的路径，单击【下一步】按钮，在软盘或光盘上找到要安装的声卡驱动程序，单击【下一步】按钮，开始复制文件。最后单击【完成】按钮，完成驱动程序的安装。提示：当驱动程序安装成功后，在【设备管理器】窗口中会出现【声音、视频和游戏控制器】文件夹，在【任务栏】右下方还多出了一个小喇叭，这就表示声卡驱动程序已经安装好了。,5.3音频数据采样与简单处理,5.3.1采样基本原理5.3.2CD音乐采样5.3.3自然声采样5.3.4电子合成音乐,5.3.1采样基本原理,声音采样的作用是把自然界中的模拟量声音转换成计算机能够处理的数字化声音。1.PCM编码原理把模拟信号转换成数字信号的过程称为模/数(A/D)转换，它主要包括：采样：在时间轴上对信号数字化；量化：在幅度轴上对信号数字化；编码：按一定格式记录采样和量化后的数字数据。,5.3.1采样基本原理,脉冲编码调制PCM(PulseCodeModulation)是一种模数转换的最基本编码方法。CD-DA采用的就是这种编码方式。PCM编码过程如图5.3所示。,5.3.1采样基本原理,2.数字音频的技术指标采样频率：采样频率是指一定时间间隔内采集的样本数。在一定时间内采集的样本数越多，音质就越好。量化位数：量化位是对模拟音频信号的幅度值进行数字化，它决定了模拟信号数字化以后的动态范围。声道数：声道数是声音通道的个数，指一次采样的声音波形个数，有单声道和双声道之分。,5.3.1采样基本原理,编码算法：编码的作用其一是采用一定的格式来记录数字数据，其二是采用一定的算法来压缩数字数据以减少存储空间和提高传输效率。数据率及数据文件格式：数据率为每秒bit数，它与信息在计算机中的实时传输有直接关系，而其总数据量又与计算机的存储空间有直接关系。,5.3.2CD音乐采样,使用专门软件对CD盘上的音乐、语言以及其他形式的声音进行数字转换，生成多种格式的数字音频信号称为CD音乐采样。它用于转换的软件比较多，在此以EasyCD-DAExtractor为例介绍CD音乐的采样方法。EasyCD-DAExtractor简称CDDA，英文版，运行在windows环境中，主要用于将CD或DVD音轨转成WAV、RAW文件，也可以配合MPEGLayer-3AudioCode直接将CD转成MP3。,5.3.2CD音乐采样,1.CDDA的基本功能CDDA软件的基本功能如下：自动识别CD-ROM中是否有音乐激光盘，如果有，自动调入音乐目录。播放选定的曲目，以便确定该曲目是否需要转换。通过改变和转换相关的参数，可改变转换的过程和效果。,5.3.2CD音乐采样,具备通过因特网进行查询、咨询服务以及升级的功能。以PCM方式将CD音乐转换成波形音频文件，文件扩展名为.wav。以MPEG-1Layer-3(Nomal/MMX)方式将CD音乐转换成普通PC和具有MMX功能的PC使用的MP3压缩音频文件，文件的扩展名为.mp3。另外，还能转换为MP1、MP2和MP4的压缩音频文件。,5.3.2CD音乐采样,以MPEG-1Layer-3(Pentium)方式生成适合于Pentium计算机使用的MP3压缩音频文件，文件的扩展名依旧是.mp3。同样，也可转换为MP1、MP2和MP4的压缩音频文件。以WindowsMdeiaAudio方式生成在Windows环境下使用的媒体音频文件，文件扩展名是.wma。,5.3.2CD音乐采样,2.界面特点启动CDDA软件后，进入CD音轨获取界面，即主界面，如图5.4所示。在主界面中，自上而下地排列着菜单栏、CD-ROM驱动器和读盘速度设定栏、曲目清单、包括播放控制按钮在内的工具栏、播放进程与音量控制栏以及状态栏，右下方是获取音轨控制栏。,5.3.2CD音乐采样,图5.4CDDA启动后的界面,5.3.2CD音乐采样,3.采样所谓采样，是将CD盘中的曲目按照指定的采样频率、数据描述位数和声道形式转换成数字音频文件的过程。具体操作如下：(1)启动CDDA软件，如当前界面不是音频获取界面，可单击(但一般情况下启动时均进入该界面)，然后在曲目清单中用鼠标选定某一个曲目。(2)使用播放控制按钮，聆听该曲目，确认该曲目无断音、爆音以及其他问题。在聆听时可调整进程和音量。,5.3.2CD音乐采样,(3)单击画面中Output对话框中的Outputfolder对话框右侧的(浏览)按钮，在硬盘的各逻辑区中选择一个已经建立好的文件夹，例如F:声音素材，作为准备存放获取的数字音频文件的位置。(4)在Outputfilenames对话框中输入文件名，无需输入扩展名。(5)在Outputformats对话框中选择指定文件格式，如“.wav/standard”波形音频文件格式；选择采样频率，如“16bitStereo44100Hz(CD-Quality)”。(6)单击按钮，开始转换。转换的过程需要一定的时间，其快慢取决于计算机CPU和CD-ROM的速度。转换结束，在指定的文件夹中得到一个音频文件。,5.3.2CD音乐采样,4.转换文件格式GoldWave中可将声音文件的格式进行转换。其具体操作如下：(1)启动CDDA软件，单击进入文件转换界面.(2)在窗口的右上方选择要转换的文件格式，然后单击左下角的按钮，在AddAudioFiles窗口中选择要进行转换的文件，在FileName列表中可显示已经选择的文件。,5.3.2CD音乐采样,(3)在Output选项卡的OutputFormats对话框中选择指定文件格式，如.wav/standard波形音频文件格式；选择采样频率，如16bitStereo44，100Hz(CD-Quality)。在OutputFolder选项组中选择转换后文件存放的位置，如选择F:声音素材。(4)在Priority选项组中选择转换质量，设置为High(高质量)。(5)单击StartConverter按钮即可进行文件格式的转换。转换后的文件存放在选择的文件夹中。,5.3.3自然声采样,自然声采样具体操作步骤参见书78页到82页。,5.3.4电子合成音乐,电子合成音乐MIDI(MusicalInstrumentDigitalInterface)是乐器数字接口的缩写，它是为了把电子乐器和计算机连接起来而制定的规范，是数字化音乐的一种国际标准。1.MIDI术语音乐合成器(MusicalSynthesizer)：用来产生并修改正弦波形并叠加，然后通过声音产生器和扬声器发出特定的声音。泛音的合成决定声音音质。复调声音：简称为复音(Polyphony)，指合成器同时演奏若干音符时发出的声音。它着重于同时演奏的音符数。,5.3.4电子合成音乐,多音色(Timbre)：指同时演奏几种不同乐器时发出的声音。它着重于同时演奏的乐器数。MIDI电子乐器：能产生特定声音的合成器，其数据传送符合MIDI通信约定。MIDI消息(message)或指令：乐谱的一种记录格式，相当于乐谱语言。它是用数字描述的乐谱，包括音符、定时和乐器的指派。MIDI接口(interface)：MIDI硬件通信协议。,5.3.4电子合成音乐,MIDI通道(channel)：共16个通道，每种通道对应一种逻辑的合成器。MIDI文件：以MIDI消息记录电子乐器的演奏过程，由控制数据和乐谱信息数据构成。音序器(Sequencer)：用来记录、编辑和播放MIDI文件的软件。,5.3.4电子合成音乐,2.计算机上MIDI音乐的产生过程MIDI合成的产生方式有两种：频率调制合成和波形表合成。频率调制(FrequencyModulation，FM)合成FM合成器是利用两个或多个低频正弦声波混合合成以模拟各种自然音，它产生的是人工合成的模拟声音。通过硬件产生正弦信号，再经处理合成音乐。合成的方式是将波形组合在一起，理论上可以有无限多组波形，但实际上做不到。其泛音的合成与模拟比较困难，实际的质量不高。,5.3.4电子合成音乐,波形表(Wavetable)合成波表合成采用的是对自然声音进行数字化录音，其原理是在ROM中存储各种实际乐器的声音样本，需要时，调用相应样本来合成该乐器的乐音。ROM的容量越大，合成效果越好，价格也越贵。,5.3.4电子合成音乐,3.MIDI声音的优点MIDI文件是指令序列，对存储容量的需求比波形声音小得多(相差1000倍以上)。播放波形文件(如解说词)时，可以同时播放MIDI音乐作为配乐。使用MIDI文件时，可同时在CD-ROM中装载其他数据，达到以音乐作为背景的音响效果。,5.4音频编辑处理系统GoldWave,5.4.1GoldWave5.4.2声音文件的操作5.4.3录制数字音频5.4.4简单的音频编辑5.4.5波形文件的复杂操作5.4.6Goldwave软件的其他功能,5.4.1GoldWave,GoldWave不仅仅是一个录音程序，使用它还可以很方便地制作网页的背景音乐、程序音效、录制CD、转换音乐格式，而且GoldWave还具有各种复杂的音乐编辑和特效处理功能。1.GoldWave软件的主要功能以不同的采样频率录制声音录制声音时，声源可以是CD-ROM播放的CD音乐，可以通过麦克风直接进行现场录音，也可以是音频电缆传过来的录音机信号。,5.4.1GoldWave,声音编辑如连接两段声音或把多种声音合成在一起，去掉一段不需要的声音，截取一段声音并复制到另外的位置，将某段声音移到另外的位置等。增加特殊效果例如：制作声音的淡入、淡出效果；增加混响时间，可达到润色音色的目的；生成回声效果，产生空旷感觉；把声音数据的排列颠倒过来，产生只有电脑才有的“倒序音乐”等。,5.4.1GoldWave,文件操作该操作主要包括新建数字音频文件、调入数字音频文件、保存数字音频文件、删除数字音频文件。,5.4.1GoldWave,2.GoldWave的界面GoldWave的界面主要包括以下几个部分：菜单栏：进行各种菜单操作。工具栏：直接进行各种编辑操作。波形窗口：显示文件中声音的波形，可以在此窗口进行段落选择(左键标记起点，右键标记结束点)，被选部分以高亮显示，其余部分被阴影遮盖。信息栏：显示声音文件的采样量化信息、总时间长度、所选择部分的起止时间，以及工具栏按钮的说明信息(当鼠标指针指到按钮上的时候)。,5.4.1GoldWave,3.GoldWave的特性与其他同类软件相比，GoldWave软件有如下特性：直观、可定制的用户界面，使操作更简便；多文档界面可以同时打开多个文件，简化了文件之间的操作；编辑较长的音乐时，GoldWave会自动使用硬盘，而编辑较短的音乐时，GoldWave速度较快的内存中编辑；,5.4.1GoldWave,GoldWave允许使用很多种声音效果，如倒转(Invert)、回音(Echo)、摇动、边缘(Flange)、动态(dynamic)和时间限制、增强(strong)、扭曲(warp)等；精密的过滤器(如降噪器和突变过滤器)帮助修复声音文件；批转换命令可以把一组声音文件转换为不同的格式和类型。该功能可以转换立体声为单声道，转换8位声音到16位声音，或者是文件类型支持的任意属性的组合。如果安装了MPEG多媒体数字信号编解码器，还可以把原有的声音文件压缩为MP3的格式，在保持出色的声音质量的前提下使声音文件的尺寸缩小为原有尺寸的十分之一左右；,5.4.1GoldWave,CD音乐提取工具可以将CD音乐复制为一个声音文件。为了缩小尺寸，也可以把CD音乐直接提取出来并存为MP3格式；表达式求值程序在理论上可以制造任意声音，支持从简单的声调到复杂的过滤器。内置的表达式有电话拨号音的声调、波形和效果等。,5.4.2声音文件的操作,对声音文件的操作，在此只介绍基本操作，关于一些复杂的编辑操作，将在以后的内容中进行介绍。1.打开一个声音文件使用文件菜单中的打开命令或使用工具栏上的打开按钮都可以打开一个声音文件。2.保存波形文件在修改声音文件时，可以直接使用工具栏上的保存按钮或单击【文件】|【保存】命令，将最新修改的结果保存到原来的声音文件中。,5.4.3录制数字音频,1.确定录音质量在新建文件画面中，根据录音要求，选择【语音音质】、【收音机音质】和【CD音质】三个单选按钮中的一个，即可确定数字声音的音质。另外也可以直接选择【采样频率】精确地确定录音音质。,5.4.3录制数字音频,2.录音录音前要先检查硬件的连接，如话筒是否连接在声卡的Mic输入端上或其他一些输出信号线是否连接在声卡的线路输入端上。然后就可通过单击播放器上的录音按钮开始录音。在录制声音过程中，一条垂直线从左向右移动，指示录音的进程。当垂直线到达时间轴的终点时录音自动结束。在录音过程中如果希望中断录音，可单击播放器中的停止按钮。,5.4.4简单的音频编辑,对于音频文件，首先要学会一些基础操作，然后才能进行复杂的编辑。这些基础操作主要包括选择波形，复制、剪切、删除、裁减波形。1.选择波形GoldWave中最重要的操作是选择波形，因为要进行的操作几乎都是针对选中波形进行的。为了便于选择波形，建议改变波形的显示比例(用1:10或1:100较为合适，在1:100的条件下选择语音中的一个字就容易了)。,5.4.4简单的音频编辑,(2)剪切波形段剪切波形与复制波形类似，只是复制的时候使用复制命令，而剪切时使用剪切命令。如果剪切的内容存放到一个已经存在的波形文件中，则原有的声音被“挤”向后边；如果要放入一个新文件中，则应先新建一个文件再进行粘贴即可。(3)删除波形段先选中要删除的波形段，然后单击【删除】按钮即可。,5.4.4简单的音频编辑,(4)裁剪波形段裁剪波形段和删除波形段类似，不同之处是，删除波形段是把选中的波形删除，而裁剪波形段是把未选中的波形删除，两者的作用可以说是相反的。裁剪波形段使用【剪裁】按钮。裁剪以后，GoldWave会自动把剩下的波形放大显示。(5)静音处理选中需要静音的波形段后，单击【静音】按钮，该区域变成静音。与删除声音片段不同的是，选中的编辑区域仍然存在，其时间长度不变。静音处理通常用于去除语音之间的噪声和音乐尾的噪声。,5.4.5波形文件的复杂操作,1.声道编辑声道编辑包括选择声道、对声道进行各种编辑、左右声道对调等。2.淡入淡出声音淡入淡出是指声音从无到有或从有到无实现逐渐变化的过程，通常用于两个声音素材的交替切换、产生渐近渐远的音响效果等。淡入的效果使声音从无到有、从弱到强；淡出的效果使声音逐渐消失。淡入淡出的过渡时间长度由编辑区域的宽窄确定。,5.4.5波形文件的复杂操作,3.混响效果产生混响效果的基本原理是把指定的编辑区域内的声音滞后一小段时间再叠加到原来的声音上，叠加声音的音量和滞后时间长度均可进行调整，以产生不同的混响效果。4.频率均衡控制频率均衡控制是指对声音素材的低音区、中音区、高音区的各个频段进行提升和衰减等控制，使声音的层次和频段分布更符合要求，这一技术从根本上改变了音频文件的固有频率均衡值。,5.4.5波形文件的复杂操作,5.特殊音效的制作特殊音效是计算机可以通过各种复杂的数字运算，对声音进行特殊处理所产生特殊的声音效果。典型的特殊声音效果有机器人声音和倒序声音。(1)机器人声音所谓的机器人声音是把原始声音加工成类似机器发出的声音。某些科幻影片中的机器人发出的就是这种声音。,5.4.5波形文件的复杂操作,(2)倒序声音倒序声音播放出来的效果谁也听不懂，这是计算机独有的声音效果。其基本原理是将声音数据反向排列。倒序声音可用于声音的加密传送，只有对方采用相同的软件，进行相同的倒序处理，才能把声音还原。6.时间调整在制作多媒体产品时，有时需要改变声音的长度以保持声音与画面同步。,5.4.5波形文件的复杂操作,7.响度控制进行响度控制可以有的放矢地控制素材固有的响度值，在需要插入解说时，降低响度，解说结束后恢复响度。声音素材的响度在播放时可以进行调整，但不能改变素材本身固有的响度。8.混音混音，又叫音频合成，就是指将两个或两个以上的声音文档合并成一个文档，这样在播放时就可以同时听到这两个或几个声音。最常见的情形就是将说话的声音和音乐合并起来，实现背景音效的效果。音乐中的海涛声、大风声等都是混音的结果。,5.4.5波形文件的复杂操作,9.左右飘移声音在左右声道间反复出现，就产生了声音的飘移不定的效果。10.使用表达式求值器GoldWave不但有完善的声音编辑功能，还有强大的声音生成功能，可以使用一些数学公式来生成各种各样的声音。选定插入点后，单击工具栏上的表达式求值器f(x)按钮，即可进入表达式求值器窗口进行修改。,5.4.6Goldwave软件的其他功能,GoldWave除了提供丰富的音频效果制作命令外，还提供了CD抓音轨、批量格式转换、多种媒体格式支持等非常实用的功能。1.CD抓音轨如果要编辑的音频素材在一张CD中的话，可以直接选择GoldWave工具菜单下的CD音频提取命令就能够一步完成，如图5.29所示的【CD音频提取】对话框。,5.4.6Goldwave软件的其他功能,图5.29,5.4.6Goldwave软件的其他功能,在该对话框的【自：】和【到：】两个文本框中，指定获取音