音频处理技术（一）

赛事制作技术·音频处理技术（一）广播影视节目制作专业教学资源库目录CONTENTS12345音频基础知识音频的数字化与编码音频卡数字音频的采集与编辑音频工具软件1.1声音的物理特征

声音信号通常用一种连续的波形来表示。波形的最大位移称为振幅A，反映音量。波形中两个连续波峰（或波谷）之间的距离称为周期T。周期的倒数1/T即为频率f，以赫兹（Hz）为单位。频率反映了声音的音调。声音按频率可分为三类：

低于20Hz的声音称为次声频率范围在20

Hz～20

kHz范围的可听声称为音频频率高于20kHz的称为超音频（或超声）图4-1声波的振幅与频率ATOt1.音频基础知识1.2音频的相关概念

音频（Audio）是指频率在20Hz～20kHz范围内的可听声音，是多媒体信息中的一种媒体类型——听觉类媒体。1.音频基础知识1、波形音频：

是由外部声音源通过数字化过程采集到多媒体计算机中的所有声音形式。语音是波形声音中人的说话声音，具有内在的语言学、语音学的内涵。多媒体计算机可以利用特殊的方法分析、研究、抽取语音的相关特征，实现对不同语音的分辩、识别以及通过文字合成语音波形等。1.音频基础知识2、CD音频

CD-音频（CD-Audio）是存储在音乐CD光盘中的数字音频，可以通过CD-ROM驱动器读取并采集到多媒体计算机系统中，并以波形音频的相应形式存储和处理。3、MIDI音乐也称MIDI音频。它将音乐符号化并保存在MIDI文件中，并通过音乐合成器产生相应的声音波形来还原播放。音频是时间的函数，具有很强的前后相关性，所以实时性是音频处理的基本要求。1.音频基础知识1.3数字音频的文件格式序号音频文件名称后缀名1Wave文件.WAV2AIFF文件.AIF/.AIFF3Audio文件.AU4Sound文件.SND5Voice文件.VOC6Mpeg音频文件.MP1/.MP2/.MP37RealAudio文件.RA/.RM/.RAM8WindowsMediaAudio文件.WMA/.ASF/.ASX/.WAX9MIDI文件.MID/.RMI/.CMI/.CMF2课程内容

计算机处理音频信号之前，必须将模拟的声音信号数字化，产生数字音频。具体过程包括：采样、量化、编码

。2.1采样与采样频率

采样是每间隔一段时间读取一次声音信号幅度，使声音信号在时间上被离散化。2音频的数字化与编码数字化音频的过程如下图所示。(c)采样信号的量化(a)模拟音频信号(b)音频信号的采样2.1采样与采样频率

采样频率：

是指将模拟声音波形数字化时，每秒钟所抽取声波幅度样本的次数，其计算单位是kHz(千赫兹)。一般来讲，采样频率越高声音失真越小，用于存储数字音频的数据量也越大。2.1采样与采样频率

量化

就是把采样得到的声音信号幅度转换为数字值，是声音信号在幅度上被离散化。量化位数是每个采样点能够表示的数据范围，常用的有8位、12位和16位。2.2量化与量化位数+127…+64+320-32-64…-12801001010采样位数8bit采样频率11KHz2.2量化与量化位数采样位数16bit采样频率22KHz+32767…+512+1280-128-512…-3276800101011000110002.2量化与量化位数

反映音频数字化质量的另一个因素是声道个数。记录声音时，如果每次生成一个声波的数据，称为单声道；每次生成二个声波数据，称为双声道（立体声）；每次生成二个以上声波数据，称为多声道（环绕立体声）。音频采样的数据量数字音频的采样数据量主要取决于两方面因素：音质因素，由采样频率、量化位数和声道数3个参数决定。时间因素，采样时间越长，数据量越大。

2.3声道

单位时间的数据量可用下式表示：

fc·b·s8v=

式中，v为单位时间的数据量（KB/s）；fc为采样频率（kHz）；b为量化位数（bit）；s为声道数。具体计算时，需要将单位时间的数据量v与采样时间t相乘，并注意采样频率的单位换算。

下表给出了在不同条件下一分钟数字化音频所产生的数据量。2.3声道2.3声道

音频数据压缩编码的方法有多种，可分为无损压缩和有损压缩两大类。无损压缩主要包含各种熵编码；而有损压缩则可分为波形编码、参数编码、感知编码和同时利用多种技术的混合编码，图4-4给出了音频数据压缩编码的主要方法。

波形编码是在模拟音频数字化（抽样和量化）的过程中，根据人耳的听觉特性进行编码，并使编码后的音频信号与原始信号的波形尽可能匹配，实现数据的压缩。

参数编码把音频信号表示成某种模型的输出，利用特征提取的方法抽取必要的模型参数和激励信号的信息，且对这些信息编码，最后在输出端合成原始信号。2.5音频数据编码

混合编码介于波形编码和参数编码之间，集中了这两种方法的优点，可在较低的码率上得到较高的音质。2.5音频数据编码

多媒体计算机系统中都有音频信号处理功能，但实现方法各不相同。美国苹果公司的Macintosh计算机一开始就被设计成具有音频处理能力的多媒体计算机，而使用Windows平台的PC系列机，起初没有声音处理能力，而是通过扩充一个专门的音频处理部件——音频卡来实现其声音处理的。音频卡的功能

①录制和播放数字声音文件

②控制音量和混音效果

③声音文件的压缩与解压缩

④MIDI接口与音乐合成

3音频卡图4-5音频卡的一般组成与结构示意DSP音频输出放大器话筒Mic线路输入Linein音乐合成器系统总线接口CD输入混合信号处理器MIDI与游戏接口系统总线放大器3.1音频卡的组成与工作原理

一般的音频卡都配有Line-in、Mic-in