計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) (2)ppt課件

多媒體技術(shù),第七章數(shù)字音頻基礎(chǔ),1,內(nèi)容概要,介紹了聲音的基本原理與人類的聽覺器官，并重點(diǎn)討論了音調(diào)、響度和音色三個(gè)聲音的基本特征；對(duì)模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)的區(qū)別，聲音信號(hào)數(shù)字化的基本過(guò)程進(jìn)行了介紹，并介紹了聲音質(zhì)量與數(shù)據(jù)率的關(guān)系；介紹了MIDI音樂(lè)的形成、相關(guān)概念、信息處理過(guò)程和MIDI音樂(lè)合成的知識(shí)；介紹了常見數(shù)字音頻文件格式，并對(duì)其中的部分典型格式進(jìn)行了重點(diǎn)介紹。,2,本章內(nèi)容,聲音的基本常識(shí)聲音信號(hào)數(shù)字化MIDI音樂(lè)基礎(chǔ)知識(shí)數(shù)字音頻文件格式簡(jiǎn)介,3,聲音與聽覺器官,聲音是攜帶信息的極其重要的媒體，是多媒體技術(shù)研究中的一個(gè)重要內(nèi)容。聲音本質(zhì)上是一種通過(guò)空氣傳播的連續(xù)波，它通過(guò)空氣將機(jī)械振動(dòng)傳播到人耳，刺激神經(jīng)后使大腦產(chǎn)生一種感覺。,4,聲音的三個(gè)基本特征,視聽心理學(xué)研究表明，人耳主要是通過(guò)音調(diào)、響度和音色這三個(gè)特征來(lái)區(qū)分不同聲音的。,5,音調(diào),音調(diào)是指一個(gè)聲音在聽覺感受上有多高，主要與它的頻率有關(guān)。音調(diào)由聲音所包含的成分音中最低頻率的聲音（基音）的頻率來(lái)決定?；舻念l率高時(shí)，音調(diào)高；基音的頻率低時(shí)，音調(diào)低。一般來(lái)說(shuō)，人的聽覺器官能感知的聲音頻率大約在20Hz20KHz之間。人們把頻率小于20Hz的信號(hào)稱為亞音信號(hào)；頻率范圍為20Hz20KHz的信號(hào)稱為音頻信號(hào)；高于20KHz的信號(hào)稱為超音頻信號(hào)，或稱為超聲波信號(hào)。,返回,6,響度,響度是指人耳所感覺到的聲音的強(qiáng)弱程度。描述聲音強(qiáng)弱的物理量為聲強(qiáng)，在國(guó)際單位中聲強(qiáng)的單位是W/m2（瓦特/米2）。聲音的響度依賴于聽者的主觀聽覺，一般說(shuō)聲強(qiáng)大的響度也大，但人耳的響度感覺和音調(diào)也有關(guān)。對(duì)于同一頻率的聲音，響度隨聲強(qiáng)的增加，并不呈線性關(guān)系。,返回,7,音色,音色是聲音的特色，根據(jù)不同的音色，即使在同一音高和同一聲音強(qiáng)度的情況下，也能區(qū)分出是不同樂(lè)器或人聲發(fā)出的。音色就是人對(duì)聲音的感覺如同對(duì)同樣色度和明度的不同顏色的感覺一樣。音色的不同取決于不同的泛音，每一種樂(lè)器、不同的人以及所有能發(fā)聲的物體發(fā)出的聲音，除了一個(gè)基音外，還有許多不同頻率的泛音伴隨，正是這些泛音決定了其不同的音色。,返回,8,模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào),模擬信號(hào)是指在時(shí)間和幅度上都是連續(xù)的信號(hào)。聲音信號(hào)是典型的模擬信號(hào)，它不僅在時(shí)間上是連續(xù)的，而且在幅度上也是連續(xù)的。數(shù)字信號(hào)是把時(shí)間和幅度都用離散的數(shù)字表示的信號(hào)。,9,聲音信號(hào)數(shù)字化的基本原理,聲音信號(hào)的數(shù)字化，就是把時(shí)間和幅度上都是連續(xù)的模擬信號(hào)，轉(zhuǎn)化為時(shí)間和幅度上都是離散的數(shù)字信號(hào)。聲音信號(hào)的數(shù)字化應(yīng)包以下兩個(gè)步驟：第一步是采樣，就是每隔一段時(shí)間間隔讀一次聲音的幅度；第二步是量化，就是把采樣得到的聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換成的數(shù)值。,10,聲音質(zhì)量與數(shù)據(jù)率,采樣頻率的高低是根據(jù)奈奎斯特理論(Nyquisttheory)和聲音信號(hào)本身的最高頻率決定的。奈奎斯特理論指出，采樣頻率不應(yīng)低于聲音信號(hào)最高頻率的兩倍。采樣精度的樣本大小是用每個(gè)聲音樣本的位數(shù)bit/s(即bps)表示的，它反映度量聲音波形幅度的精度。,11,12,波形音頻與MIDI音樂(lè),通過(guò)采集各種聲波（聲源）的機(jī)械振動(dòng)而得的數(shù)字音頻，其數(shù)字信息中記錄的是聲波波形，當(dāng)播放這類數(shù)字音頻時(shí)，計(jì)算機(jī)再根據(jù)數(shù)字信息的記錄還原出真實(shí)的聲波。波形音頻可用于記錄自然界中的各種聲音，如對(duì)話、歌聲、樂(lè)器演奏、自然聲效等，其所采集得到的數(shù)據(jù)率較高，生成的文件體積也較大。,13,波形音頻,STOP,波形音頻,特點(diǎn)：1真實(shí)記錄自然聲音波形2基本無(wú)數(shù)據(jù)壓縮3數(shù)據(jù)量大,影響數(shù)據(jù)量的因素1)采樣頻率。2)采樣精度。3)聲道形式。,WAV音頻試聽,14,若數(shù)字信息中記錄是一系列指令（可理解為生活中的樂(lè)譜），當(dāng)播放這類數(shù)字音頻時(shí)，計(jì)算機(jī)再根據(jù)指令合成（演奏）出聲波，此類數(shù)字音頻又稱為MIDI音頻或MIDI音樂(lè)。MIDI音頻生成的文件比較小，因?yàn)镸IDI文件存儲(chǔ)的是命令，而不是聲音波形；容易編輯，可以作背景音樂(lè)，和波形音頻一起播放。MIDI音樂(lè)由于受合成技術(shù)的限制，所合成的聲音比較呆板，真實(shí)感較差。,15,MIDI音樂(lè),STOP,MIDI音樂(lè),特點(diǎn)：1記錄音符、時(shí)值、通道。2使用電子鍵盤樂(lè)器。3數(shù)據(jù)量小。,MIDI適配器輸出,MIDI音頻試聽,返回,16,MIDI定義及其形成,MIDI全稱的意思是音樂(lè)設(shè)備數(shù)字接口。這種接口技術(shù)的作用就是在音樂(lè)合成器、電子樂(lè)器、計(jì)算機(jī)之間交換音樂(lè)信息，它使用通用的通訊協(xié)議進(jìn)行通訊，這種協(xié)議就是MIDI協(xié)議。嚴(yán)格來(lái)講，MIDI只是一個(gè)音樂(lè)接口技術(shù)，但隨著MIDI技術(shù)的普及應(yīng)用，人們已把這種接口技術(shù)當(dāng)作了電腦音樂(lè)的代名詞。,17,MIDI相關(guān)概念,MIDI規(guī)范：是對(duì)音樂(lè)合成器、電子樂(lè)器和計(jì)算機(jī)之間互相連接的電纜和端口所定義的一套標(biāo)準(zhǔn)，也是這類設(shè)備音進(jìn)行音樂(lè)信息交換的協(xié)議。MIDI設(shè)備：處理MIDI信息的軟硬件設(shè)備，包括MIDI端口、MIDI文件、MIDI音序器、MIDI合成器、MIDI鍵盤等。,18,MIDI信息：電子樂(lè)器大演奏樂(lè)曲時(shí)，本身并不發(fā)出聲音，它通過(guò)MIDI端口傳送一組數(shù)字化的編碼，這組數(shù)字化編碼稱為MIDI信息。MIDI信息記錄了演奏過(guò)程中按鍵的位置、力度、持續(xù)時(shí)間等參數(shù)。MIDI文件：MIDI文件是記錄、存儲(chǔ)MIDI信息的標(biāo)準(zhǔn)格式文件，它能同時(shí)記錄多個(gè)MIDI設(shè)備產(chǎn)生的MIDI信息。MIDI文件中包括有音符、定時(shí)、通道選擇指示等二進(jìn)制編碼數(shù)據(jù)。,19,MIDI音序器：MIDI音序器的作用是記錄、編輯、播放由MIDI信息構(gòu)成的MIDI文件。音序器還可以輸出MIDI文件到合成器中。MIDI合成器：合成器是一種電子設(shè)備，可將數(shù)字聲音文件轉(zhuǎn)換成為模擬信號(hào)的波形，再傳送到揚(yáng)聲器上發(fā)出聲音。樂(lè)器和音色：合成器可產(chǎn)生不同的聲音，代表不同的樂(lè)器。不同的合成器還可能有不同音色效果的樂(lè)器。,20,通道：MIDI文件常包含幾種樂(lè)器的組合音，各樂(lè)器有自己的波形，波形經(jīng)各自的信息傳輸路線送到合成器，合成器按音色要求完成最終的聲音組合。合成器的通道就是一個(gè)獨(dú)立的信息傳輸路線，根據(jù)MIDI規(guī)范每條MIDI電纜最多可提供16個(gè)通道，每處通道相當(dāng)于一個(gè)邏輯合成器，可以充當(dāng)一種樂(lè)器。,21,復(fù)音：合成器可按所支持的樂(lè)器數(shù)或同時(shí)能奏出的音符數(shù)的不同來(lái)區(qū)分，復(fù)音數(shù)就是指合成器能同時(shí)奏出的音符數(shù)。通道映射：MIDI文件記錄的每種樂(lè)器都分配有一個(gè)特定的通道。作為一種程序，通道映射的功能之一就是把特定輸入通道映射到特定輸出通道上去。通道映射還控制聲音的搭配，引導(dǎo)合成器為每一種MIDI輸入設(shè)備指定輸出音色。,22,MIDI信息處理過(guò)程,MIDI端口,音序器,合成器,音序器,音序器,音序器,23,MIDI音樂(lè)合成,要使用MIDI信息回放出聲音，就必須把MIDI信息中所記錄指令轉(zhuǎn)換為可推動(dòng)喇叭發(fā)聲的模擬音頻信號(hào)。在MIDI信息處理過(guò)程中，把MIDI信息轉(zhuǎn)換為模擬音頻信號(hào)的步驟，稱為音樂(lè)合成。MIDI音樂(lè)合成可分為FM合成與波表合成兩種。,24,FM合成,FM合成音樂(lè)時(shí)，是把幾種樂(lè)音的波形用數(shù)字來(lái)表達(dá)，并且用計(jì)算機(jī)而不是用模擬電子器件把它們組合起來(lái)，通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換器來(lái)生成樂(lè)音。FM合成器利用這些數(shù)據(jù)產(chǎn)生的樂(lè)音是否真實(shí)，它的真實(shí)程度有多高，這就取決于可用的波形源的數(shù)目、算法和波形的類型。FM合成的MIDI音樂(lè)時(shí)，往往有不真實(shí)的感覺。,返回,25,波表合成,也稱采樣回放合成，它的原理是把一小段真實(shí)的樂(lè)器聲音或效果音響用數(shù)字采樣的方式“錄”下來(lái)，然后在播放MIDI時(shí)再對(duì)它進(jìn)行修飾、放大和輸出。由于波表合成采用的是真實(shí)的樂(lè)器聲音，所以比FM合成效果要真實(shí)的多。按波表的存儲(chǔ)和合成方法的不同，可以把波表合成技術(shù)分為，硬波表合成技術(shù)、軟波表合成技術(shù)和DLS合成技術(shù)。,返回,26,27,WAV格式,WAV格式由Microsoft公司開發(fā)的一種聲音文件格式，是如今電腦上最為常見的聲音文件，他符合RIFF（ResourceInterchangeFileFormat）文件規(guī)范，用于保存WINDOWS操作系統(tǒng)的音頻信息資源，被WINDOWS操作系統(tǒng)應(yīng)用程序廣泛支持?；赑CM編碼的WAV格式文件，其缺點(diǎn)就是數(shù)據(jù)壓縮率較低，文件體積較大。,28,MP3格式,MP3格式是世界上第一個(gè)高保真聲音數(shù)據(jù)壓縮國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，是MPEG-1標(biāo)準(zhǔn)的一部分，但它可以獨(dú)立應(yīng)用。MP3音頻文件在采用傳統(tǒng)的頻譜分析和編碼技術(shù)的基礎(chǔ)上還應(yīng)用了心理噪聲感知模型理論進(jìn)行數(shù)據(jù)壓縮。,29,MP4格式,AT&T（美國(guó)電話電報(bào)公司）公司對(duì)MPEG-2AAC技術(shù)進(jìn)行了一些改良，增加了最關(guān)鍵的音樂(lè)傳播認(rèn)證技術(shù)（這一技術(shù)又被稱為A2B技術(shù)），這樣就形成了MP4。MP4有其獨(dú)特的優(yōu)越性，其壓縮技術(shù)優(yōu)于MP3，音質(zhì)好于MP3；從維護(hù)版權(quán)的角度看，會(huì)得到出版界的歡迎。,30,RA/RM/RAM格式,RealAudio格式主要用于在低速率的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下實(shí)時(shí)傳輸音頻信息。RealAudio是以犧牲聲音質(zhì)量的方法，達(dá)到降低數(shù)據(jù)傳輸率