實驗一 聲音信號的獲取與處理

1、實驗一 聲音信號的獲取與處理11.1 實驗?zāi)康暮鸵?1.2 預(yù)備知識11.3 實驗內(nèi)容與步驟21.4 思考題9實驗一 聲音信號的獲取與處理 聲音媒體是較早引入計算機(jī)系統(tǒng)的多媒體信息之一，從早期的利用PC機(jī)內(nèi)置喇叭發(fā)聲，發(fā)展到利用聲卡在網(wǎng)上實現(xiàn)可視電話，聲音一直是多媒體計算機(jī)中重要的媒體信息。在軟件或多媒體作品中使用數(shù)字化聲音是多媒體應(yīng)用最基本、最常用的手段。通常所講的數(shù)字化聲音是數(shù)字化語音、聲響和音樂的總稱。在多媒體作品中可以通過聲音直接表達(dá)信息、制造某種效果和氣氛、演奏音樂等。逼真的數(shù)字聲音和悅耳的音樂，拉近了計算機(jī)與人的距離，使計算機(jī)不僅能播放聲音，而且能“聽懂”人的聲音是實現(xiàn)人機(jī)自然交

2、流的重要方面之一。 采集(錄音)、編輯、播放聲音文件是聲卡的基本功能,利用聲卡及控制軟件可實現(xiàn)對多種音源的采集工作。在本實驗中，我們將利用聲卡及幾種聲音處理軟件，實現(xiàn)對聲音信號的采集、編輯和處理。實驗所需軟件：Windows 錄音機(jī) （Windows內(nèi)含）Creative WaveStudio (Creative Sound Blaster系列聲卡自帶)Cool Edit進(jìn)行實驗的基本配置：l Intel Pentium 120 CPU或同級100%的兼容處理器l 大于16MB的內(nèi)存l 8位以上的DirectX兼容聲卡1.1 實驗?zāi)康暮鸵蟊緦嶒炌ㄟ^麥克風(fēng)錄制一段語音信號作為解說詞并保存，通過

3、線性輸入錄制一段音樂信號作為背景音樂并保存。為錄制的解說詞配背景音樂并作相應(yīng)處理，制作出一段完整的帶背景音樂的解說詞。1.2 預(yù)備知識1數(shù)字音頻和模擬音頻 模擬音頻和數(shù)字音頻在聲音的錄制和播放方面有很大不同。模擬聲音的錄制是將代表聲音波形的電信號轉(zhuǎn)換到適當(dāng)?shù)拿襟w上，如磁帶或唱片。播放時將紀(jì)錄在媒體上的信號還原為波形。模擬音頻技術(shù)應(yīng)用廣泛，使用方便。但模擬的聲音信號在多次重復(fù)轉(zhuǎn)錄后，會使模擬信號衰弱，造成失真。 數(shù)字音頻就是將模擬的(連續(xù)的)聲音波形數(shù)字化(離散化)，以便利用數(shù)字計算機(jī)進(jìn)行處理，主要包括采樣和量化兩個方面。2數(shù)字音頻的質(zhì)量數(shù)字音頻的質(zhì)量取決于采樣頻率和量化位數(shù)這兩個重要參數(shù)。采樣

4、頻率是對聲音波形每秒鐘進(jìn)行采樣的次數(shù)。人耳聽覺的頻率上限在2OkHz左右，根據(jù)采樣理論，為了保證聲音不失真，采樣頻率應(yīng)在4OkHz左右。經(jīng)常使用的采樣頻率有11.025kHz、22.05kHz和44.lkHz等。采樣頻率越高，聲音失真越小、音頻數(shù)據(jù)量越大。量化數(shù)據(jù)位數(shù)(也稱量化級)是每個采樣點能夠表示的數(shù)據(jù)范圍，經(jīng)常采用的有8位、12位和16位。例如，8位量化級表示每個采樣點可以表示256個(0-255)不同量化值，而16位量化級則可表示65536個不同量化值。量化位數(shù)越高音質(zhì)越好，數(shù)據(jù)量也越大。反映數(shù)字音頻質(zhì)量的另一個因素是通道(或聲道)個數(shù)。單聲道是比較原始的聲音復(fù)制形式, 每次只能生成一

5、個聲波數(shù)據(jù)。立體聲(雙聲道)技術(shù)是每次生成二個聲波數(shù)據(jù)，并在錄制過程中分別分配到兩個獨立的聲道出輸出，從而達(dá)到了很好的聲音定位效果。四聲道環(huán)繞（4.1聲道）是為了適應(yīng)三維音效技術(shù)而產(chǎn)生的，四聲道環(huán)繞規(guī)定了4個發(fā)音點：前左、前右，后左、后右，并建議增加一個低音音箱，以加強(qiáng)對低頻信號的回放處理。Dolby AC-3音效（5.1聲道）是由5個全頻聲道和一個超重低音聲道組成的環(huán)繞立體聲。 在多媒體音頻技術(shù)中，存儲聲音信息的文件有多種格式，如Wav、Midi、Mp3、Rm、VQF等等。 1）Wav格式 Wav格式的文件又稱波形文件，是用不同的采樣率對聲音的模擬波形進(jìn)行采樣得到的一系列離散的采樣點，以不同

6、的量化位數(shù)（16位、32位或64位）把這些采樣點的值轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)得到的。Wav是數(shù)字音頻技術(shù)中最常用的格式，它還原的音質(zhì)較好，但所需存儲空間較大。 2）Midi格式 Midi是Musical Instrument Digital Interface（樂器數(shù)字接口）的縮寫。它是由世界上主要電子樂器制造廠商建立起來的一個通信標(biāo)準(zhǔn)，并于 1988年正式提交給MIDI制造商協(xié)會，便成為數(shù)字音樂的一個國際標(biāo)準(zhǔn)。MIDI標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了電子樂器與計算機(jī)連接的電纜硬件以及電子樂器之間、樂器與計算機(jī)之間傳送數(shù)據(jù)的通信協(xié)議等規(guī)范。 MIDI標(biāo)準(zhǔn)使不同廠家生產(chǎn)的電子合成樂器可以互相發(fā)送和接收音樂數(shù)據(jù)。Midi文件紀(jì)錄

7、的是一系列指令而不是數(shù)字化后的波形數(shù)據(jù)，所以它占用存儲空間比Wav文件要小很多。 3）MP3格式 MP3是對MPEG Layer 3的簡稱，是目前最熱門的音樂文件。其技術(shù)采用MPEG Layer 3標(biāo)準(zhǔn)對WAVE音頻文件進(jìn)行壓縮而成，特點是能以較小的比特率、較大的壓縮率達(dá)到近乎CD音質(zhì)。其壓縮率可達(dá)1:12，每分鐘CD音樂大約需要1兆的磁盤空間。 4）Rm格式 Rm是RealMedia文件的簡稱。 Real Networks公司所制定的音頻視頻壓縮規(guī)范稱為RealMedia，是目前在Internet上相當(dāng)流行的跨平臺的客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu)多媒體應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，它采用音頻/視頻流和同步回放技術(shù)來實現(xiàn)在In

8、tranet上全帶寬地提供最優(yōu)質(zhì)的多媒體，同時也能夠在Internet上以28.8Kbps的傳輸速率提供立體聲和連續(xù)視頻。1.3 實驗內(nèi)容與步驟一實驗內(nèi)容：1 硬件與軟件的準(zhǔn)備 目前，多媒體計算機(jī)中的音頻處理工作主要借助聲卡，從對聲音信息的采集、編輯加工，直到聲音媒體文件的回放這一整個過程都離不開聲卡。聲卡在計算機(jī)系統(tǒng)中的主要作用是聲音文件的處理、音調(diào)的控制、語音處理和提供MIDI接口功能等。 進(jìn)行錄制音頻信號所需的硬件除了聲卡，還有麥克風(fēng)、音箱以及外界的音源信號設(shè)備（如CD唱機(jī)、錄音機(jī)等），把麥克風(fēng)、音箱、外界音源信號設(shè)備與聲卡正確連接完成硬件準(zhǔn)備工作。在Windows的【控制面板】/【多媒

9、體】中選擇正確的錄音和回放設(shè)備，并對其進(jìn)行調(diào)試。2 用Windows錄音機(jī)錄制解說詞 使用Windows錄音機(jī)錄制任意一段語音信號作為解說詞，錄制完畢后把文件存為Wav格式，文件名為【示例1_1】。3 使用Cool Edit錄制背景音樂 使用Cool Edit錄制任意一段語音信號作為背景音樂，要求錄制的聲音文件采樣頻率為44100Hz,立體聲，量化位數(shù)為16位，保存文件的為Wav格式，文件名【示例1_2】。4 使用WaveStuido編輯和處理背景音樂使用WaveStuido對【示例1_2】先進(jìn)行回聲處理，【幅度】值為100%，【回聲延遲】為300毫秒。然后進(jìn)行【淡入】和【淡出】處理，【幅度】

10、值各為50%。5 使用Cool Edit進(jìn)行混音處理 使用Cool Edit的【Mix paste】功能對【示例1_1】和【示例1_2】進(jìn)行混音處理。把【示例1_2】加入【示例1_1】中去，編輯成為一個完整的帶背景音樂的解說詞，保存為【示例1_3】二示例1硬件與軟件的準(zhǔn)備要錄取聲音文件需要的硬件主要有:聲卡、麥克風(fēng),為了回放所錄取的聲音還需要配備音箱，如圖1.1所示。圖1.1 麥克風(fēng)、聲卡、CD音源、音箱聲卡后有幾個接口,標(biāo)有Midi/Game的梯形接口是接Midi鍵盤和游戲手柄的,標(biāo)有Audio Out的圓口是接音箱的,標(biāo)有Mic的圓口是接麥克風(fēng)的,標(biāo)有Line In的圓口是外接音頻輸入設(shè)備

11、的。聲卡、音箱和麥克風(fēng)的連接，如圖1.2所示。圖1.2 電腦連線圖在完成了硬件設(shè)備的連接后為了使聲卡能正常工作還要進(jìn)行軟件的調(diào)試。 進(jìn)入Windows，選擇【開始】/【設(shè)置】/【控制面板】，選【多媒體】。在【多媒體 屬性】對話框中選擇的【音頻】，在【回放】和【錄音】的首選設(shè)備中選擇聲卡所對應(yīng)的輸入和輸出選項，如圖1.3所示。圖1.3 【多媒體 屬性】的對話框 為確保麥克風(fēng)和線性輸入能正常使用，雙擊位于桌面右下任務(wù)欄的喇叭，打開【音量控制】對話框，確認(rèn)話筒和線性輸入的【靜音】前沒有打“”，如圖1.4所示。圖1.4 【音量控制】的對話框2用Windows錄音機(jī)錄制解說詞步驟1：首先準(zhǔn)備一份所需錄制

12、的材料作為解說詞。 步驟2：執(zhí)行【開始】/【程序】/【附件】/【娛樂】/【錄音機(jī)】。打開【錄音機(jī)】， 單擊【錄音】按鈕開始錄音。Windows錄音機(jī)錄制音頻文件時一次能錄制的時間為60秒，當(dāng)錄制時間大于60秒后，按【錄音】繼續(xù)錄制。當(dāng)朗讀文章結(jié)束后,單擊【停止】結(jié)束錄音，如圖1.5所示。圖1.5 windows錄音機(jī)步驟3：執(zhí)行菜單【文件】/【另存為】命令，在出現(xiàn)的【另存為】對話框中的【格式】項，選【更改】。在【選擇聲音】對話框中修改【屬性】項為【22.05Hz 16位 86KB/s】,單擊【確定】返回【另存為】對話框，選好保存的路徑，文件名存為【示例1_1】，保存類型選Wav，如圖1.6所示

13、。 圖1.6 windows 錄音機(jī)的保存及屬性修改這樣一個完整語音音頻文件便保存好了。3使用Cool Edit錄制背景音樂 背景音樂可由錄音機(jī)、CD唱機(jī)等輸出的模擬音頻獲取。首先保證外界音源設(shè)備與聲卡的Line In接口正確相連。步驟1：選擇【開始】/【程序】/【Cool Edit】/【Cool Edit】，打開Cool Edit， 如圖1.7所示。圖1.7 Cool Edit主界面步驟2：單擊工具欄的【Record】按鈕，如圖1.8所示。圖1.8 Cool Edit的工具欄 出現(xiàn)【New Waveform】對話框，分別選擇【Sample Rate】為44100，【Channels】為【St

14、ereo】，【Resolution】為【16-bits】，單擊【OK】按鈕開始錄音，如圖1.9所示。 圖1.9 【New Waveform】對話框 步驟3：錄音結(jié)束，單擊工具欄的【Stop】按鈕完成錄音，如圖1.8所示。步驟4：執(zhí)行【File】/【Save As】，打開保存對話框，如圖1.10所示。選擇好路徑，文件名存為【示例1_2】，保存類型選【W(wǎng)indows PCM（*.Wav）】，單擊【保存】完成對音樂文件的錄制。圖1.10 保存【Music.wav】音樂文件4使用WaveStudio編輯和處理背景音樂 步驟1：打開【示例1_2】文件，執(zhí)行【特殊】/【回聲】，設(shè)置【加入回聲】對話框。在【

15、幅度】中添入100%，在【回聲延遲】中添入300毫秒，在【將回聲加入】中選【兩個通道】。單擊【確定】進(jìn)行處理，如圖1.11所示。圖1.11 【加入回聲】對話框步驟2：拖動鼠標(biāo)選取聲音波形開頭的一部分，執(zhí)行【特殊】/【淡入】,設(shè)置【淡入】對話框。在【幅度】中添入50%，【淡入】為【兩個通道】，單擊【確定】進(jìn)行處理，如圖1.12所示。圖1.12 【淡入】對話框步驟3：拖動鼠標(biāo)選取聲音波形結(jié)尾的一部分，執(zhí)行【特殊】/【淡出】,設(shè)置【淡出】對話框。在【幅度】中添入50%，【淡出】為【兩個通道】，單擊【確定】進(jìn)行處理，如圖1.13所示。圖1.13 【淡出】對話框步驟4：保存文件，完成編輯。5使用Cool

16、 Edit進(jìn)行混音處理步驟1：打開【示例1_1】，執(zhí)行【Edit】/【Mix paste】命令，打開【Mix paste】對話框如圖1.14所示。 圖1.14 【Mix paste】對話框1)。在Volume框中，【Volume L,R】代表左右聲道音量，若為單聲道文件，則只有一個聲道音量調(diào)節(jié)，若選中【Invert】，則文件在被粘貼前聲音數(shù)據(jù)將會顛倒。當(dāng)【Lock left/Right】被選中時，左右聲道調(diào)節(jié)鈕將被鎖定，調(diào)節(jié)時將一齊變化。2）。在合成方式框中，選定【Insert】，則被粘貼的文件插入當(dāng)前文件之中。選定【Overlap】時，則被粘貼的文件不會取代當(dāng)前文件中的選定部分，而是以選定的

17、部分與當(dāng)前文件疊加。若被粘貼的文件比當(dāng)前文件的選定部分長，則超出范圍的部分將繼續(xù)被粘貼。選定【Replace】，則被粘貼的聲音文件將覆蓋源文件。選定【Modulate】,則被粘貼的聲音文件與當(dāng)前文件一起調(diào)制，即將每采樣點的幅值相乘混合后輸出。激活【Crossfade】，輸入時間(ms),則在粘貼前后粘貼的文件有一定的淡入淡出。3）。在選擇被粘貼的文件來源框中，選中【From Clipboard】表示被粘貼的文件來源于剪貼板?！綟rom windows Clipboard】表示被粘貼的文件來源于Windows剪貼板。【From File】表示被粘貼的文件來源于新文件，單擊【Select File】按鈕可選擇文件。4）?！綥ooppast】指粘貼文件的次數(shù)。在本實驗中設(shè)置【Volume L,R】為90，選中【Overlap】，設(shè)置【Crossfade】值為50，選中【From File】，單擊【Selec