高中信息技術(shù)選修2：多媒體技術(shù)應(yīng)用 3.1.2 聲音的數(shù)字化表示（省一等獎(jiǎng)）

聲音的數(shù)字化表示啟東市匯龍中學(xué)高海威【學(xué)習(xí)目標(biāo)】了解計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)是怎樣存儲(chǔ)、處理和傳遞聲音的。了解在多媒體技術(shù)中，聲音的數(shù)字化表示過(guò)程。導(dǎo)入聲音是人類社會(huì)最古老的信息媒體，也是人類生活中最常用的信息媒體。隨著人類社會(huì)的發(fā)展，技術(shù)的進(jìn)步，人們一直致力于將各種媒體與聲音結(jié)合。二十世紀(jì)后期，隨著計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的興起，科學(xué)家們不懈地努力，試圖利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的計(jì)算處理能力處理聲音。直到第一塊聲卡問世，人類利用計(jì)算機(jī)處理聲音，以及將聲音和其它媒體組合的技術(shù)出現(xiàn)了質(zhì)的飛躍。請(qǐng)同學(xué)演唱一首歌,

體驗(yàn)自己的歌聲與計(jì)算機(jī)結(jié)合的魅力同學(xué)美妙的歌聲是如何開始它的神奇之旅，進(jìn)入神秘的計(jì)算機(jī)內(nèi)部？那么計(jì)算機(jī)是如何處理聲音的呢？閱讀課本P45-48頁(yè)問題：1、計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)是怎樣存儲(chǔ)、處理和傳遞聲音的？2、聲音信號(hào)主要有哪幾種？3、聲音的數(shù)字化主要過(guò)程？1、模擬音頻信號(hào)聲波是隨時(shí)間而連續(xù)變化的物理量，在電路中可以利用電壓波來(lái)模擬聲音信號(hào)，這種電壓波被稱為模擬音頻信號(hào)。2、數(shù)字音頻信號(hào)用二進(jìn)制數(shù)字序列處理、存儲(chǔ)和傳遞的聲音信號(hào)。【例題】下列選項(xiàng)中，不屬于數(shù)字化音頻信息()。

A、錄音筆錄制的聲音

B、使用磁帶錄音機(jī)錄制的對(duì)話

C、手機(jī)中存儲(chǔ)的音樂D、CD光盤存儲(chǔ)的音樂√？3、聲音的數(shù)字化：模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換（A/D）將時(shí)間上連續(xù)的模擬音頻信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)楸硎韭曇舻亩M(jìn)制數(shù)據(jù)序列，計(jì)算機(jī)才能進(jìn)行識(shí)別和處理，這種轉(zhuǎn)換叫做模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換（A/D）。借助于A/D或D/A轉(zhuǎn)換器，模擬音頻信號(hào)和數(shù)字音頻信號(hào)可以互相轉(zhuǎn)換。模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換（A/D）主要工作過(guò)程：采樣：每隔一段時(shí)間在模擬音頻波形上取一個(gè)幅度值。

產(chǎn)生一組離散的數(shù)值序列單位時(shí)間采樣次數(shù)稱為采樣頻率，單位Hz。模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換（A/D）主要工作過(guò)程：量化：將各個(gè)采樣結(jié)果提升或降低到級(jí)數(shù)值。

形成一組二進(jìn)制數(shù)字序列級(jí)數(shù)值例：對(duì)如圖原始模擬波形（紅色曲線）進(jìn)行采樣和量化。

假設(shè)采樣頻率為1000Hz，被劃分成0

9共10個(gè)量化等級(jí)，得到如圖所示采樣結(jié)果。思考：聲音的數(shù)字化過(guò)程中，聲音信號(hào)會(huì)不會(huì)失真？用什么方法可以提高數(shù)字音頻質(zhì)量，減小失真？采樣率4000Hz量化級(jí)40采樣率和量化等級(jí)提高一倍，信號(hào)的失真明顯減少，信號(hào)質(zhì)量得到了提高。

采樣率2000Hz量化級(jí)204、影響數(shù)字音頻質(zhì)量的技術(shù)參數(shù)

采樣頻率量化位數(shù)①采樣頻率

采樣頻率常用三種：11.025KHz(語(yǔ)音效果)、22.05KHz(音樂效果)、44.1KHz(高保真效果)

CD立體聲音樂的采樣頻率為44.1KHz。②量化位數(shù)

數(shù)字信號(hào)幅值被劃分為2N個(gè)級(jí)數(shù)，N稱為量化位數(shù)，是描述每個(gè)采樣點(diǎn)值的二進(jìn)制位數(shù)。常用的量化位數(shù)為8位、16位。③聲道數(shù)

記錄聲音時(shí)，生成一個(gè)聲波數(shù)據(jù)，稱為單聲道；生成兩個(gè)聲波數(shù)據(jù)，稱為雙聲道（立體聲）。聲道數(shù)增加，所占用的存儲(chǔ)容量也成倍增加。聲道數(shù)。5、數(shù)字音頻文件的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度數(shù)字音頻文件的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度計(jì)算公式：(未經(jīng)壓縮、單位：字節(jié))數(shù)據(jù)長(zhǎng)度=采樣頻率×量化位數(shù)/8×聲道數(shù)×?xí)r間

例：CD音質(zhì)采樣頻率為44.1KHz、量化位數(shù)為16位，則一首4分鐘的CD雙聲道立體聲節(jié)目，其數(shù)字音頻的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度是多少？

44100×16／8×2×240=42,336,000(字節(jié))5、數(shù)字音頻文件的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度數(shù)字音頻文件的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度計(jì)算公式：(未經(jīng)壓縮、單位：字節(jié))數(shù)據(jù)長(zhǎng)度=采樣頻率×量化位數(shù)/8×聲道數(shù)×?xí)r間

【練習(xí)】更高品質(zhì)的數(shù)字錄音帶，采樣頻率為48KHz、量化位數(shù)為16位，這樣一首3分鐘的雙聲道立體聲音樂的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度是多少M(fèi)B？（結(jié)果保留一位小數(shù)）

48000×16／8×2×180/1024/1024=33.0MB6、編碼將數(shù)字音頻序列按照一定的格式記錄下來(lái)，這就是數(shù)字音頻的編碼技術(shù)。采用編碼技術(shù)，可以在盡可能保持原始音頻特性的同時(shí)，壓縮音頻，減少數(shù)據(jù)量。

數(shù)字音頻常用編碼有波形編碼、參數(shù)編碼和混合編碼。編碼方法很多，由此產(chǎn)生了許多不同格式的音頻文件，常見的數(shù)字音頻文件格式有cd、wav、mp3、wma、midi等?！揪毩?xí)】下列文件中，不屬于音頻文件的是()A、BMPB、WAVC、MP3D、WMA√【練習(xí)】在聲音的數(shù)字化過(guò)程中，哪種順序是正確的？A、采樣、量化、編碼、存儲(chǔ)B、采樣、編碼、量化、存儲(chǔ)C、采樣、量化、存儲(chǔ)、編碼D、量化、采樣、編碼、存儲(chǔ)√【練習(xí)】使用下列哪一項(xiàng)參數(shù)，聲音數(shù)字化所獲取的質(zhì)量最好？A、單聲道、8位量化、8000Hz采樣頻率B、雙聲道、16位量化、8000Hz采樣頻率C、單聲道、8位量化、22.05kHz采樣頻率D、雙聲道、16位量化、22.05kHz采樣頻率√1、聲音的數(shù)字化主要工作過(guò)程：采樣和量化模擬音頻信號(hào)采樣量化數(shù)字音頻信號(hào)100011000111110…【本課主要知識(shí)】2、影響數(shù)字音頻質(zhì)量的技術(shù)參數(shù)：

采樣頻率、量化位數(shù)和聲道數(shù)3、數(shù)字音頻文件的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度計(jì)算公式：(未經(jīng)壓縮、單位：字節(jié))數(shù)據(jù)長(zhǎng)度=采樣頻率×量化位數(shù)/8×聲道數(shù)×?xí)r間

【本課主要知識(shí)】【反饋練習(xí)】1、如果要把我們聽到的聲音存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)中，需要把聲音的波形信號(hào)轉(zhuǎn)換成()。A、模擬信號(hào)

B、數(shù)字信號(hào)

C、磁性信號(hào)

D、電子信號(hào)√【反饋練習(xí)】2、下列音頻格式中不屬于數(shù)字化音頻的是（

）A．WAV音頻

B．錄音磁帶

C．Mp3D．MIDI√【反饋練習(xí)】3、下列聲音中屬于數(shù)字音頻信息的是（）A、教室里學(xué)生聽到教師講解知識(shí)的聲音B、錄音磁帶上的英文對(duì)話C、鋼琴演奏的樂曲D、智能手機(jī)上的鈴聲√【反饋練習(xí)】4、以下方法中，無(wú)法獲得數(shù)字音頻的是()。A、用軟件從CD光盤中抓取音頻

B、用Windows中的“錄音機(jī)”軟件錄制C、用磁帶錄音機(jī)錄音

D、用MIDI作曲軟件制作MIDI音樂√【反饋練習(xí)】5、計(jì)算機(jī)對(duì)聲音數(shù)字化時(shí)一般用三個(gè)參數(shù)來(lái)衡量，以下選項(xiàng)中，不屬于這三個(gè)參數(shù)的是()。A、采樣頻率B、量化位數(shù)C、壓縮率D、聲道數(shù)√【反饋練習(xí)】6、張良同學(xué)從CD盤中提取出一個(gè)WAV格式的音樂文件，由于文件容量太大，不易存儲(chǔ)。在保證正常播放音樂的前提下，他打算把文件容量變小，最好的辦法是()。

A、使用WinRAR等壓縮軟件，把音樂打包壓縮

B、使用音頻工具軟件將文件轉(zhuǎn)換成MP3格式C、使用音樂編輯軟件把音樂文件裁剪成數(shù)段

D、使用音頻編輯工具將音樂文件進(jìn)行刪減√【反饋練習(xí)】7、當(dāng)我們需要錄制高品質(zhì)的音樂時(shí)，應(yīng)該選擇的采集參數(shù)是()。

A、采樣頻率22.05kHz，量化位數(shù)16位，單聲道

B、采樣頻率44.1kHz，量化位數(shù)16位，雙聲道C、采樣頻率8000Hz，量化位數(shù)8位，雙聲道