高中信息技術選修2：多媒體技術應用 3.2.3 音頻 全國公開課一等獎

3.2各種媒體信息在計算機中的表示音頻瓦房店市第四高級中學王曉妮學習目標了解音頻數(shù)字化過程掌握音頻的存儲空間計算掌握常見的音頻格式學習內容模擬音頻的數(shù)字化音頻存儲空間計算樂器數(shù)字接口MIDI常見音頻格式音頻信號的壓縮編碼一.模擬音頻的數(shù)字化1.模擬音頻

聲音是由物體振動產(chǎn)生并在空氣中傳播的一種連續(xù)的波。聲波通過話筒轉變?yōu)闀r間上連續(xù)的電壓波，電壓波與引起的電壓波的聲波的變化規(guī)律是一致的，因此可以利用電壓波來模擬聲音信號，這種電壓波被稱為——模擬音頻信號（如磁帶、錄像帶上的聲音信號）。播放時音響設備將電壓波傳至揚聲器，揚聲器的振動產(chǎn)生聲音，從而將模擬音頻電信號還原為聲音。模擬音頻示意圖請思考：試聽歌曲《大?！纺阌^察到變化的波形有什么特點？一.模擬音頻的數(shù)字化答：波型高的聲音也高（振幅），波型密的聲調也高（頻率）描述聲音的兩個參數(shù)：振幅和頻率，高低變化的是振幅，疏密變化的是頻率。①振幅表示聲音音量的大小：振幅越大，聲音就越響。

②頻率表示聲音音調的高低：頻率越高，聲音就越尖銳。

請思考：如何把波形進行數(shù)字化，或者說如何存儲波形？一.模擬音頻的數(shù)字化答：音頻可以用波形來表達，可以讀取波形上的點來描述。換言之，存儲了波形上的點，也就存儲了波形，即將音頻進行了數(shù)字化。2.數(shù)字音頻一.模擬音頻的數(shù)字化連續(xù)的模擬音頻信號在轉化為數(shù)字信號時變?yōu)殡x散的數(shù)字信號。由于計算機只能處理二進制數(shù)字信息，以二進制數(shù)字來記錄電壓的幅度（聲波），即轉換為數(shù)字音頻，才能被存儲和處理。

數(shù)字音頻示意圖模擬音頻示意圖一.模擬音頻的數(shù)字化3.模擬音頻數(shù)字化過程采樣量化編碼模擬音頻數(shù)字音頻一.模擬音頻的數(shù)字化信號采樣是把時間連續(xù)的模擬信號按采樣信號頻率進行抽樣，轉換成在時間上離散、幅度上連續(xù)的模擬信號。同一段聲音進行采樣時，間隔的時間越短，采樣的次數(shù)越多，采樣越密集，這樣獲得的音頻就越接近原始聲音的真實面貌。采樣的密集程度，可用每秒鐘采樣的次數(shù)——采樣頻率[單位：HZ（1次/秒）或kHZ(1000次/秒)]來表示。采樣信號采樣示意圖11.025kHz語音效果——11025次/秒22.05kHz音樂效果——22050次/秒44.1kHz高保真效果如CD唱盤——44100次/秒常用采樣頻率一.模擬音頻的數(shù)字化一.模擬音頻的數(shù)字化量化

量化過程首先是將信號幅度劃分為若干量化等級，然后將采樣后的模擬信號幅度與所劃分的各量化級進行比較，向下取最接近的量化等級的數(shù)值。信號量化示意圖

如果將量化等級以N表示，將量化位數(shù)（碼字字長）用n表示，則有即量化位數(shù)越大，數(shù)字信號質量越高。編碼一.模擬音頻的數(shù)字化

編碼是將量化后的采樣值用二進制的數(shù)碼來表示，并轉換成為“位”（bit)。編碼時采用的位數(shù)越多，則數(shù)據(jù)量越大。一.模擬音頻的數(shù)字化二.音頻存儲空間計算聲音文件計算公式：聲音存儲空間=采樣頻率*量化位數(shù)*聲道數(shù)*時間/8聲音存儲空間計算123451.若題中給得是kHZ一定給轉換成HZ2.若題中給得聲道是立體聲，聲道數(shù)也是乘以23.時間是秒，如果不是秒一定轉換成秒4.是否除以8看單位，單位是b不用除以，單位是B，需要。1B＝8b5.存儲空間：1TB＝1024GB；1GB＝1024MB；1MB＝1024KB；1KB＝1024B二.音頻存儲空間計算WAV聲音存儲空間計算例：采樣頻率為44.1Khz的量化位數(shù)是8位立體聲的聲音，1分鐘需要的存儲空間是多少KB？(列出表達式）

44.1*1000*8*2*1*60/8/1024=5167.97KB二.音頻存儲空間計算WAV聲音存儲空間計算例一首歌曲的采樣頻率為22.05kHZ，量化位數(shù)16，立體聲，時長3分鐘，現(xiàn)在有一張700MB的光盤，能裝這樣的歌曲多少首？________________________（列出表達式）

700*1024*1024/（22.05*1000*16*2*3*60/8）MIDI（MusicalInstrumentDigitalInterface）是樂器數(shù)字接口的縮寫，是數(shù)字音樂的一種國際標準。MIDI標準規(guī)定了電子樂器與計算機連接的電纜硬件以及電子樂器之間、樂器與計算機之間傳送數(shù)據(jù)的通信協(xié)議等規(guī)范。MIDI標準使不同廠家生產(chǎn)的電子合成樂器可以互相發(fā)送和接收音樂數(shù)據(jù)。樂器數(shù)字接口MIDI三.樂器數(shù)字接口MIDI樂器數(shù)字接口MIDI音頻信號的處理還可能通過分析與合成的方式來進行。音樂合成的方式是按一定的協(xié)議標準，采用音樂符號記錄方法來記錄和解釋樂譜，并合成相應的音樂信號，這就是MIDI方式。MIDI文件記錄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較小。MIDI音質取決于聲卡的合成器芯片生成聲音的方式。MIDI合成能力不強的聲卡，所合成的聲音會出現(xiàn)不逼真的情況，這時利用軟波表來進行彌補，可以使合成聲音的效果得到改善。（.midi文件）三.樂器數(shù)字接口MIDI四.常見的音頻格式

請聽《好日子》不同的三種音頻格式，你能聽出哪種音質好嗎？你能發(fā)現(xiàn)哪種音頻占用的存儲空間最小嗎？四.常見的音頻格式WAV特點數(shù)據(jù)量大音質好不適合網(wǎng)絡傳播四.常見的音頻格式MP3特點數(shù)據(jù)量較小壓縮率10：1或20：1音質較好是目前最為流行的音頻格式四.常見的音頻格式MIDI特點數(shù)據(jù)量小用符號來記錄和解釋樂譜適用于長時間播放高質量的音樂四.常見的音頻格式WMA特點數(shù)據(jù)量小音質好適用于網(wǎng)絡流式傳輸五.音頻信號的壓縮編碼必要性——音頻從模擬信號轉換成數(shù)字信號后，數(shù)據(jù)量大，不利于存儲和傳輸，所以必須要對其壓縮可行性——聲音信號存在數(shù)據(jù)冗余；再者人的聽覺特性降低編碼率，人的聽覺具有一個強音抑制一個弱音的現(xiàn)象，這樣就可以抑制量化噪聲；另外人耳對低頻端較敏感，對高頻端不敏感。五.音頻信號的壓縮編碼

在數(shù)據(jù)通信中已有許多成熟的壓縮編碼技術和算法，較常用的有脈沖編碼調制（PCM）、差分脈沖編碼調制（DPCM）、自適應差分脈沖編碼調制（ADPCM）等。五.音頻信號的壓縮編碼MPEG-1MPEG-2MPEG-3MPEG-4壓縮標準本節(jié)課我