4.1.2声音信号数字化（课件）-《多媒体技术应用》同步教学（高教版）

声音同文字一样是办公活动中最重要的信息形式,是人类进行信息交流的重要媒介之一。 随着声音处理技术的发展，计算机语音处理能力有了可喜的进展。现实所有声音已经完全立体多声道出现在计算机中；语音输入技术也在逐步的代替键盘输入文字信息；声音文件也可以方便快捷的进行编辑、修改、显示等处理；甚至完全靠计算机也能直接产生真实的音乐声…… This chapter 声音处理技术 1 contents 声音处理技术 声音信号数字化 本节内容 1.声音媒体的数字化原理和方法 2.音频的数字化 1)采样 2)量化 3)编码 声波是随时间而连续变化的物理量，通过能量转换装置，可用随声波变化而改变的电压或电流信号来模拟，利用模拟电压的幅度可以表示声音的强弱。 1.声音媒体的数字化原理和方法 这些模拟量难以保存和处理，而且计算机无法处理这些模拟量。因此，为了使计算机能处理音频，必须先把模拟声音信号经过模／数（A／D）转换电路，转换成数字信号，然后由计算机进行处理；处理后的数据再由数／模（D／A）转换电路，还原成模拟信号，再放大输出到扬声器或其他设备，这就是音频数字化的处理过程。 音频数字化技术是整个数字音频领域中最基本和最主要的技术。在计算机中这一工作过程是由声卡及相关软件完成的。A/D转换电路对输入的音频模拟信号以固定的时间间隔进行采样，并将采样信号送给量化编码器，变成数值，并以一定方式将所获得的数值保存下来。 数字化后的声音叫做“数字音频信号”。它除了包含有自然界中所有的声音之外，还具有经过计算机处理的独特的音色和音质。数字音频的优点在于保真度好，动态范围大，便于计算机处理。 数字化音频技术就是把表示声音强弱的模拟信号（电压）用数字来表示。通过采样量化等操作，把模拟量表示的音频信号转换成许多二进制“1”和“0”组成的数字音频文件，从而实现数字化，为计算机处理奠定基础。 2.音频的数字化 数字音频技术中实现A/D（模/数）转换的关键是将时间上连续变化的模拟信号转变成时间上离散的数字信号，这个过程主要包括采样（Sampling）、量化（Quantization）和编码（Encoding）三个步骤，如图所示。 声音/音频模拟信息 采样 量化 编码 声音/音频数字信息 音频模拟信号数字化处理流程 1）采样 每隔一定时间间隔不停地间断性地在模拟音频的波形上采取一个幅度值，这一过程称为采样。而每个采样所获得的数据与该时间点的声波信号相对应，称为采样样本。将一连串样本连接起来，就可以描述一段声波了，如图4.3所示。 声波波形的采样 经过采样得到的样本是模拟音频的离散点，还是用模拟数值表示的。为了把采样得到的离散序列信号存入计算机，必须将其转换为二进制数字表示，我们称这一过程为量化编码。 2）量化 量化的过程是，先将整个幅度划分成为有限个小幅度（量化阶距）的集合，把落入某个阶距内的采样值归为一类，并赋予相同的量化值。表3.1给出了模拟电压量的量化编码实例。 模拟电压量的量化编码 量化的方法大致有两类： （1）均匀量化 均匀量化采用相等的量化间隔来度量采样得到的幅度。这种方法对于输入信号不论大。 小一律采用相同的量化间隔，其优点在于获得的音频品质较高，而其缺点在于音频文件容量较大。 （2）非均匀量化 非均匀量化对输入的信号采用不同的量化间隔进行量化的。对于小信号采用小的量化间隔，对于大信号采用大的量化间隔。虽然非均匀量化后文件容量相对较小，但对于大信号的量化误差较大。 3）编码 编码，即编辑数据，就是考虑如何把量化后的数据用计算机二进制的数据格式表示出来。 实际上就是设计如何保存和传输音频数据的方法，例如，我们接触到的MP3、WAV等音频文件格式，就是采用不同的编码方法得到的数字音频文件。 $$