多媒体技术应用教程2

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2.1.1 人类听觉特性
3．响度和响度级 响度（Loudness） 人耳感受声音强弱的主观感觉 响度（Loudness）是人耳感受声音强弱的主观感觉 程度，这种感觉与音强、频率和波形都有关系， 程度，这种感觉与音强、频率和波形都有关系， 其度量单位为宋（Sone）， ），定义一个声压级为 其度量单位为宋（Sone），定义一个声压级为 40dB，频率为1kHz的纯音的响度为1Sone 1kHz的纯音的响度为1Sone。 40dB，频率为1kHz的纯音的响度为1Sone。 响度级（ Level） 响度级（Loudness Level）是指某响度与基准响度相 比的等级，其度量单位为方（Phon），定义1kHz ），定义 比的等级，其度量单位为方（Phon），定义1kHz 纯音的响度级为1Phon 1Phon。 纯音的响度级为1Phon。
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2.1.2 数字音频 音频信号是时间和幅度都连续变化的一维模拟信号 时间和幅度都连续变化的一维模拟信号， 音频信号是时间和幅度都连续变化的一维模拟信号， 要想在计算机中对它进行处理， 要想在计算机中对它进行处理，就要将它变成时 间和幅度都是离散的数字信号，所以数字音频是 间和幅度都是离散的数字信号，所以数字音频是 指音频信号经过离散化处理后再用一系列的数字 来表示的信号，其特点是保真度好，动态范围大。 来表示的信号，其特点是保真度好，动态范围大。 数字音频可分为波形声音 语音和音乐。 波形声音、 数字音频可分为波形声音、语音和音乐。波形声音 实际上包含了所有的声音形式， 实际上包含了所有的声音形式，因此数字音频有 时也泛称为声音。 时也泛称为声音。
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听阈图2-1 听阈-频率曲线
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2.1.1 人类听觉特性
2．音调 音调（Pitch）在物理学中是指声音的高低 声音的高低， 音调（Pitch）在物理学中是指声音的高低，实际上 就是指人耳对不同频率声音的一种主观感受。 就是指人耳对不同频率声音的一种主观感受。音 调主要由声音的频率决定， 调主要由声音的频率决定，同时也与声音强度有 频率高的声音，人感觉其音调也较高， 关。频率高的声音，人感觉其音调也较高，反之 人感知音调低的声音其频率也低。 ，人感知音调低的声音其频率也低。 对音调可以进行定量的判断，其度量单位为美（ 对音调可以进行定量的判断，其度量单位为美 Mel），定义一个声压级为40dB 频率为1kHz ），定义一个声压级为40dB， 1kHz的 Mel），定义一个声压级为40dB，频率为1kHz的 纯音的音调为1000Mel 1000Mel。 纯音的音调为1000Mel。
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2.1.2 数字音频
用计算机来处理音频信号必须将模拟音频信号转换 成有限个数字表示的离散序列，过程为： 成有限个数字表示的离散序列，过程为：选择采 样频率，即进行采样；选择分辨率， 样频率，即进行采样；选择分辨率，即进行量化 最后编码形成声音文件。 ；最后编码形成声音文件。声音的采样与量化如 图所示。 图所示。
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2.1.1 人类听觉特性
音频信号的感知过程与人耳的听觉系统密不可分。 音频信号的感知过程与人耳的听觉系统密不可分。 对于人类听力感知的研究， 人类听力感知的研究 对于人类听力感知的研究，其范围从人耳的生理 设计到大脑对听觉信息的解释。当前， 设计到大脑对听觉信息的解释。当前，大部分感 知音频的编码算法都是基于心理声学模型的。 知音频的编码限曲线
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2.1.1 人类听觉特性
5．临界频带 指一个纯音可以被以它为中心频率， 指一个纯音可以被以它为中心频率，并且具有一定 频带宽度的连续噪声所掩蔽， 频带宽度的连续噪声所掩蔽，在这一频带内噪声 功率等于该纯音的功率。 功率等于该纯音的功率。使该纯音处于刚能被听 到的临界状态，即称这一带宽为临界频带宽度。 到的临界状态，即称这一带宽为临界频带宽度。 临界频带的单位为巴克（Bark）。 临界频带的单位为巴克（Bark）。
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2.1.3 语音
语音是一种特殊的媒体，语音是人类所特有的，但 语音是一种特殊的媒体，语音是人类所特有的， 也是一种波形 一种波形， 也是一种波形，在计算机中表示方式与波形声音 的文件格式相同。 的文件格式相同。 语音处理的研究已经有一百多年的历史， 语音处理的研究已经有一百多年的历史，其研究范 围主要涉及：语音合成、语音编码、语音识别的 围主要涉及：语音合成、语音编码、语音识别的 基本算法和应用。 基本算法和应用。 计算机处理语音过程如图所示。 计算机处理语音过程如图所示。
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2.1.2 数字音频 1.采样 采样
采样（Sampling）指把模拟信号在时域上以固定的时间间隔 采样（Sampling）指把模拟信号在时域上以固定的时间间隔 对波形的值进行抽取，再用若干位二进制数表示。 对波形的值进行抽取，再用若干位二进制数表示。 对声音波形采样的频率直接影响声音的质量 采样频率越高， 采样的频率直接影响声音的质量， 对声音波形采样的频率直接影响声音的质量，采样频率越高， 声音保真度越好，但所要求的数据存储量也越大。 声音保真度越好，但所要求的数据存储量也越大。 根据采样定理， 采样频率大于信号最高频率的两倍时， 根据采样定理，当采样频率大于信号最高频率的两倍时，在 采样过程中就不会丢失信息，并且可以用采样后的信号重 采样过程中就不会丢失信息， 构原始信号，从而不失真地还原出原始的声音信号。 构原始信号，从而不失真地还原出原始的声音信号。 对于音频，最常用的采样频率有三种：44.1kHz、22.05 kHz 对于音频，最常用的采样频率有三种：44.1kHz、 kHz，其中44.1kHz采样频率是最常用的。 44.1kHz采样频率是最常用的 和11.025 kHz，其中44.1kHz采样频率是最常用的。 声道数是声音通道的个数，指一次采样的声音波形个数 声音波形个数。 声道数是声音通道的个数，指一次采样的声音波形个数。
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2.1.3 声音
声学是研究声音的学科，包括声波的产生、 声学是研究声音的学科，包括声波的产生、传播和 接收。物体振动在弹性体里的传播称为波 接收。物体振动在弹性体里的传播称为波，而在 空气中传播的波就称为声波，能被人的听觉器官 空气中传播的波就称为声波， 声波 所感觉到的声波叫声音 其频率一般在20Hz 声音， 20Hz～ 所感觉到的声波叫声音，其频率一般在20Hz～ 20kHz之间 之间。 20kHz之间。
8．感知熵 感知熵（ Entropy） 感知熵（Perceptual Entropy）指利用心理声学的掩 蔽现象和信号能量化原理来测量音频信号中感知 相关的信息。一般以位（bit）作为单位， 相关的信息。一般以位（bit）作为单位，实际上 表示了音频信号压缩的理论极限。 表示了音频信号压缩的理论极限。
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2.1.1 人类听觉特性
6．同时掩蔽
掩蔽效应是指当两个响度不等的声音作用于 人耳时， 人耳时，响度较高的频率成分的存在会影 响到对响度较低的频率成分的感知。 响到对响度较低的频率成分的感知。 当两个或更多的音频信号到达人内耳时，掩 当两个或更多的音频信号到达人内耳时， 蔽声与被掩蔽声同时作用发生掩蔽效应， 蔽声与被掩蔽声同时作用发生掩蔽效应， 就称同时掩蔽。 就称同时掩蔽。
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图2-2 人耳可听最小响度曲线
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2.1.1 人类听觉特性
4．绝对听觉门限 绝对听觉门限（ Hearing， 绝对听觉门限（Absolute Threshold of Hearing， ATH）指一个人在没有噪声的环境下， ATH）指一个人在没有噪声的环境下，能够产生 听觉，感知到一个纯音信号（某频率点） 听觉，感知到一个纯音信号（某频率点）的最小 能量幅度。 能量幅度。 绝对听觉门限用声压级表示，静音为0dB 0dB， 绝对听觉门限用声压级表示，静音为0dB，痛阈为 140dB。 140dB。
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2.1.2 数字音频 2.量化 量化
量化（Quantity） 量化（Quantity）的目的是将采样后的信号波形的 幅度值（样本）进行离散化处理， 幅度值（样本）进行离散化处理，样本从模拟量 转化成了数字量。 转化成了数字量。 量化位数越多， 量化位数越多，所得到的量化值越接近原始波形的 采样值。 采样值。 量化方式有三种：零记忆量化、分组量化和 量化方式有三种：零记忆量化、分组量化和序列量 化。
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2.1.3 声音
声音的三要素是音调、音色和音强。 声音的三要素是音调、音色和音强。 音调 音调是指声音的高低，音调与频率有关。 音调是指声音的高低，音调与频率有关。 音色是指具有特色的声音。 音色是指具有特色的声音。 音强是指声音的强度，也称为声音的响度， 音强是指声音的强度，也称为声音的响度，音强与 声波的振幅成正比 。
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第二章 音频处理技术
2.1 音频基本原理
2.1.1 人类听觉特性 2.1.2 数字音频 2.1.3 声音 2.1.4 语音
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近十年来，随着计算机技术的高速发展， 近十年来，随着计算机技术的高速发展，以及能同 时满足数字信号的高压缩率和数字信号的高保真 透明重放质量的压缩算法及标准得到大量开发与 使用，数字音频已经广泛应用于因特网、 使用，数字音频已经广泛应用于因特网、多媒体 及无线通信系统，CD品质的数字音频 品质的数字音频已经从根本 及无线通信系统，CD品质的数字音频已经从根本 上替代了模拟音频。因此， 上替代了模拟音频。因此，人们对音频信号数字 化处理提出了越来越高的要求， 化处理提出了越来越高的要求，相应软硬件实现 手段的效率也在不断提高。 手段的效率也在不断提高。
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2.1.1 人类听觉特性
1．听阈与听域 2．音调 3．响度和响度级 4．绝对听觉门限 5．临界频带 6．同时掩蔽 7．异时掩蔽 8．感知熵
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2.1.1 人类听觉特性
1．听阈与听域 听阈（ Threshold）就是指人能听到的最低 听阈（Auditory Threshold）就是指人能听到的最低 声压级（ Level，SPL）。 声压级（Sound Power Level，SPL）。 听域（ Area）是指人能感知的声音的范围 人能感知的声音的范围， 听域（Audible Area）是指人能感知的声音的范围， 正常人耳能够感知的频率范围大致是20Hz～ 正常人耳能够感知的频率范围大致是20Hz～ 20Hz 20kHz；正常人能感知声音的声压级范围是0 20kHz；正常人能感知声音的声压级范围是0～ 128dB。 128dB。