04-课件：声音信息数字化

项目二、探究计算机中的数据表示— 认识数据编码
自然界的人、鸟鸣声被录音设备录制下来并存入计 算机中，经历了怎样的转换过程？
了解声音和图像的数字化
声音的数字化 现实世界的声音是一种连续的波，称为声波。 声音有两个参数：幅度和频率。 要用计算机处理声音数据，必须把连续变化的波形信转换成为离散的数字信号， 将幅度和频率以0和1编码的形式表示出来，这一过程称为声音数字化。
声音数字化的量化过程
了解声音和图像的数字化
声音的数字化 2. 量化
首先将幅度值范围划分为2个级数，每个级数对应一个幅度值，
然后将采样得到的各个幅度值按一定的规则近似到某个级数值，并用二进 制数表示，从而形成一组二进制数序列。
这里的n称为量化位数。量化位数越大，划分的级数越多，采样结果近似到 某个级数值时产生的误差就越小。
位图（无损压缩，图片大）
3.编码：
图像的编码就是按照一定的格式将位图上各个像素点的量化数据记录 下来的过程。编码时一般采用数据压缩技术进行压缩和还原处理，不同的 编码方法形成了不同格式的图像文件，如BMP格式、JPEG格式等。
C 下列选项中,不属于图像格式的是(
)。
A.JPG
位图照片图片
B.PNG
截图
C.WMV
视频
D.BMP
模拟 声音信号
采样
量化
编码
数字 声音信号
声音数字化的过程
了解声音的数字化
1、采样（sampling） 即每隔一段时间在模拟声音信号的波形上采集一个幅度值。
一段鸟鸣声的模拟声音信号 等距离的选取若干个离散的点 采样得到的幅度值被记录下来 声音数字化的采样过程
了解声音的数字化
2、量化 采样之后，要用二进制数将采样得到的幅度值表示出来，这就是量 化（quantization）。

则可由 x(nT) 完全确定 x(t)。 当 fN = 1/(2T) 时，称 fN 为奈奎斯特频率
常用音频采样率：8kHz、11.025kHz、16kHz、22.05kHz、44.1kHz 及 48kHz
2.2.2 数字音频获取
● 量化
量化概念
通过采样得到的表示声音强弱的函数 x(nT) 是连续的，为把 x(nT) 存入计 算机，就必须将采样值离散化，即量化成一个有限个幅度值的集合 x(nT)
多媒体技术及其应用
第二章 音频信息的获取与处理
● 主要知识点
2.1声音概述 2.2数字化音频 2.3音乐合成与 MIDI 2.4音频卡 2.5数字音频压缩标准
2.1.1 声音定义 ● 声音概念 ● 声音特性
2.1.2 声音基本特点 ● 声音传播 ● 声音频率 ● 声音传播方向 ● 声音三要素 ● 声音连续、相关及
实时性 声音具有实时性。对处理声音的计算机硬件和软件提出很高要求
2.2 数字化音频
转换
模拟信号
数字信号
音频数字化需要考虑的问题
采样、量化、编码
模 拟 信 号 的 数 字 化 过 程
100101100011101
音频信号处理过程流程
音
频采
开信 样
始
号 频
频 率
率
采 样
量 化
保 存 为 声 音 文 件
周期
用声音录制软件记录的英文单词“Hello”的语音 实际波形
2.1.2 声音特点
● 声音的传播方式
声音是依靠介质 ( 比如：空气、液体、固体 ) 的振动进行传播的 声源是一个振荡源，它使周围介质产生振动，并以波的形式传播 人耳感觉到这种传播过来的振动，反映到大脑，就意味听到声音 声音在不同的介质中传播，其传播速度和衰减速率都是不一样的

03 声音数字化
声音的数字化
• 声音数字化的定义
• 声音数字化是指使用声音采集设备(声卡、录音机等)将 各种声音进行采集，然后通过二进制编码，最终根据需 要转换成不同格式的数字音频。
• 声音数字化的过程
• 声音数字化需要经历三个过程：采集、声音量化、编码
试一试
试着利用剪辑软件将一 段音频文件保存为不同 的音频文件格式，比较 不同格式 音频的差异。
04
地图语音导航
单击此处输入您的 项正文，文字是您 思想的提炼，请尽 量言简意赅的阐述 您的观点，单击此 处输入正文
05
知识拓展：音频 文件压缩与选择
音频文件压缩
音频文件压缩的 定义
音频文件压缩是指将音频文件进行压缩，以减 小文件大小的过程。
音频文件压缩的 类型
音频文件压缩分为未压缩、无损压缩和有损压 缩， MP3 格式的音频属于有损压缩。
声音编码的重要性
声音编码是将声音数字化的重要步骤，有利于 加工、存储和传播。
数字音频的应用
数字音频技术能够把声音编码成数字形式记录、 存储和再生声音，应用于语音信息交流、地图 语音导航、移动支付语音播报、语音控制智能 家居等领域。
数字音频文件的类型:W格式以 试 及它们的特点。
语音控制 智能家居
01
语音控制智能 家居的定义
语音控制智能家居 是指通过语音控制 家居设备的方式。
02
语音控制智能 家居的应用
语音控制智能家居 可以实现家居设备 的智能化控制，提 高家居生活的便利 性和舒适度。
03
移动支付语音 播报
单击此处输入您的 项正文，文字是您 思想的提炼，请尽 量言简意赅的阐述 您的观点，单击此 处输入正文

✭采样频率：每秒从连续信号中提取并组成离散信号的采样个数
8
04 数据编码过程
量化
将第一步所得的振幅瞬时值往最接近的整数取整。 将信号波形的纵轴划分为若干区间，落到某一区间的采样点按四舍五入的规则取整数值， 这个过程称为量化。
位数 8 16 24 32
数值上限 256 65536 16777216 4294967296
练一练： 一段时长为1分钟，采样频率为44.1kHz，量化位数为16位，双声道立体声的无压缩音频 （如基于PCM编码的wav格式），占用的存储空间是____________________MB（表达式）
13
课堂小结
声音文件数字化的过程： 采样----量化----编码
模拟信号转为数字信号的过程
声音文件大小的计算： （采样频率(Hz)×量化位数(bit)×声道数/8 ）×音频时长（s）
少年声 强国梦
数据编码——声音的数字化
1
目录
01 引入 02 模拟信号 03 数字信号 04 数据编码过程
2
01 引入——少年（建党百年主题曲MV）
3
02 模拟信号
4
02 模拟信号——声音的特点
声音作为一种波，频率在20Hz~20kHz之间的声音是可以被人耳识别的。 20Hz以下称为次声波，20000Hz以上称为超声波
4
是通过介质（空气或固体、液体）传播并能被人或动物听觉器 官所感知的波动现象。
3
声音的高低（高音、低音），由频率决定，频率越 高音调越高。
2
声音是由物体振动产生的声波
1
5
02 模拟信号
观察：声音的波形变化是连续的，这种信号称为模拟信号，模拟信号的值称为模拟数据。 用传感器获得信号一般称为模拟信号，类似的还有温度、压强、电压等。

• 数字化信息的特点：易于表示与存储、易于处理和检索、易 于传播和集成、易于获取与共享等。
4.二进制表示数据
表现情势：只有0和1两个数码 逢二进一
运算法则： 0+0=0，0+1=1， 1+0=1，1+1=10
试一试
快速写出右侧十进制数与 之对应的二进制表示方式
十进制 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
•ASCII码值 A B C---- a b c----- 0 1 2--- CR ——
65 66 67 97 98 99 48 49 50
13 32
汉字国标码
汉字编码（GB2312编码 6763个简体汉字、 GB18030编码 70244个字）占用2个字节
字形编码
试一试
体验汉字字形编码: 在“16X16”的方格纸 上，用0和1表示汉字 字形，白格子里写0， 黑格子里写1。
2.信息为什么要用数字化表示
因为计算机是用二进制编码方式工作的、 它无法直接理解人们日常接触到的信息，所 以计算机需要采用数字化编码的情势对信息 进行存储、加工、传送。
3.信息的数字化过程
模拟信号
采样
量化
编码
采样: 是以相等的间隔来测量模拟信号的物理量，完成对连 续模拟信号的离散化提取。 量化：是将采样值变换到最接近的数字值，即用有限个数的 数值近似表达本来连续变化的值。 编码：是把量化后的值用一组二进制数字代码表示。
声音的信息表示
文字符号可以通过编码的方法在计算机中存储 表示（数字化）,声音图像如何数字化，在计算机 中制编码
模拟信号
数字音频
• 过程：声音 -- 采样 -- 量化 -- 编码 -- 数字音 频
• 数字音频的质量取决于:采样频率、量化位 数、声道数

整理课件
多媒体音频系统
声音质量
➢ 评价声音质量的方法：平均判分法（mean opinion score，MOS），召集若干 实验者，由他们对声音质量的好坏进行评分，求出平均值作为对声音质量的评价。 所得分数为MOS。
➢ 声音质量的评分标准
分数 5 4 3 2 1
质量级别 优 良 中 差 劣
失真级别 无察觉 （刚）察觉但不讨厌 （察觉）有点讨厌 讨厌但不反感 极讨厌（令人反感）
5.
信噪比：采样精度的一种表示方法,叫做信号噪声比，简称信噪比。
6.
(signal-to-noise-2ration,SN2R），并用下式计算：
7.
SNR= 10 lg [（Vsignal) /(Vnoise) ] = 20 lg （Vsignal/Vnoise）
8. 其中，Vsignal表示信号电压，Vnoise表示噪声电压；SNR的单位为分贝
整理课件
多媒体音频系统
音乐
音乐起初是与巫术和宗教活动联系在一起的，舜作“韶”、
禹作“大夏”、武王作“大武”，“乐”被孔夫子列为 “六艺”之一 。后来，音乐从宗教中渐渐脱离出来，成为 一种独立的艺术。
以小提琴为例，当它的A弦振动时，并不仅仅是整根弦在 振动，这根弦的二分之一、三分之一、四分之一、五分之 一……处都在振动着。于是，整根弦的振动产生了最主要
声音
1. 声音：携带信息的极其重要的媒体，是多媒体技术研究中的一个重要内容。
2. 2. 种类：人的话音、乐器声、动物发出的声音、机器产生的声音以及自然
3.
界的 雷声、风声、雨声和闪电声等。
3. 频率范围：声音信号是由许多频率不同的信号组成，这类信号称为复合信 号，而对单一频率的信号称为分量信号。声音信号的一个重要参数就是 带宽，它用来描述组成复合信号的频率范围。如高保真声音的频率范围 为10~20000Hz，而视频信号的带宽是6MHz。

目录
01
了03
保存数字声音
04
应用数字声音
了解数字声音
数字生音改变生活，声音让世界更美妙
数字 声音 的定义
了解数字声音
数字声音就是一种利 用数字化手段对声音进 行录制、存放、编辑、 压缩或播放的技术。
数字 化手段 定义
了解数字声音
数字手段就是指把信 号变成数字序列通过计 算机转换的手段。
数字声音与生活
CONTRACTED WIND POWERPOINT TEMPLATE DESIGNS CONTRACTED WIND POWERPOINT TEMPLATE DESIGNS CONTRACTED WIND POWERPOINT TEMPLATE DESIGNS CONTRACTED WIND POWERPOINT TEMPLATE DESIGNS
3 保存声音文件 选择需要保存的位置，保存即可。
数字 声音的 作用
声音采集与保存
A
B
请同学们分角色朗读并且记 录声音
C
获取原有声音文件
浏览器搜索
首先进入IE浏览器，在搜 索框中输入“酷狗音乐” 单击“搜索一下”
搜索的 结果下载
进入声音软件 下载音乐
搜索到的“酷狗音乐器” 电脑版客户端，单击下 载即可。
80%
计算机录制声音
1 调节声音设置
将“麦克风输入音量”中的静音
取消，然后麦克风就可以正常设
置了。
2 声音进行录制
开始——所有程序——附件—— 录音机。打开录音机，单击“开始 录制”，若要停止，单击“停止录 制”。如果需要继续录制，单击 “另存为”对话框中的取消，然后 单击继续录制，录制结束即可保存。
打开“酷狗音乐、盒” 在搜索栏中输入“想要 的音乐”即可。

人声.wav
音乐.wav
采集数字音频
加工
郊外 鸟叫声
加工
加工
录音棚 歌手演唱
音乐厅 乐队演奏
合成
■
数字化音频的处理流程
北京欢迎你.mp3
2.原理－歌曲是怎样炼成的
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第*页
5.2 数字化音频的采集与简单加工
三种采集方式 电脑和网络资源 例如：网上下载、从视频中截取 模拟设备导入 例如：从磁带转录到电脑中 现场录制 例如：用麦克风录制
3.动手－数字化音频的采集
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第*页
5.2 数字化音频的采集与简单加工
“现场录制”的准备工作
①电脑
②耳麦
③录音机软件
3.动手－数字化音频的采集
下页
上页
返回
第*页
2.启动“录音机”软件
5.2 数字化音频的采集与简单加工
“现场录制”的操作流程
保存 文件
录音
启动 软件

设置 参数
第*页
12:00
单击菜单Insert（插入）
单击菜单Wave from File…（文件中的音频）
谭维维领唱段.wav
插入音频素材2－领唱 谭维维领唱段.wav
已经加入音频素材2 让我们继续吧
第*页
12:00
单击菜单Wave from File…（文件中的音频）
现场录制1段.wav
插入音频素材3－男声 现场录制1段.wav
下页
上页
返回
1.概念－认识数字化音频
第*页
5.2 数字化音频的采集与简单加工
应用领域：音乐后期制作和录音。 典型案例：《老鼠爱大米》 1、它是一首网络歌曲 － 低投入 2、它在网络上迅速走红 － 高回报

声音数字化是指将模拟声音信号转换为数字声音信号的过程。
采样率与分辨率
声音数字化的过程中，采样率和分辨率是两个关键参数。采样率决 定了音频的频率范围，分辨率决定了音频的动态范围。
数字信号处理
数字信号处理技术可以用于增强数字音频信号的质量，包括降低噪 声、提高清晰度、改变音调等。
音频编辑软件介绍
Adobe Audition
声音的特性
contents
目录
• 声音的基本概念 • 声音的物理特性 • 声音的心理特性 • 声音的应用 • 声音的合成与数字化处理 • 声音的生理与心理效应研究
01
声音的基本概念
声音的产生
01 声音是由物体的振动产生的。
02
物体振动产生声波，这些声波在传播过程中被空气或
其他介质所吸收。
03
当声波到达人耳时，人耳的鼓膜会受到振动，进而引
应用
在声音处理和录音中，振 幅调整是常见的操作。通 过改变振幅可以增强或减 弱声音的强度。
音质
定义
音质是指声音的品质或听感，包 括清晰度、柔和度、丰满度、平
衡度等。
决定因素
音质由多种因素共同决定，包括 频率、振幅、音色等。它还与环 境噪声、回声和混响等因素有关
。
应用
在音频制作和录音中，音质调整 是关键步骤。通过使用均衡器、 压缩器、混响等工具来改善音质
Adobe Audition是一款功能强大的音频编 辑软件，支持多轨编辑、效果处理、混音等 功能。
Audacity
Audacity是一款免费的开源音频编辑软件，支持多 轨编辑、效果处理、录音等功能。
Pro Tools
Pro Tools是专业的音频制作软件，广泛应 用于音乐制作、电影音效等领域，支持多轨 编辑、效果处理、混音等功能。

采样频率：每秒对声音波形采样的次数，即每秒读取点 的个数，单位：赫兹（Hz）。
量化：就是将采样得到的幅度值进行数 字化。
用若干个声音信号的幅度值来 描述的音频信号波形图
将声音信号的幅度值划分为若干 等级，每一个等级对应一个数值
量化位数：记录一个数据所使用的二进制位数。
编码：把量化后的值用一组二进制数字 代码表示。
模拟声音信号转换为数字信号 的过程
声波
电波
麦克风——将声音信号转换为电信号。
*可以上网查询一下麦克风的工作原理。
电波 （模拟信号）
电波 (数字信号)
模数转 换器
通过取样转换 成离散的数字量。
*离散量是指分散开来的、不存在中间值的量。 *计算机使用0、1记录信息，没有0、1之间的小数，即不连续 的，这就叫离散。
0010 0110 0111 0101 0010 0011 1001
比特率：表示经过编码（压缩）后的音数据每秒钟需要用 多少个比特（最小的二进制单位）来表示。
数字化后影响音频质量的因素
• 采样频率 越高，音频质量越高
• 量化位数 越高，音频质量越高
• 声道数 单声道、双声道（立体声）
• 比特率 越高，音频质量越高
模数转换器处理信息的过程
• 采样：以相等的间隔来测量模拟信号的物 理量，完成对连续模拟信号的离散化提取。
• 量化：将采样得到的幅度值进行数字化。 • 编码：将量化后的值用一组二进制数字代
码表示。
声音采样：每间隔一段时间在模拟音频 波形上读取一个声音信号的幅度值。
模拟音频信号波形示意图
选取更多点来 描述音频信号波形图
• 量化位数
16位 (声音量级分为216＝65536级）

学习内容
第一节 音频的数字化 1、 声音 2、模拟音频与数字音频 3、音频的采样、量化和数字化（重点） 4、数字音频的格式
学习内容
第二节 语音编码 1、人耳的听觉特性 2、脉冲编码调制(PCM) 3、G.711标准、G.721标准、G.722标准（重点）
学习目标
1、了解声音相关概念及要素 2、掌握音频采样、量化和数字化原理 3、了解数字音频的文件格式 4、掌握常见的音频压缩编码方法 5、理解G.711、G.721、G.722标准
量化等级的划分
三、音频的数字化
模拟信号
采样
量化
编码
A/D转换中，影响质量及数据量的主要因素：
每秒钟需要采集多少个声音样本即采样频率
每个声音样本的位数(bps)应该是多少即量化位数
三、音频的数字化
例子:每个声音样本用16位表示,测得声音样本值是在0~65536的范围里,它的精度就是输入信号的1/65536
五、音频文件的读取
六、声音质量的度量
1、客观质量度量：信噪比
信噪比SNR（Signal to Noise Ratio）是有用信号与噪声之比的简称。 噪音可分为环境噪音和设备噪音。信噪比越大，声音质量越好。
2、客观质量度量：带宽
200—3.4KHz
电话声音范围
50—7KHz
调幅广播声音范围
文件数据量计算：
? 1分钟单声道，采样频率为11.025kHz，8位采样位数
四、数字音频的文件格式
2、MP3文件
MPEG Audio Layer-3 特点：数据量较小，压缩率10：1—20：1 音质较好 是目前最为流行的音频格式文件
四、数字音频的文件格式
例：sound.wav
44.1kHz 16位 双声道 12.68秒 2236752字节数据量

√D、智能手机上的铃声
【反馈练习】
4、以下方法中，无法获得数字音频的是 ( )。 A、用软件从CD光盘中抓取音频 B、用Windows中的“录音机”软件录制
√C、用磁带录音机录音
D、用MIDI作曲软件制作MIDI音乐
【反馈练习】 5、计算机对声音数字化时一般用三个参 数来衡量，以下选项中，不属于这三个参 数的是( )。 A、采样频率 B、量化位数
√C、压缩率
D、声道数
【反馈练习】
6、张良同学从CD盘中提取出一个WAV格式的音乐 文件，由于文件容量太大，不易存储。在保证正 常播放音乐的前提下，他打算把文件容量变小， 最好的办法是( )。 A、使用WinRAR等压缩软件，把音乐打包压缩
√B、使用音频工具软件将文件转换成MP3格式
C、使用音乐编辑软件把音乐文件裁剪成数段 D、使用音频编辑工具将音乐文件进行删减
采样率2000Hz 量化级20
采样率和量化等级 提高一倍，信号的失 真明显减少，信号质 量得到了提高。
采样率4000Hz 量化级40
4、影响数字音频质量的技术参数 采样频率 量化位数 声道数。
① 采样频率 采样频率常用三种：11.025KHz(语音效果)、
22.05KHz(音乐效果)、44.1KHz(高保真效果) CD立体声音乐的采样频率为44.1KHz。
【反馈练习】
1、如果要把我们听到的声音存储到计算机 中，需要把声音的波形信号转换成( )。 A、模拟信号
√B、数字信号
C、磁性信号 D、电子信号
【反馈练习】
2、下列音频格式中不属于数字化音频的 是（ ） A．WAV音频
√B．录音磁带
C．Mp3 D．MIDI
【反馈练习】
3、下列声音中属于数字音频信息的是（ ） A、教室里学生听到教师讲解知识的声音 B、录音磁带上的英文对话 C、钢琴演奏的乐曲

谢谢观赏
You made my day!
我们，还在路上……
声音的数字化
声音数字化过程声音数字化的参数
• 采样频率 • 量化位数 • 声道数
•1、书籍是朋友,虽然没有热情,但是非常忠实。2022年3月4日星期五2022/3/42022/3/42022/3/4 •2、科学的灵感，决不是坐等可以等来的。如果说，科学上的发现有什么偶然的机遇的话，那么这种‘偶然的机遇’只能给那些学有素养的人，给那些善于 独立思考的人，给那些具有锲而不舍的人。2022年3月2022/3/42022/3/42022/3/43/4/2022 •3、书籍—通过心灵观察世界的窗口.住宅里没有书,犹如房间里没有窗户。2022/3/42022/3/4March 4, 2022 •4、享受阅读快乐，提高生活质量。2022/3/42022/3/42022/3/42022/3/4