音频信号的种类及其质量特性

音频信号分析与处理技术研究随着计算机技术的飞速发展，数字音频处理技术也得到了越来越广泛的应用。

音频信号处理技术包括音频信号采集、音频信号传输、音频信号处理、音频信号分析以及音频信号压缩等方面。

本文将围绕音频信号分析与处理这一话题进行探讨。

一、音频信号的基本特征音频信号是指人耳能够感知的声波信号，其频率范围为20Hz~20kHz。

音频信号的基本特征包括声压级、频率、声音的时长、音调、谐波等。

声压级是指声音的强度，频率是指声音的高低，声音的时长是指声音持续的时间，音调是指音频的高低变化，谐波则是指相似频率的波。

二、音频信号处理技术的分类音频信号处理技术包括三个方面：音频信号的采集、音频信号的传输、音频信号的处理。

其中对于音频信号的处理，可以细分为以下四种类型：1. 噪声抑制噪声是指与声音无关的信号，通过麦克风和放大器等音频设备传递给录音机或音频编码系统时，会带入大量噪声。

利用消除算法，可以将噪声信号从原始语音信号中分离出来，从而避免影响语音分析的结果，并增加声音的清晰度。

2. 语音增强语音增强是指通过降噪、增加语音音量、降低回音等方式使语音信号更加清晰。

它对于语音识别、自然语言理解、控制系统及语音通信等方面都有很大的应用价值。

3. 语音识别语音识别是指通过语音输入识别器，将口头语言转化为书面语言。

它是人机交互的重要方式之一，广泛应用于自然语言理解、智能管理、智能家居、自动客服等方面。

4. 音频编码音频编码是指将原始音频信号转化为数字信号的一种数据压缩技术，通过去除人耳听不到或难以察觉的音频信号，来实现数据的压缩，减小数据存储空间和传输带宽占用，以达到更加高效的音频数据传输。

三、音频信号处理技术的研究现状目前，音频信号处理技术的研究方向主要有以下几个方面：1. 噪音抑制技术的研究：包括基于统计分析、基于信号处理、基于深度学习等方法。

2. 语音增强技术的研究：包括目标损失函数、交叉领域自适应、深度学习等方面。

音频数字信号详解（2017年11月18日更新）音频数字信号详解有什么不明白的地方，或者想要详细了解的地方可以联系我，我会认真回复的！你可以随意转载，无需注明出处！写文档实属不易，我希望大家能支持我、捐助我，金额随意，1块也是支持，我会继续帮助大家解决问题！1.信号、Signal1.信号简介信号就是信息的物理表现形式，或者定义为携载信息的自变量函数，信息是信号的具体内容。

根据载体的不同，信号可以分为电的、声的、光的、磁的、机械的、热的、生物医学的等各类信号。

根据一个或多个产生源，信号可分为单通道信号和多通道信号，例如单声道音频、双声道立体声音频、五通道环绕声音频。

信号表现上可分为任意时刻都能精确确定信号取值的确定信号，及任意时刻信号取值不能精确确定的随机信号。

信号的自变量可以是时间、频率、控件或者其他物理量，按自变量数划分，可以有一维的（多数是以时间或频率为自变量表示，例如音频、心跳等）、二维的（例如黑白图像信号的x，y坐标）、多维的（例如黑白视频信号的x，y坐标及时间t，彩色视频信号的红、绿、蓝三原色的三个三维信号组成的三通道信号）。

还有其他划分方法，例如周期信号与非周期信号，功率信号与能量信号等。

在自变量的指定值上信号的取值称为信号的振幅值，也叫幅值或函数值，作为自变量的函数的振幅值变化称为波形。

1.声音、Sound声音就是先由物体振动产生的声波，声波再通过介质（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。

最初发出振动的物体叫声源。

振动引起的气压变化的大小称为声压，声压是决定声强即响度的主要因素。

气压具有一定的频率，即声波每秒变化的次数，以Hz（赫兹）表示。

它决定了声音的高低。

声压的测量单位是帕（斯卡）。

人耳只能感受到16Hz至20000Hz的声波，低于16Hz的叫次声波，高于20000Hz的叫超声波。

人耳对2000Hz至5000HZ的声波感受力最强，但人说话声音频率一般在300Hz至700HZ。

理解音频与声音的特性音频与声音是我们日常生活中常见的概念，但是很多人对它们的特性和区别并不清楚。

本文将介绍音频与声音的特性，帮助读者更好地理解它们。

一、音频的定义和特性音频是指通过声音信号传输的信息。

它是一种电信号，可以被转换成人耳可听到的声音。

音频可以是音乐、语音、环境声等各种声音的集合。

音频具有以下特性：1. 频率：音频的频率是指声音振动的快慢，单位是赫兹（Hz）。

人耳可以听到的频率范围大约在20Hz到20kHz之间。

不同频率的音频会产生不同的音调，低频音频通常被认为是低沉的声音，高频音频则被认为是尖锐的声音。

2. 声压级：声压级是指声音的强度，单位是分贝（dB）。

声压级越高，声音越大。

人耳对声音的感知是非线性的，声压级每增加10dB，人耳感觉到的声音强度大约增加一倍。

3. 时长：音频的时长是指声音持续的时间。

音频可以是短暂的，也可以是持续的。

时长不同的音频可以传递不同的信息。

4. 声音质量：音频的声音质量是指声音的纯净度和清晰度。

高质量的音频通常具有清晰、纯净的声音，而低质量的音频可能会有噪音、失真等问题。

二、声音的定义和特性声音是由物体振动产生的机械波，通过空气、水或其他介质传播的能量。

声音是一种机械波，需要介质传播，而音频是一种电信号，可以通过电磁波传输。

声音具有以下特性：1. 频率：声音的频率是指声音振动的快慢，单位是赫兹（Hz）。

不同频率的声音会产生不同的音调，低频声音通常被认为是低沉的声音，高频声音则被认为是尖锐的声音。

2. 声压级：声压级是指声音的强度，单位是分贝（dB）。

声压级越高，声音越大。

人耳对声音的感知是非线性的，声压级每增加10dB，人耳感觉到的声音强度大约增加一倍。

3. 声音传播速度：声音在不同介质中传播的速度不同。

在空气中，声音的传播速度大约为343米/秒。

在水中，声音的传播速度大约为1482米/秒。

不同介质中的声音传播速度差异导致声音在不同介质中的传播时间不同。

RF、AV、S-Video、3RCA、VGA、HDMI1、 RF射频简称RF，射频就是射频电流，它是一种高频交流变化电磁波的简称。

每秒变化小于1000次的交流电称为低频电流，大于10000次的称为高频电流，而射频就是这样一种高频电流。

有线电视系统就是采用射频传输方式的。

2、AVAV最常见的音频、视频接口，通常为三根线一组，颜色分别为红色、白色、黄色，其中白色为左声道，红色为右声道，黄色为视频线，两端均为莲花头接头。

3、S-VideoS-Video，简称S端子。

S端子也是非常常见的端子，其全称是Separate Video，也称为SUPER VIDEO。

S-Video连接规格是由日本人开发的一种规格，S指的是“SEPARATE(分离)”，它将亮度和色度分离输出，避免了混合视讯讯号输出时亮度和色度的相互干扰。

S端子实际上是一种五芯接口，由两路视频亮度信号、两路视频色度信号和一路公共屏蔽地线共五条芯线组成。

4、3RCA【分为Y/Pb/Pr和Y/CbCr】色差分量接口称为分量视频接口，又叫3RCA。

把色度（C）信号里的蓝色差（b）、红色差（r）分开发送，其分辨率可达到720线以上。

其接口采用YPbPr和YCbCr两种标识。

前者表示逐行扫描色差输出，后者表示隔行扫描色差输出，一般利用3根信号线分别传送亮色和两路色差信号。

这3组信号分别是，亮度以Y标注，以及从三原色信号中的两种——蓝色和红色——去掉亮度信号后的色彩差异信号，分别标注为Pb和Pr，或者Cb和Cr，在三条线的接头处分别用绿、蓝、红色进行区别。

我们经常在投影机或高档影碟机上看到的，类似YUV、YCbCr、Y/B-Y/B-Y等等的接口标识，虽然标记方法与接头外形各有千秋，但都属于色差分量端口。

对于模拟视频信号来说，衰减是不可避免的现象，所以信号分离度越高的信号清晰度就越高。

色差输出就是把色度信号C分解为色差Cr和Cb，这样就避免了两路色差混合译码并再次分离的过程，也保持了色度信道的最大带宽，只需要经过反矩阵译码电路就可以还原为RGB三原色信号而成像，这就最大限度地缩短了视频源到显示器成像之间的视频信号信道，避免了因繁琐的传输过程所带来的影像失真，从而能够轻松实现720线以上高解析度、高清效果。

⾳频信号类型及协议基础知识⼀、模拟信号智能硬件产品中，模拟⾳频主要⽤在：喇叭播放声⾳、Line-in外接⾳源、麦克风输⼊等。

通常看到的⾳频波形，都是模拟⾳频，能够和声⾳实际的波动完全对应起来。

当前有不少⾳频产品使⽤D类⾳频功放，输出波形看起来是⽅波，但实际上还是属于模拟⾳频类型。

是⾼频载波叠加的模拟⾳频的波形，经过LC滤波之后能够还原成模拟⾳频波形。

如下图，下半部分是D类功放输出的⽅波状的⾳频信号，上半部分的正⽞波是还原出来的模拟⾳频波形。

⼆、数字信号（I2S/PCM/TDM/PDM/SPDIF）1.IIS(I2S): Philips Inter-IC sound Bus，⼀根data线最多2 channel数据。

I2S(Inter-IC Sound Bus)是飞利浦公司为数字⾳频设备之间的⾳频数据传输⽽制定的⼀种总线标准。

在飞利浦公司的I2S标准中，既规定了硬件接⼝规范，也规定了数字⾳频数据的格式。

特点 :效率⾼主要传输⾳乐。

（1）从MCU往Codec传⾳乐数据，⼀般使⽤I2S。

先传⾼位再传低位，数据的MSB从LRCLK边沿起延迟1 BCLK。

包含三个时钟：主时钟（MCLK）系统时钟，⼀般是12.288MHz 18.432MHz等，⼀般是位时钟（Bclk）的256倍或384倍；左右声道帧时钟（LRCLK）低电平左声道⾼电平右声道；位时钟(BCLK，也有叫串⾏ )传输⼀位数据的时钟周期;（2）对齐⽅式 左对齐：数据的MSB在LRCLK边沿起第⼀个BCLK上升沿⽤的⽐较少 右对齐：数据的LSB靠左LRCLK的上升沿 sony使⽤这种格式（3）电压（TTL）输出 VL <0.4V VH>2.4V 输⼊电压 VIL=0.8V VIH=2.0V IIS标准格式 右对齐模式 左对齐模式2.PCM: 区别于PCM编码，也是种通讯协议，主要传送语⾳。

PCM（PCM-clock、PCM-sync、PCM-in、PCM-out）脉冲编码调制，模拟语⾳信号经过采样量化以及⼀定数据排列就是PCM。

常见音频格式及其特点常见音频格式1.PCM编码的WAVPCM编码的WAV文件是音质最好的格式，Windows平台下，所有音频软件都能够提供对她的支持。

Windows提供的WinAPI中有不少函数可以直接播放wav，因此，在开发多媒体软件时，往往大量采用wav，用作事件声效和背景音乐。

PCM编码的wav可以达到相同采样率和采样大小条件下的最好音质，因此，也被大量用于音频编辑、非线性编辑等领域。

特点：音质非常好，被大量软件所支持。

适用于：多媒体开发、保存音乐和音效素材。

2.MP3MP3具有不错的压缩比，使用LAME编码的中高码率的mp3，听感上已经非常接近源WAV文件。

使用合适的参数，LAME编码的MP3很适合于音乐欣赏。

由于MP3推出年代已久，加之还算不错的音质及压缩比，不少游戏也使用mp3做事件音效和背景音乐。

几乎所有著名的音频编辑软件也提供了对MP3的支持，可以将mp3象wav 一样使用，但由于mp3编码是有损的，因此多次编辑后，音质会急剧下降，mp3并不适合保存素材，但作为作品的demo确实相当优秀的。

mp3长远的历史和不错的音质，使之成为应用最广的有损编码之一，网络上可以找到大量的mp3资源，mp3player日渐成为一种时尚。

不少VCDPlayer、DVDPlayer甚至手机都可以播放mp3，mp3是被支持的最好的编码之一。

MP3也并非完美，在较低码率下表现不好。

MP3也具有流媒体的基本特征，可以做到在线播放。

特点：音质好，压缩比比较高，被大量软件和硬件支持，应用广泛。

适用于：适合用于比较高要求的音乐欣赏。

3.OGGOgg是一种非常有潜力的编码，在各种码率下都有比较惊人的表现，尤其中低码率下。

Ogg除了音质好之外，她还是一个完全免费的编码，这对ogg被更多支持打好了基础。

Ogg有着非常出色的算法，可以用更小的码率达到更好的音质，128kbps的Ogg比192kbps甚至更高码率的mp3还要出色。

专业音频知识点音频技术在现代社会中发挥着重要作用。

无论是在音乐产业中的音频录制和制作，还是在电影制作、广播电视等领域中的音频处理，都需要掌握一些专业音频知识点。

本文将为您介绍一些重要的专业音频知识点。

让我们一步一步来了解吧。

1.音频信号的基本概念音频信号是一种连续的、模拟的声音波形。

它可以通过麦克风、乐器或其他声源产生。

音频信号可以分为单声道和立体声两种类型。

单声道包含一个声道，而立体声包含两个声道，能够提供更加立体的音效。

2.音频采样和量化音频信号在数字设备中需要进行采样和量化处理。

采样是将连续的模拟信号转换为离散的数字信号的过程。

量化是将采样得到的连续数值转化为离散的数字数值的过程。

采样率和量化位数是决定音频质量的重要参数。

常见的采样率有44.1kHz、48kHz等，位数一般为16位或24位。

3.音频编码格式音频编码格式决定了音频文件的存储方式和解码方式。

常见的音频编码格式有MP3、AAC、WAV、FLAC等。

不同的编码格式有不同的压缩比和音质损失程度。

选择合适的音频编码格式是在保证音质的前提下减小文件大小的关键。

4.音频效果处理音频效果处理是指对音频信号进行各种音效处理的过程。

常见的音频效果处理包括均衡器、混响、压缩、失真等。

均衡器可以调整音频频谱中各个频段的音量，使音频更加平衡。

混响可以模拟不同的空间环境，使音频更加自然。

压缩可以调整音频的动态范围，提高音频的可听性。

失真可以对音频进行各种特殊效果处理，创造出独特的音色。

5.音频编辑和剪辑音频编辑和剪辑是对音频文件进行修剪、合并、变速、变调等操作的过程。

音频编辑软件可以帮助我们实现对音频的精确编辑。

通过音频编辑和剪辑，我们可以制作出符合要求的音频作品，满足不同场合的需求。

6.音频播放和传输音频播放和传输是将音频文件在不同设备间进行传输和播放的过程。

现代音频设备有多种传输接口和播放方式，包括蓝牙、Wi-Fi、USB、HDMI等。

合理选择音频传输和播放方式可以保证音频的质量和稳定性。

常见音视频信号的类型、传输介质、接头和接线标准常见视频信号的类型有：复合视频(Composite-Video)、超级视频(Super-Video)、模拟分量视频(RGBHV Video)、VGA视频(Video Graphics Array)、工作站视频(IBM PowerPC/Sun Color)、数字串行视频(Signal-Digital Interface)等视频格式。

常见音频信号的类型有：非平衡模拟音频(UnBalance Audio)、平衡式模拟音频(Analog Balance Audio)、非平衡数字音频(Digital Unbalance Audio)、平衡式数字音频(Digital Balance Audio)等格式。

常用接头有：BNC接头、莲花(RCA)接头、15针HD型接头、直型(TRS)接头、卡龙(XLR)接头。

下面我们简要介绍一下每种常见音视频信号的传输介质、接头和接线标准1. 复合视频(Composite-Video)∙传输介质：单根带屏蔽的同轴电缆- 传输阻抗：75Ω∙常用接头：BNC接头、莲花(RCA)接头∙接线标准：插针=同轴信号线，外壳公共地＝屏蔽网线(下图所示)2. 超级视频(Super-Video)∙传输介质：两根带屏蔽的同轴电缆- 传输阻抗：75Ω∙常用接头：2×BNC接头、1×4针微型接头∙接线标准：3脚插针=亮度(Y)信号线，4脚插针=色度(C)信号线1脚、2脚公共地＝屏蔽网线(下图所示)3. 模拟分量视频(RGBHV Video)∙传输介质：3-5根带屏蔽的同轴电缆∙传输阻抗：75Ω- 常用接头：3-5×BNC接头∙接线标准：红色=红基色(R)信号线，绿色=绿基色(G)信号线，蓝色=蓝基色(B)信号线，黑色=行同步(H)信号线，黄色=场同步(V)信号线，公共地＝屏蔽网线(下图所示)4. VGA视频(Video Graphics Array)∙传输介质：11根带屏蔽的同轴电缆∙传输阻抗：75Ω∙常用接头：15针HD型接头- 接线标准：1脚=红基色，2脚=绿基色，3脚=蓝基色，6脚=红色地，7脚=绿色地，8脚=蓝色地，13脚=行同步，14脚=场同步，5脚=自测试，10脚=数字地，4、11、12、15脚=地址码(下图所示)5. 工作站视频(IBM PowerPC/Sun Color)∙传输介质：11根带屏蔽的同轴电缆- 传输阻抗：75Ω∙常用接头：13W3接头∙接线标准：A1脚=红基色，A2脚=绿基色，A3脚=蓝基色，5脚=行同步，9脚=场同步，3脚=自测试，4、10脚=数字地，1、2、6、7脚=地址码(下图所示)6. 数字串行视频(Signal-Digital Interface)∙传输介质：单根带屏蔽的同轴电缆∙传输阻抗：75Ω∙接线标准：插针=同轴信号线，外壳数字地＝屏蔽网线7. 非平衡模拟音频(UnBalance Audio)∙传输介质：单根带屏蔽的同轴电缆∙传输阻抗：高低阻∙常用接头：直型(TRS)接头、莲花(RCA)接头∙接线标准：插针=同轴信号线，外壳公共地＝屏蔽网线(下图所示)8. 平衡式模拟音频(Analog Balance Audio)∙传输介质：带屏蔽的双绞电缆∙传输阻抗：600Ω或高低阻∙常用接头：直型(TRS)接头、卡龙(XLR)接头∙接线标准：直插：插针=信号+，中环=信号－，外壳公共地＝屏蔽网线卡龙：2脚=信号+，3脚=信号－，1脚公共地=屏蔽网线(下图所示)9. 非平衡数字音频(Digital Unbalance Audio)∙传输阻抗：75Ω- 常用接头：BNC接头∙接线标准：插针=同轴信号线，外壳数字地＝屏蔽网线10. 平衡式数字音频(Digital Balance Audio)∙传输介质：带屏蔽的双绞电缆∙传输阻抗：110Ω∙常用接头：卡龙(XLR)接头11. 其他数字音频格式视频连接线，简称视频线，由视频电缆和连接头两部分组成，其中：视频电缆是特征阻抗为75Ω（欧）的同轴屏蔽电缆，常见的规格按线径分为－3和－5两种，按芯线分有单芯线和多芯线两种，连接头的常见的规格按电缆端连接方式分有压接头和焊接头两种，按设备端连接方式分有BNC（俗称卡头），RCA （俗称莲花头）两种。

音频信号简介1.1 音频信号的特征声音是由于空气振动引起耳膜的振动，由人耳所感知。

根据声波的特征，可把音频信息分类为规则音频和不规则声音。

其中规则音频又可以分为语音、音乐和音效。

规则音频是一种连续变化的模拟信号,可用一条连续的曲线来表示，称为声波。

声音的三个要素是音调、音强和音色。

声波或正弦波有三个重要参数：频率ω0、幅度An 和相位ψn，这也就决定了音频信号的特征：一、基频与音调：频率是指信号每秒钟变化的次数。

人对声音频率的感觉表现为音调的高低，在音乐中称为音高。

音调正是由频率ω0所决定的。

音乐中音阶的划分是在频率的对数坐标（20×log）上取等分而得的：音阶 C D E F G A B简谱符号 1 2 3 4 5 6 7频率（Hz）261 293 330 349 392 440 494频率（对数）48.3 49.3 50.3 50.8 51.8 52.8 53.8二、谐波与音色：n×ω0称为ω0的高次谐波分量，也称为泛音。

音色是由混入基音的泛音所决定的，高次谐波越丰富,音色就越有明亮感和穿透力。

不同的谐波具有不同的幅值An 和相位偏移ψn，由此产生各种音色效果。

三、幅度与音强：人耳对于声音细节的分辨只有在强度适中时才最灵敏。

人的听觉响应与强度成对数关系。

一般的人只能察觉出3 分贝的音强变化，再细分则没有太多意义。

我们常用音量来描述音强，以分贝（dB=20log）为单位。

在处理音频信号时，绝对强度可以放大，但其相对强度更有意义，一般用动态范围定义：动态范围＝20×l og（信号的最大强度 / 信号的最小强度）（dB）四、音宽与频带：频带宽度或称为带宽，它是描述组成复合信号的频率范围。

1 音频信号1.2 音频信号的指标一. 频带宽度：音频信号的频带越宽，所包含的音频信号分量越丰富，音质越好。

二．动态范围:动态范围越大，信号强度的相对变化范围越大，音响效果越好。

音质效果AM广播FM广播数字电话CD－DA 动态范围（dB）40 60 50 100三．信噪比：信噪比SNR（Signal to Noise Ratio）是有用信号与噪声之比的简称。

音频常见指标介绍THD（T otal Harmonic Distortion，总谐波失真）:谐波失真是指音箱在工作过程中，由于会产生谐振现象而导致音箱重放声音时出现失真。

尽管音箱或耳机中只有基频信号才是声音的原始信号，但由于不可避免地会出现谐振现象（在原始声波的基础上生成二次、三次甚至多次谐波），这样在声音信号中不再只有基频信号，而是还包括由谐波及其倍频成分，这些倍频信号将导致音箱放音时产生失真。

对于普通音箱允许一定谐波信号成分存在，但必须是以对声音基频信号输出不产生大的影响为前提条件。

而总谐波失真是指用信号源输入时，输出信号（谐波及其倍频成分）比输入信号多出的额外谐波成分，通常用百分数来表示。

一般说来，1000Hz频率处的总谐波失真最小，因此不少产品均以该频率的失真作为它的指标。

所以测试总谐波失真时，是发出1000Hz的声音来检测，这一个值越小越好。

注：一些产品说明书的总谐波失真表示为THD<0.5%，1W，这样看来总谐波失真较小，但只是在输出功率为1W的总谐波失真，这与标准要求的测量条件下得到的总谐波失真是不同的。

SNR（Signal to Noise Ratio，信噪比）:指在规定输入电压下的输出信号电压与输入电压切断时，输出所残留之杂音电压之比，也可看成是最大不失真声音信号强度与同时发出的噪音强度之间的比率，通常以S/N表示。

一般用分贝（dB）为单位，信噪比越高表示音频产品越好，常见产品都选择60dB以上。

Sample（采样）:这个字同时为动词与名词。

做为名词之用时，表示一段录进来的声音（Audio）；做为动词使用时，则表示录一段取样声音的录音动作。

会用到"采样"这个字眼的场合，多半是针对采样过程，特别在不是录一整首歌曲，而只是录一段声音的状况。

Resolution（解析力、分辨率）:若是用在数字声音信号的领域当中，解析度是指一个取样值的位数，位数越大所能表现的数值范围就越广。

声音信号是通过空气、液体或固体中的机械振动传播的波动。

声音信号具有多种基本特征，这些特征描述了声音的不同方面。

以下是声音信号的基本特征：频率（Pitch）：频率是声音振动周期性重复的速率，通常以赫兹（Hz）为单位表示。

频率决定了声音的音调，高频率的声音听起来会比较尖锐，低频率的声音听起来会比较低沉。

振幅（Amplitude）：振幅是声音振动的最大偏移量或震动幅度。

它决定了声音的音量或响度，振幅较大的声音会听起来更响亮。

波形（Waveform）：波形描述了声音信号随时间的变化情况。

不同的声音信号会产生不同的波形，例如正弦波、方波、锯齿波等。

时域特性（Time Domain Characteristics）：时域特性描述声音信号在时间轴上的变化。

这包括声音的持续时间、起始时间、结束时间等。

频域特性（Frequency Domain Characteristics）：频域特性描述声音信号在频率域上的成分。

通过频谱分析，可以得知声音信号包含的频率分量以及它们的强度。

谐波（Harmonics）：谐波是声音信号中频率是基频整数倍的成分。

谐波影响声音的音质和音色，决定了不同乐器或声音的独特声音特点。

音色（Timbre）：音色是声音的特有品质，使人能够区分不同的声音源，即使在相同频率和振幅下。

它是由声音信号的频域分布和谐波比例决定的。

持续时间（Duration）：持续时间是声音信号存在的时间长度，可以很短，也可以很长。

脉冲特性（Pulse Characteristics）：一些声音信号可能包含脉冲或突发性的特点，如击打声、爆炸声等。

这些基本特征共同构成了声音信号的特性，它们可以用来描述和分析声音的不同方面，从而帮助我们理解声音的本质和特点。

音频信号处理技术的原理和应用一、音频信号的基本分类音频信号是指能够被人类听到的声音信号。

根据信号的特性、用途或者传输方式的不同，音频信号可以分为以下几类：1. 语音信号语音信号是人类语言的声音信号，具有很强的语义信息和个性化特征。

语音信号处理技术主要用于语音识别、语音合成、语音压缩、声纹识别等领域。

2. 音乐信号音乐信号是音乐作品中的声音信号，包括歌声、乐器演奏、混音等。

音乐信号处理技术主要用于音乐合成、音乐推荐系统、音乐分析等领域。

3. 环境声信号环境声信号是人类生活环境中的声音信号，包括自然声音、城市噪音、车辆噪声等。

环境声信号处理技术主要用于声音增强、噪音抑制、室内声学设计等领域。

二、音频处理的基本原理音频信号处理技术是一种将音频信号进行处理以满足特定需求的技术，包括数字信号处理、滤波、时域处理、频域处理等。

音频处理的基本原理如下：1. 采样音频信号是一种连续的模拟信号，需要经过采样转换成数字信号才能进行处理。

采样率越高，数字信号的表示越精确。

2. 滤波滤波是指从音频信号中去除或增强某些频率成分的一种处理方法。

在音频处理中，低通滤波器用于去除高频噪声，高通滤波器用于去除低频噪声。

3. 时域处理时域处理是指对音频信号进行时间上的处理，例如时间延迟、时间压缩、时域滤波等。

时域处理可以改变音频信号的时域特性，如音色、延迟、回声等。

4. 频域处理频域处理是指对音频信号进行频率上的处理，例如频域滤波、傅里叶变换、滤波器设计等。

频域处理可以改变音频信号的频域特性，如音高、谐波分析等。

三、音频信号处理技术的应用音频信号处理技术在音频领域应用广泛，以下是几个典型的应用场景：1. 语音识别语音识别是指将人类语言转换成文字的技术，它是语音信号处理技术的一个典型应用。

如今，语音识别技术已经广泛应用于智能手机、智能家居、智能机器人等领域。

2. 清晰语音通话在弱信号环境下，语音通话常常会受到噪声的影响，影响通话的清晰度和质量。

声音信号的特性语言和音乐信号都是不规则的随机信号，由基频信号和各种谐波（泛音）成分组成。

要“原汁原味”的重放这些随机的音频信号，扩声音响系统必须具有符合语言和音乐的平均特性。

其中最重要的三个特性是平均频谱特性（频率响应特性）、平均声压级和声音的动态范围。

2.1.1 人声信号人声是一种典型的随机过程，它与人的生理特点、情绪和语言内容等因素有关。

（1）语言基音的频率范围为130~350Hz，包括全部泛音（谐波）的频率范围为130~4000Hz。

（2）演唱歌声的频率范围比较宽，可分为男低音、男中音、男高音、女中音和女高音等5个声部。

他们的基音范围从80~1100Hz，包括全部泛音（谐波）的频率范围可达80~8000Hz。

5个声部的基音频率范围分别为：82~294Hz；110~392Hz；147~523Hz；196~698Hz；262~1047Hz。

（3）声压级正常谈话时语言的声功率为1μW，大声讲话时可增加到1Mw.正常讲话时与讲话人相距1m时的平均声压级为65~69dB。

（4）动态范围语言的动态范围（最大声压级与最小声压级之差值）为30~40dB.2.1.2 音乐信号音乐信号的频谱范围更宽。

它与乐器的类型有关。

在乐器中管风琴具有最宽的基音范围，从16~9000Hz。

其次是钢琴，它的基音频率范围为27.5~4136Hz。

民族乐器的基音范围为100~2000Hz。

打击乐器能产生更高频率的基音。

所有的乐器都包含有丰富的高次谐波（泛音）。

因此音乐的频谱范围可扩展到15000~20000Hz。

单个乐器的声功率在0.01~100mW的范围内。

大型交响乐队的声功率可达到10W以上。

15~18件乐器的乐队演出时，离声源10m处的平均声压级约为95dB.75件乐器的乐队演出时其平均声压级约为105dB.乐器的信号动态范围与乐器的种类有关，木管乐器约为50 dB。

一般乐队的动态范围为40~0dB.大型交响乐队的动态范围可达到100dB.高质量的音响系统（音乐重放）的频率响应（频率特性）范围应不小于40~16000Hz。

什么是音频“比特”？解读音频属性什么是模拟信号？其实任何我们可以听见的声音经过音频线或话筒的传输都是一系列的模拟信号。

模拟信号是我们可以听见的。

而数字信号就是用一堆数字记号来记录声音，而不是用物理手段来保存信号。

（用普通磁带录音就是一种物理方式）数字信号我们实际上是听不到的。

简略地比较一下模拟时代的录音制作与数码时代的区别：模拟时代是把原始信号以物理方式录制到磁带上（当然在录音棚里完成了），然后加工，剪接，修改，最后录制到磁带，LP等广大听众可以欣赏的载体上。

这一系列过程全是模拟的，每一步都要损失一些信号，到了听众手里自然是差了好远，更不用说什么HI-FI了。

数码时代是第一步就把原始信号录成数码音频资料，然后用硬件或软件进行加工处理，这个过程相比模拟方法有无比的优越性，因为它几乎不会有任何损耗。

对于机器来说只是处理一下数字而已，当然丢码的可能性也有，但只要操作合理就不会发生。

最后把这堆数字信号传输给数字记录设备如CD等，损耗自然小很多了！数码音频是我们保存声音信号，传输声音信号的一种方式，它的特点是信号不容易损失。

而模拟信号是我们最后可以听到的东西。

数码录音最关键一步就是要把模拟信号转换为数码信号。

就电脑而言是把模拟声音信号录制成为Wave文件，这个工作Windows自带的录音机也可以做到，但是它的功能十分有限，不能满足我们的需求，所以我们用其他专业音频软件代替，如Sound Forge等。

录制出来的文件就是Wave文件，描述Wave文件主要有两个指标，一个是采样精度，另一个是比特率。

这是数字音频制作中十分重要的两个概念，下面就来看一下吧。

什么是采样精度？因为Wave是数码信号，它是用一堆数字来描述原来的模拟信号，所以它要对原来的模拟信号进行分析，我们知道所有的声音都有其波形，数码信号就是在原有的模拟信号波形上每隔一段时间进行一次“取点”，赋予每一个点以一个数值，这就是“采样”，然后把所有的“点”连起来就可以描述模拟信号了，很明显，在一定时间内取的点越多，描述出来的波形就越精确，这个尺度我们就称为“采样精度”。

哈尔滨理工大学毕业设计题目：音频信号的分类与分割院系：电气与电子工程学院姓名：指导教师：系主任：2011年6月23日音频信号的分类与分割摘要随着计算机技术、网络技术和通讯技术的不断发展，图像、视频、音频等多媒体数据已逐渐成为信息处理领域中主要的信息媒体形式，其中音频信息占有很重要的地位。

同时，由于信息获取的方式、手段和技术的不断进步和多样化，使得信息数据量以极高的速度增加，为有效的处理和组织信息带来了挑战，而信息有效的处理和组织是深入分析和充分利用的前提。

原始音频数据是一种非语义符号表示和非结构化的二进制流，缺乏内容语义的描述和结构化的组织，给音频信息的深度处理和分析工作带来了很大的困难。

如何提取音频中的结构化信息和内容语义是音频信息深度处理、基于内容检索和辅助视频分析等应用的关键。

音频分类与分割技术是解决这一问题的关键技术，是音频结构化的基础。

本文介绍了在MATLAB环境中如何进行语音信号采集后的时频域分析处理，并通过实例分析了应用MATLAB处理语音信号的过程。

本文根据模式识别理论分析了音频分类与分割的技术流程，同时讨论了其中涉及的相关技术;介绍了特征分析与抽取，以及采用的相关音频处理技术。

关键词MATLAB；语音信号；特征分析The classification and segmentation of the AudioAbstractWith the continually evolving of computer technology, network technology and communication technology, images, video, audio and other multimedia data in the field of information processing has become the main form of information media, audio information plays an especially important role.At the same time, due to the way access to information, tools and technology continues to progress and diversify, the amount of data information increase at very high speed, which has brought challengesfor efficient processing and organizing of the information , and effective processing and organization of i information are premise of analysis and full use of the .The original audio data is a non-semantic notation and unstructured binary stream, lack of content and structure of semantic description of the organization, which has led to great difficulties to the depth of audio information processing and analysis. How to extract structured information in audio and audio information content is the key for the depth of semantic processing, video content-based retrieval and analysis applications supporting. Audio classification and segmentation is a key technology to solve this problem is the structural basis for the audio.This article describes how the MATLAB environment for voice signal collected after the time-frequency domain analysis and processing, and analysis of the application by example MATLAB to handle voice signals.Our theoretical analysis is based on pattern recognition, audio classification and segmentation of the technical process, and involving the relatedtechnologies discussed; We describe the characteristics analysis and extraction, and to the corresponding audio processing technologyThe last chapter involves the summary and evaluation all the work of the paper, and this research were discussed for future.Keywords：MATLAB；V oice signal; Characteristics目录摘要 (I)Abstract............................................................................................................... I I第1章绪论 (1)1.1 研究背景 (1)1.2 语音信号的采集 (3)1.2.1 预加重处理 (3)1.2.2 切分与加窗处理 (3)1.3 研究的主要内容 (4)第2章音频分类与分割技术研究现状 (5)2.1 音频语义内容分析 (5)2.2 层次化音频结构分析框架 (6)第3章音频信号特征的提取 (8)3.1 语音端点检测的基本方法 (8)3.1.1 短时加窗处理 (8)3.1.2 短时平均能量 (8)3.2 短时平均过零率 (11)3.3 基于能量和过零率的语音端点检测 (14)第4章语音信号的短时频阈分析 (16)4.1 语音信号的快速傅里叶变换 (16)4.2 临界频带谱平坦测度函数计算 (18)4.3 基于短时能量比的语音端点检测算法的研究 (19)4.4 音频信号的功率谱分析 (20)4.5 音频信号的子带熵分析 (21)结论 (22)致谢 (23)参考文献 (24)附录A (26)附录B (33)第1章绪论随着计算机技术和信息技术的发展，语音交互已经成为人机交互的必要手段，而语音信号的采集和处理是人机交互的前提和基础。