多媒體原理與系統(tǒng)設(shè)計第二章數(shù)字音頻基礎(chǔ)聲音的相關(guān)概念

MIDI與計算機音樂（略）聲卡的結(jié)構(gòu)及工作原理數(shù)字音頻編碼一、聲音的基本概念聲音的概念

介質(zhì)振動在聽覺系統(tǒng)中產(chǎn)生的反應(yīng)。t空氣壓力周期振幅聲音的兩個基本物理屬性頻率與振幅次聲波SubsonicHumanhearingfrequencyrange音頻信號（audio）20Hz0Hz20kHz超聲波ultrasonic聲音的三要素音高、音色、音強數(shù)字音頻

DigitalAudio，通過采樣和量化技術(shù)獲得的離散性（數(shù)字化）音頻數(shù)據(jù)。模擬音頻

AnalogousAudio，用連續(xù)的電流或電壓表示的音頻信號。t樣本高度T采樣周期采樣頻率

SamplingRate，單位時間內(nèi)采集的樣本數(shù)，是采樣周期的倒數(shù)。CD-Audio采樣率為44.1kHz其他常用采樣率：22.05KHz，11.025KHz一般網(wǎng)絡(luò)和移動通信的音頻采樣率：8KHz量化深度

表示一個樣本的二進制的位數(shù)，即樣本的比特數(shù)。t量化值00.250.50.75-0.25-0.5-0.75e.g.CD-Audio16bits；移動通信8bits二、聲卡的結(jié)構(gòu)及工作原理聲卡的結(jié)構(gòu)DSPMixtureSynthesizerROMBusInterfaceRAMCD-ROMInterfaceLineoutLineinMICSpeakerMIDI/GAMECD-ROM功能模塊DSP:DigitalSignalProcessor-Sampling-quantization-codeanddecode:codec-D/A功能模塊Synthesizer:合成器-ItsfunctionalityisjustlikethesamecomponentinMIDIsystems.功能模塊ROMor/andRAM:波表（軟波表）-Storetherealmusicalinstrumentssoundsampleswhichcanbeusedinsynthesizing.TheROMiscalledWaveTable-TheRAMcanberefreshedbynewsamplesdata.ItiscalledSoftWaveTable功能模塊Mixture混聲器-filteringtodecreasenoise-mixingdifferentsoundsignals-switchingsingle/double-channel-adjustingofsoundvolume三、音頻編碼技術(shù)音頻編碼

指將模擬音頻轉(zhuǎn)換成數(shù)字音頻并以某種格式存儲的技術(shù)或過程。PCM編碼

即通過脈沖編碼調(diào)制方法生成數(shù)字音頻數(shù)據(jù)的技術(shù)或格式。Anti-aliasfilterWave-formcoderQuantizationAnalogoussignalinput

PCMcode(sampling)(AdjustingStep-sizeΔ)PCM的均勻量化

指量化階躍值是常數(shù)的PCM量化。（quantizationstepsize）samplesDigitaloutputSamplingStepsize非均勻量化

量化階躍為變量的PCM量化，又稱非線性量化。samplesDigitaloutputSamplingStepsizex1x2x3x4x5x6μ律壓擴（μ-lawcodec）

由μ系數(shù)調(diào)節(jié)的對數(shù)函數(shù)型非線性量化PCM編碼。Sgn(x)是x的極性符號μ

是壓擴系數(shù)-1≤x≤1μ

通常取255A律壓擴（A-lawcodec）

由A系數(shù)調(diào)節(jié)的分段函數(shù)型線性與非線性組合量化構(gòu)成的PCM編碼。0<|x|<1/A

1/A<|x|<1A通常取87.56增量調(diào)制編碼（DM）

通過增量起伏來記錄模擬音頻信號實際變化過程的數(shù)字音頻編碼。Codedoutputnoise設(shè)

量化間隔yi

輸入樣本值x[i]對應(yīng)yi的編碼輸出

y[i]yi的預(yù)測值，y[i+1]=y[i]±

DM算法描述y0=0；y[0]=0；

x[0]=1；for(ithsamplingnotend){if

(

x[i-1]==1)y[i]=y[i–1]+

；else

y[i]=y[i-1]-

；if(yi>y[i])x[i]=1elsex[i]=0;}初始化預(yù)測值計算編碼輸出自適應(yīng)差分脈沖編碼調(diào)制ADPCMTranslatethenonlinearinputintolinearPCMcodeAdaptiveQuantizationAdaptivePredictorAdaptiveun-Quantization+-++++32kbpsoutput64kbpsA-law/-lawPCMinput子帶自適應(yīng)差分脈沖編碼調(diào)制SUB-BANDADPCMForwardCross

FilterHighFrequencyADPCMcoderLowFrequencyADPCMcodermultiplexData-insertingcomponent16kbps48kbps0,8,16kbps64kbps部分語音編碼國際標(biāo)準(zhǔn)（G系列標(biāo)準(zhǔn)）NO.IDCODECDatarate1G.711PCM(μ-lawusedinNorthAmericaandJapan;A-lawusedinEuropeandChina)Samplingrate8KHz,8bitpersample,transmissionrate:64kbps2G.721ADPCMSamplingrate8KHz,4bitpersample,transmissionrate:32kbps3G.722SB-ADPCMSamplingrate8KHz,2bitpersampleofhighfrequency,6