Lch03 数字声音编码.ppt

Lch03_数字声音编码多媒体技术教程第3章数字声音编码
林福宗
清华大学计算机科学与技术系
******@.
2008年9月
12/21/2017
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第3章数字声音编码目录
声音简介
声音是什么
声音的频率范围
声音信号数字化
从模拟过渡到数字
模拟信号与数字信号
声音信号数字化
声音质量与数据率
声音工具
Windows自带的声音工具
声音编辑工具Goldwave
声音编辑工具Adobe Audition

脉冲编码调制(PCM)
PCM的概念
均匀量化
非均匀量化
PCM在通信中的应用
频分多路复用
时分多路复用
数字通信线路的数据传输率
增量调制与自适应增量调制
增量调制(DM)
自适应增量调制(ADM)
自适应差分脉冲编码调制
自适应脉冲编码调制(APCM)的概念
差分脉冲编码调制(DPCM)的概念
自适应差分脉冲编码调制(ADPCM)
ADPCM编译码器
SB-ADPCM编译码器
子带编码(SBC)
子带-自适应差分脉冲编码调制(SB-ADPCM)
GSM声音简介
话音编码标准摘要
编码算法的性能
话音编码标准
参考文献和站点
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3章数字声音编码
声音简介
声音是什么
声音是听觉器官对声波的感知,而声波是通过空气或其他媒体传播的连续振动
声音的强弱体现在声波压力的大小上,音调的高低体现在声音的频率上
声音用电表示时,声音信号在时间和幅度上都是连续的模拟信号,如图3-1所示
声波具有普通波所具有的特性,例如反射(reflection)、折射(refraction)和衍射(diffraction)等
图3-1 声音是一种连续的波
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3章数字声音编码
声音信号数字化
数字化的概念
采样和量化
连续时间的离散化通过采样来实现,就是每隔相等的一段时间采样一次,这种采样称为均匀采样(uniform sampling)
连续幅度的离散化通过量化(quantization)来实现,就是把信号的强度划分成一小段一小段,如果幅度的划分是等间隔的,就称为线性量化,否则就称为非线性量化。图3-2表示了声音数字化的概念
图3-2 声音的采样和量化
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3章数字声音编码
声音信号数字化(续1)
采样频率
采样频率由根据奈奎斯特理论(Nyquist theory)确定
奈奎斯特理论指出,采样频率不应低于声音信号最高频率的两倍,这样就能把以数字表达的声音还原成原来的声音,这叫做无损数字化(lossless digitization)
假设被采样信号的最高频率为fmax,则采样定律可用公式表示为
读者可这样来理解奈奎斯特理论
声音信号可看成是由许多正弦波组成的,一个振幅为A、频率为f的正弦波至少需要两个采样样本表示,因此,如果一个信号中的最高频率为fmax ,采样频率最低要选择2 fmax 。例如, kHz,采样频率就选为8 kHz
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3章数字声音编码
声音信号数字化(续2)
采样精度
度量声音波形幅度的精确程度,用每个声音样本的位数(即bps)表示
例如每个声音样本用16位表示,测得的声音样本值是在[0~65535]范围里的数,它的精度是1/65536
精度是在模拟信号数字化过程中度量模拟信号的最小单位,因此也称量化阶(quantization step size)
0~1 V的电压用256个数表示时,量化阶等于1/256 V
样本位数的大小影响到声音的质量,位数越多,声音质量越高,所需存储空间也越多;位数越少,声音质量就越低,所需存储空间也越少
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3章数字声音编码
声音信号数字化(续3)
采样精度的另一种表示方法是信号噪声比,简称为信噪比(signal-to-noise ratio,SNR),并用下式计算
其中,Vsignal表示信号电压,Vnoise表示量化噪声电压(模拟信号的采样值和与