第2章音频处理技术.ppt

第2章音频处理技术
虽然高于20kHz频率的声音人耳听不到，但由于人的声学心理特性，可感觉到它的存在。因此，有的音响产品的工作频率上限为50kHz，甚至调音台的最高工作频率设计到100kHz。
声音信号可被分解和复合，可以从中抽出声的声压大于另一个声源，双耳将会产生声压级差。使听者感受的声源（声像）位置向强度较大的声源方向移，使人感受到声音的立体感。
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空间感
一个声源发出的声音同时向各个方向散开，其发散的角度取决于声源所具有的指向性，发散的声波有一小部分直接传给听者，而大部分会被空间表面反射，然后到达听者。由于直接和经反射到达听者的两个声音途径存在差别（取决于环境）而带来时间差。当时间差超过一定数量时，听者会听到先后到达的两个声音，从而产生回音。经多次反射，造成余声。即使声源已停止发声，但听者仍能听到声音存在。
回声与余音的感觉可使听者感受出房间体积大小、房间高低及内表面结构上的差异，这便是空间感。
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(1) 频带宽度
音频信号所包含的谐波分量越丰富，音色越好。在广播通信和数字音响系统中，以声音信号所包含的谐波分量的频率范围来衡量声音的质量，即带宽。
不同质量的声音的频带对比示意图
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(2)动态范围
动态范围越大，说明音频信号强度的相对变化范围越大，音响效果越好。
动态范围一般用dB为单位来计量。
FM广播的动态范围约60dB，
AM广播的动态范围约40dB。
CD—DA的动态范围约100dB，
数字电话约50dB。
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(3)信噪比
信噪比SNR(Signal Noise Ratio)是有用信号与噪声之比的简称，即有用信号的平均功率与噪声的平均功率之比
信噪比大，在一定程度上能够掩蔽噪声，从而获得较好的声音效果。
信噪比不仅是声音设备的性能指标，在声音的录制和播放时，也要注意环境噪声。录制时应尽可能减小环境噪音。输出时应使音量适当大，以减少环境噪音对听音的影响。
一般话筒和音箱的信噪比在75dB以上。声卡的信噪比在85～95dB。
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2．2 数字音频

数字化就是将连续信号变成离散信号。
对音频信号，首先在时间上离散，取有限个时间点，称为采样。
然后在幅度上离散，取有限个幅度值，称为量化。
再将得到的数据表示成计算机容易识别的格式，称为编码。
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(1) PCM编码
PCM是一种把模拟信号转换成数字信号的最基本的编码方法，它主要包括采样、量化和编码3个过程。
采样是每隔一定的时间测量一次声音信号的幅值，把时间连续的模拟信号转换成时间离散、幅度连续的采样信号。如果采样的时间间隔相等，这种采样称为均匀采样；
量化是按“四舍五入”或其他方法将采样得到的数值限定在几个有限的数值中，将采样信号转换成时间离散、幅度离散的数字信号；
编码（coding）是将量化后的信号转换成一个二进制码组输出。比如，量化得到的数据中只会出现两个数值51和80，则只用一位二进制的数表示即可，用0表示51，用1表示80。若量化级别为256（有256级量化数据），则可用8位二进制数表示，这种编码方法称为自然编码。
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模拟声音信号的采样和量化过程示意
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设一个连续信号的波形可以表示为
设采样频率为21Hz，[-10，10]内的量化间隔取为1，试计算出该信号0到1秒内的量化数据(p29)。
。
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设采样频率为21Hz，[-10，10]内的量化间隔取为1，试计算出该信号0到1秒内的量化数据。
在0-1秒内，取21个采样点。在1、1/20、2/20、……19/20、1秒时刻采样，将采样得到的数值取整，即得到量化数据。
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表2-1 连续波形的数字化
序号 采样点 采样数据 量化值 序号 采样点 采样数据 量化值
0 9 11 - -9
1 - -8 12 5
2 1 13 - -3
3 1 14 0
4 0.