音频信号的获取与处理
计算机音频处理入门掌握音频信号处理的基础知识
计算机音频处理入门掌握音频信号处理的基础知识计算机音频处理入门-掌握音频信号处理的基础知识导言：计算机音频处理是音频技术领域的重要组成部分，涉及到了音频信号的获取、存储、处理和输出等多个方面。
掌握音频信号处理的基础知识是理解和应用计算机音频处理的关键。
本文将介绍音频信号的基本概念、数字音频的采样与量化、音频编码以及常见的音频处理算法等内容，帮助读者入门并掌握计算机音频处理的基础知识。
一、音频信号概述音频信号是指可以被人耳听到的声音信号。
根据信号的特性，音频信号可以分为模拟音频信号和数字音频信号两种类型。
模拟音频信号是连续的信号，其数值在时间和幅度上都可以连续变化；而数字音频信号是离散的信号，将模拟音频信号经过采样和量化等过程转换成离散的数字信号。
二、数字音频的采样与量化数字音频的采样与量化是将模拟音频信号转换为数字音频信号的关键步骤。
采样是指对模拟音频信号进行时间上的离散化，将连续的时间上的信号转换为离散的时间点上的样本值；量化是指对模拟音频信号进行幅度上的离散化，将连续幅度的信号转换为离散幅度的量化值。
在数字音频中，采样率表示单位时间内对模拟音频信号进行采样的次数，常用的采样率有44.1kHz、48kHz等。
位深度表示对模拟音频信号进行量化时，采用多少二进制位来表示一个样本值，常用的位深度有16位、24位等。
采样率和位深度的选择决定了数字音频的信号质量和数据量。
三、音频编码音频编码是将数字音频信号进行压缩和格式化的过程，旨在减小数据量并方便存储和传输。
常见的音频编码格式有PCM、MP3、AAC等。
PCM（脉冲编码调制）是一种无损的音频编码格式，直接将采样后的音频信号进行编码，保留了原始音频信号的全部信息，但文件大小较大。
MP3（MPEG-1 Audio Layer III）是一种有损的音频编码格式，通过去除人耳听觉上不敏感的音频信号部分，实现了较高的压缩比率。
AAC（Advanced Audio Coding）是一种有损的音频编码格式，相比MP3具有更高的音频质量和压缩效率。
多媒体技术之音频信息的获取与处理PPT课件( 75张)
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
音频信号的拾取与处理技术
另外，因为ENG方式拍摄旳主要是新闻信息类节目，所以 话筒以及录音器材对于画面并无太大影响，有时话筒等录音器 材在画面出现反而会增长真实感。
当空气旳气流吹向麦克风时，振膜受振便会产生难听旳干扰噪声。尤其在外景录音，当风 吹过麦克风时，所录旳风声却与人耳听到旳截然不同，一点儿也听不出是风吹树叶旳沙沙声或吹 过屋旁旳潇潇声，而是某些砰砰声、隆隆声或爆裂声。在室内录音一般没有风旳问题，但当麦克 风追随声源而必须迅速移动时也会引起气流对振膜旳冲击，产生干扰噪声；另一种问题是在近距 离录音时，演员口中气流冲击麦克风，尤其是有些带有“破”、“拖”、“搏”旳字更易产愤怒 流，其发声气流冲击麦克风振膜时会产生讨厌旳爆破声。
中距离对 民族、美声唱法拾音 远距离对 美声唱法、乐器拾音 注：
5－20cm 15 左右 10－20cm 0
为了取得最大旳输出 电压 2
（1）当话筒与声源旳方位角成0 时，气流声会很轻易产生低频“pu”声；而 当话筒与声源成15 －30 时，音色旳低频、中频、高频都比较均衡。当话 筒置于45 －90 时，语音气流擦过话筒振膜，使音圈振动减小，所以低频 声音小，相对高频成份百分比增长，但总音量变小。
二、话筒旳选用
1、以话筒旳性能参数根据
指向性 敏捷度 频响特征 最大输入声压级 输出阻抗
A、指向性 话筒分为单一指向性和可变指向性两大类。前者只有如前面
所简介旳全向、双向、心型等指向性之一，而后者能够经过转换 开关旳切换，从而具有多种指向性。可变指向性话筒对于录音环 境和需要旳适应性较强，但价格却较为昂贵。
音频信号捕获与处理技术在语音识别中的应用教程
音频信号捕获与处理技术在语音识别中的应用教程随着人工智能技术的不断发展，语音识别成为了一项重要的研究领域。
在语音识别过程中，音频信号的捕获和处理技术起着至关重要的作用。
本文将介绍音频信号捕获与处理技术在语音识别中的应用，帮助读者了解该领域的基本原理和方法。
音频信号捕获是语音识别的第一步，目的是将环境中的声音转换成数字信号，以便后续的处理和分析。
最常用的音频采集设备是麦克风，它能将声音转换成电信号。
在选择麦克风时，需要考虑到其频率响应、信噪比、灵敏度等特性，以保证捕获到的音频信号具有足够的质量。
在音频信号捕获之后，接下来的关键步骤是信号的预处理。
预处理的目的是提高信号的质量和准确性。
常见的预处理方法包括去噪、滤波、增强等。
去噪技术能够有效降低环境噪声对语音信号的干扰，如常见的卷积神经网络去噪方法可以用于去除背景噪声。
滤波技术能够消除信号中的不必要频率成分，以提高信号的清晰度。
增强技术则可以加强信号的强度和明显度，使其更容易被识别。
语音识别的核心是特征提取。
特征提取的目的是将音频信号转换成有用的信息，用于模式识别和分类。
常用的特征提取方法包括短时能量、倒谱系数、梅尔频率倒谱系数等。
短时能量可以反映音频信号在不同时间段的能量分布情况，倒谱系数则通过傅里叶变换将时域信号转换成频域表示，梅尔频率倒谱系数则是计算音频信号在不同频率上的能量分布。
这些特征能够从不同角度描述音频信号的特性，提供有用的信息供语音识别算法使用。
特征提取之后，需要使用适当的模型对特征进行建模和分类。
常用的模型包括隐马尔可夫模型（HMM）和深度神经网络（DNN）等。
隐马尔可夫模型是一种统计模型，能够描述音频信号的时间序列特性和状态转移规律。
深度神经网络则是一种基于神经网络的模型，通过多层次的神经元和权重连接进行特征的学习和分类。
这些模型能够对特征进行有效的建模和分类，提高语音识别的准确性和鲁棒性。
除了以上的技术，语音识别中还涉及到其他一些重要的问题，如说话人识别、语音合成等。
音频处理的实验报告
一、实验目的1. 熟悉音频信号的基本概念和特性；2. 掌握音频信号的数字化方法；3. 熟悉音频信号的编辑、处理和效果添加；4. 学习音频信号的压缩编码和传输技术。
二、实验环境1. 硬件：计算机、音频采集卡、耳机、麦克风等；2. 软件：音频处理软件（如Audacity、Adobe Audition等）、音频编码软件（如FLAC、MP3等）。
三、实验内容1. 音频信号的采集与数字化（1）使用麦克风采集一段语音或音乐信号；（2）将采集到的信号导入音频处理软件；（3）调整采样率、量化位数等参数，完成音频信号的数字化。
2. 音频信号的编辑与处理（1）剪切：将音频信号进行剪切，实现音频片段的提取；（2）拼接：将多个音频片段进行拼接，实现音频信号的组合；（3）调整音量：调整音频信号的音量大小；（4）调整音调：调整音频信号的音调高低；（5）添加静音：在音频信号中添加静音片段；（6）添加效果：为音频信号添加各种效果，如淡入淡出、回声、混响等。
3. 音频信号的压缩编码（1）选择合适的音频编码格式（如MP3、AAC等）；（2）设置编码参数，如比特率、采样率等；（3）对音频信号进行压缩编码，生成压缩后的音频文件。
4. 音频信号的传输技术（1）了解音频信号传输的基本原理；（2）使用网络传输音频信号，如FTP、HTTP等；（3）了解音频信号传输中的常见问题及解决方法。
四、实验步骤1. 准备实验所需的硬件和软件；2. 采集音频信号，并进行数字化处理；3. 对音频信号进行编辑和效果添加；4. 选择合适的音频编码格式，对音频信号进行压缩编码；5. 使用网络传输音频信号，并进行接收与播放。
五、实验结果与分析1. 实验成功采集并数字化了一段音频信号；2. 通过音频处理软件，对音频信号进行了编辑和效果添加，实现了音频片段的提取、组合、音量调整、音调调整等；3. 使用MP3编码格式对音频信号进行了压缩编码，生成了压缩后的音频文件；4. 通过网络成功传输了音频信号，并进行了接收与播放。
音频信号处理技术应用教程
音频信号处理技术应用教程音频信号处理技术是现代通信和娱乐领域的重要组成部分。
它涉及从音频输入源获取和处理音频信号，以提高音频信号的质量和效果。
本文将介绍音频信号处理技术的基本原理和常见应用，旨在为读者提供一个全面的音频信号处理技术应用教程。
一、音频信号处理技术的基本原理音频信号处理技术主要涉及对音频信号的采集、转换、处理和重现。
音频信号通常由连续的模拟信号转换为离散的数字信号，然后对该数字信号进行处理，并最终转换为人们可以听到的声音。
1. 音频信号采集音频信号采集是将声音转化为电信号的过程。
最常用的方法是使用麦克风将声音中的声波转换为电压信号。
麦克风会将声波转换为模拟信号，并通过模数转换器（ADC）将模拟信号转换为数字信号。
2. 音频信号转换由于音频信号在数字领域中更容易处理和存储，所以音频信号通常需要转换为数字信号。
这个过程通常使用模数转换器（ADC）将模拟信号转换为数字信号。
模数转换器将连续的模拟信号转换为离散的数字信号，使得音频信号可以在数字平台上进行处理。
3. 音频信号处理音频信号处理是对数字信号进行处理的过程。
常见的音频信号处理技术包括滤波、均衡、降噪、增益控制等。
滤波用于去除不需要的频率分量，以改善音频信号的质量。
均衡可以调整不同频率的音量平衡，以达到更好的听觉效果。
降噪通过消除或减少背景噪声来提高音频信号的清晰度。
增益控制用于调节音频信号的音量水平。
4. 音频信号重现音频信号重现是将数字信号转换回模拟信号的过程，以产生人们可以听到的声音。
这个过程通常使用数字模拟转换器（DAC）将数字信号转换为模拟信号。
模拟信号然后通过扬声器或耳机播放出来。
二、音频信号处理技术的应用1. 电话通信音频信号处理技术在电话通信中起着重要作用。
通过音频信号处理技术，我们可以提高电话通话中的声音质量，减少噪音和回声。
例如，通过降噪技术可以去除电话通话中的背景噪音，使通话更加清晰。
音频信号处理技术还可以用于语音识别和语音合成，实现自动语音服务和语音交互。
音频信号的采集与处理技术综述
音频信号的采集与处理技术综述音频信号的采集与处理技术在现代通信、音乐、语音识别和声音处理等领域有着广泛的应用。
本文将对音频信号的采集与处理技术进行综述，为读者介绍相关的原理、方法和应用。
一、音频信号的采集技术音频信号的采集是指将声音转化为数字形式，以便后续的处理和存储。
主要的音频信号采集技术包括模拟声音录制、数字声音录制和实时音频采集。
模拟声音录制是早期常用的技术，通过麦克风将声音转化为电信号，再经过放大、滤波等处理，最终得到模拟音频信号。
然而，由于模拟信号具有易受干扰、难以传输和存储等缺点，逐渐被数字声音录制技术所取代。
数字声音录制技术利用模数转换器（ADC）将模拟音频信号转化为数字形式，再进行压缩和编码，最终得到数字音频文件。
这种技术具有抗干扰性强、易于传输和存储的优点，广泛应用于音乐录制、广播电视和多媒体等领域。
实时音频采集技术是指能够实时地获取声音信号，并进行处理和分析。
这种技术常用于声音识别、语音合成和实时通信等场景，要求采样率高、延迟低，并能够处理多通道信号。
二、音频信号的处理技术音频信号的处理技术包括音频编码、音频增强和音频分析等方面。
这些技术能够对音频信号进行压缩、去噪、降噪和特征提取等操作，提高音频的质量和准确性。
音频编码技术是指将音频信号转化为数字数据的过程，常用的编码方法有PCM编码、MP3编码和AAC编码等。
PCM编码是一种无损编码方法，能够保持原始音频信号的完整性；而MP3和AAC编码则是有损压缩方法，能够在降低数据量的同时保持较高的音质。
音频增强技术用于提高音频信号的清晰度和可听性。
常见的音频增强方法包括降噪、回声消除和均衡器等。
降噪技术通过滤波和频域分析等方法，减少环境噪声对音频信号的影响；回声消除技术通过模型估计和滤波等方法，抑制声音的反射和回声；均衡器技术则用于调整音频信号的频率和音量，使其在不同场景下具有更好的效果。
音频分析技术用于提取音频信号的特征和信息。
常用的音频分析方法包括频谱分析、时域分析和时频分析等。
音频信号处理的基本原理与方法
音频信号处理的基本原理与方法随着社会的发展和科技的进步，音频信号处理作为一种重要的技术手段在各个领域得到了广泛的应用，例如音乐、通信、广播、语音识别、智能家居等。
那么，什么是音频信号处理？它的基本原理和方法又是什么呢？一、音频信号的特点音频信号是指在时间域、频率域或谱域内表达声音信息的信号，其主要特点包括以下几个方面：1. 声压级：音频信号的功率很低，一般以微伏（µV）或毫伏（mV）的级别存在。
2. 频率分布：音频信号覆盖的频率范围比较广，一般在20Hz到20kHz之间。
3. 非线性：声音的响度和音调会因为感知器官的特性而呈非线性关系。
4. 同步性：音频信号具有实时性，需要在短时间内完成处理。
二、音频信号处理的基本技术1. 信号采集：音频信号必须通过麦克风等采集设备获取，通常采用模拟信号采集和数字信号采集两种方式。
2. 信号滤波：音频信号中包含噪声和干扰，需要通过滤波技术进行降噪、去除杂音等处理，以提高信号的纯度和质量。
3. 预加重：由于音频信号中低频成分比高频成分更容易受到衰减，预加重技术可以在记录信号前提高高频分量的幅度，降低低频分量的幅度，以达到更好的平衡。
4. 压缩和扩展：针对音频信号的动态范围较大，采用压缩和扩展技术可以调整音量，保证整个音频的响度均衡。
5. 频率变换：频率变换技术可以把音频转化为频谱图谱，以便进行频谱分析、合成等处理。
6. 频谱分析：将音频信号转化为频谱图谱，可以根据不同频率成分的强度和分布，进行干扰分析、信号识别等处理。
7. 音频编解码：针对音频信号的压缩、传输和存储，需要采用压缩编码技术，通常采用的编码格式包括MP3、AAC、OGG等。
三、音频信号处理的应用1. 音乐领域：音频信号处理在音乐合成、混音、降噪、音质改善等方面都有广泛的应用，能够提高音乐的质量和观感效果。
2. 通信领域：音频信号处理在电话、无线通信、语音会议等方面都有广泛应用，能够提高通信质量和稳定性。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
随着计算机技术的发展，特别是海量存储设备和 大容量内存在计算机上的实现，对音频媒体进行 数字化处理便成为可能。数字化处理的核心是对 音频信息的采样，通过对采集到的样本进行加工 ，生成各种效果。音频信息在多媒体中的应用是 极为广泛的，当计算机配有声卡和音箱后，就能 够发出各种悦耳的声音，尤其是视频图像配以娓 娓动听的音乐和语音，使计算机的操作得以藉由 视觉以外的听觉加以辅助而成为一种愉快的过程 。静态或动态图像配以解说和背景音乐，可使图 像充满生气；立体声音乐可增加空间感，使人身 临其境；语音电子邮件，听声如见其人，游戏中 的音响效果对于渲染气氛则为显得更为重要；此 外，在多媒体通信中，可视电话、电视会议、这 些都离不开数字化音频处理技术。
第2章 音频信息的获取与处理
声音是多媒体信息的一个重要组成部分, 也是表达思想和情感的一种必不可少的媒体 。无论其应用目的是什么，声音的合理使用 可以使多媒体应用系统变得更加丰富多彩。 在多媒体系统中，音频可被用作输入或输出 。输入可以是自然语言或语音命令，输出可 以是语音或音乐，这些都会涉及到音频处理 技术。
2020/9/28
•2.1 音频信号及其概念
2.1.1 声音处理技术历史回顾
语言、音乐和各种自然声是以声波为载体传递信息的基 本形式 。人类很早就开始研究声音，并利用当时已掌握了 的声音的某些规律来制造乐器、进行建筑设计或传声装置 设计，使发出的声音传得更远。可是几千年来，人类只能 凭耳朵来辨别声音的高低、强弱，而不能把声音记录和储 存起来。所以与其他研究领域相比，声学的研究相对滞后 。直到19世纪爱迪生发明了留声机，人们才能用机械的方 法把各种声音记录在唱片上。可是声音、机械振动不容易 传递，也不容易放大，机械方法很不方便。随着电学、电 子学的发展，人们开始尝试记录下这些真实的声音，利用 把声的振动转换成电信号的原理，使声音的记录成为可能 。最终电声技术获得了迅速发展。
周期
基线
2020/9/28
2.1.4 声音的A/D与D/A转换
模拟信号很容易受到电子干扰，因此随着技术 的发展，声音信号就逐渐过渡到了数字存储阶段， A/D转换和D/A转换技术便应运而生。这里，A代表 Analog”（类比、模拟），D代表“Digital ”（数字、 数码），A/D转换就是把模拟信号转换成数字信号的 过程，模拟电信号变为了由“0”和“1”组成的Bit 信号。这样做的好处是显而易见的，声音存储质量 得到了加强，数字化的声音信息使计算机能够进行 识别、处理和压缩，这也就是为什么如今磁带逐渐 被淘汰，CD唱片却趋于流行的原因。
2020/9/28
电声技术把声信号转换成电信号，经扩声 系统直接进行扩声；或者将其信号利用磁 带、CD或其他存储形式，使声音可超越时 间和空间，通过重放系统将其信号（字 的或模拟的）经过放大，由扬声器或耳机 转换成声信号，进入最后的终端---人耳， 以实现任何时间和地点的声音重现。电声 转换、音频信号的存储、重放技术、加工 处理技术以及数字化音频信号的编码、压 缩、传输、存取、纠错等技术，是音频技 术的主要对象。
2020/9/28
用声音录制软件记录的英文单词“Hello”的语音实际波形
2020/9/28
2.1.3 模拟音频信号的物理特征
模拟音频信号有两个重要参数：频率和幅度。 声音的频率体现音调的高低，声波幅度的大小体现 声音的强弱。
一个声源每秒钟可产生成百上千个波，我们把 每秒钟波峰所发生的数目称之为信号的频率，单位 用赫兹(Hz)或千赫兹(kHz)表示。例如一个声波信号 在一秒钟内有5000个波峰，则可将它的频率表示为 5000Hz或5kHz。人们在日常说话时的语音信号频率 范围在300Hz～3000Hz之间。频率小于20 Hz的信号 称为亚音(Subsonic)；频率范围为20Hz～20kHz的信号 称为音频(Audio)，高于20kHz的信号称为超音频 (Ultrasonic)。
2020/9/28
与频率相关的另一个参数是信号的周期。 它是指信号在两个峰点或谷底之间的相对时间 。周期和频率之间的关系是互为倒数。
信号的幅度是从信号的基线到当前波峰的 距离。幅度决定了信号音量的强弱程度。幅度 越大，声音越强。对音频信号，声音的强度用 分贝(dB)表示，分贝的幅度就是音量。
幅度 限
我们之所以能听到日常生活中的各种声音信息 ，其实就是不同频率的声波通过空气产生震动，刺 激人耳的结果。在物理上，声音可用一条连续的曲 线来表示。这条连续的曲线无论多复杂，都可分解 成一系列正弦波的线性叠加。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。因声波是在时间和幅度上都连续变化的量， 我们称之为模拟量。
2020/9/28
2.1.2 音频信号的形式
在日常生活中，音频(Audio)信号可分为两类：
语音信号和非语音信号。语音是语言的物质载体， 是社会交际工具的符号, 它包含了丰富的语言内涵 ，是人类进行信息交流所特有的形式。非语音信号 主要包括音乐和自然界存在的其他声音形式。非语 音信号的特点是不具有复杂的语义和语法信息，信 息量低、识别简单。
A/D转换的一个关键步骤是声音的采样和量化 ，得到数字音频信号，它在时间上是不连续的离散 信号。
2020/9/28
电声技术是研究可听声频率范围内声音的产生、 传播、存储、重放和接收的技术。顾名思义，电 声技术是依靠“电”来记录并播放声音的，其基 本原理是通过电压来产生模拟声波变化的电流信 号，并记录下来，灌录成早期的唱片或磁带，这 种电流信号便被称之为“模拟信号”。传统的声 音记录方式就是将模拟信号直接记录下来，例如 磁带录音和密纹唱片就是将声音拾取处理后以磁 记录或机械刻度的方式记录下来，此时磁带上磁 极的变化或密纹唱片音槽内的纹路起伏变化都是 与声音信号的变化相对应、成正比的。这里，密 纹唱片、盒式磁带等是记录储存这种模拟声音信 号的载体，而能够播放和（或）记录这些软件的 信号处理设备，诸如电唱机、磁带录音机等，则 称为模拟音响设备。