第5讲—第二章 数字音频处理技术(2)

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（对应书中第六章） 对应书中第六章）
思考题
数据压缩技术
主要内容
基本概念 ■ 信息熵概念 信息熵概念 ■ 数据压缩必要性 ■ 数据压缩条件 ■ 数据冗余 ■ 数据压缩算法性能指标 ■ 数据压缩算法分类 ■ 统计编码 行程长度压缩 霍夫曼编码 算术编码 词典编码 ■ 预测编码 ■ 变换编码 JPEG 编码 ■ JPEG三个标准 三个标准 ■ JPEG编码和解码模型 编码和解码模型 离散余弦变换 量 化 DC和AC系数的编码 和 系数的编码 熵编码 MPEG 编码
●合成器
合成器是一种将MIDI文件中的数字信号转换成声音波形的电子设备。 文件中的数字信号转换成声音波形的电子设备。 合成器是一种将 文件中的数字信号转换成声音波形的电子设备 常用的MIDI合成器有 合成器和 合成器有FM合成器和 合成器二种类型。 常用的 合成器有 合成器和WAVETABLE合成器二种类型。 合成器二种类型
●电子音乐合成
使用计算机利用声音合成技术生成音乐的技术称为电子音乐合 成。
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MIDI文件与 文件与WAV文件比较 文件与 文件比较
●MIDI指令 指令
MID数据是一套指令，它指示乐器即MIDI设备做了什么，怎么做 数据是一套指令，它指示乐器即 设备做了什么， 数据是一套指令 设备做了什么 如演奏音符、加大音量、生成音响效果等。 的，如演奏音符、加大音量、生成音响效果等。
●音序器
音序器是一种记录、编辑和生成 文件的软件。 音序器是一种记录、编辑和生成MIDI文件的软件。它将乐曲的 文件的软件 数字化信息按时间或节拍顺序记录下来， 数字化信息按时间或节拍顺序记录下来，根据用户的要求进行编辑 修改或创作MIDI文件。最后把 文件。 文件送到合成器， 、修改或创作 文件 最后把MIDI文件送到合成器，经合成后自 文件送到合成器 动演奏播放。 动演奏播放。
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机构造的MIDI系统 用PC机构造的 机构造的 系统
MIDI接口和 接口和MIDI 接口和 声音模块组合在PC声卡 声音模块组合在 声卡 上。称为合成器 (synthesizer)。 。
在这个系统中， 机使用内置的 机使用内置的MIDI接口卡，用来把 接口卡， 在这个系统中，PC机使用内置的 接口卡 用来把MIDI数 数 据发送到外部的多音色MIDI合成器模块。像多媒体演示程序、教育 合成器模块。 据发送到外部的多音色 合成器模块 像多媒体演示程序、 软件或者游戏等应用软件，它们把信息通过PC总线发送到 总线发送到MIDI接 软件或者游戏等应用软件，它们把信息通过 总线发送到 接 口卡。 接口卡把信息转换成MIDI消息 消息(MIDI messages)，然后 口卡。MIDI接口卡把信息转换成 接口卡把信息转换成 消息 ， 送到多音色声音模块同时播放出许多不同的乐音，例如钢琴声、 送到多音色声音模块同时播放出许多不同的乐音，例如钢琴声、低 音和鼓声。 音和鼓声。
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MIDI音乐的合成处理过程 MIDI音乐的合成处理过程 调频合成 作曲软件 电子乐器
MIDI消息 消息
MIDI 合成器
音响设备
波表合成 多媒体个人计算机MPC(Multimedia PC)规范就要求 声卡上 规范就要求PC声卡上 多媒体个人计算机 规范就要求 必须有这样的声音模块，称为合成器(synthesizer)。 必须有这样的声音模块，称为合成器 。 音源 演奏控制器 合成器 混频器
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数据压缩技术
教学要求
1. 了解常见的多媒体数据压缩编码的原理 2. 了解动态图象压缩编码标准 了解动态图象压缩编码标准MPEG 3. 理解行程长度编码、预测编码和变换编码原理 理解行程长度编码、 4. 掌握信息熵的概念 5. 掌握信息冗余的基本概念和分类 6. 掌握多媒体数据压缩码的必要性、可能性及分类 掌握多媒体数据压缩码的必要性、 7. 掌握哈夫曼编码的原理和算法 8. 掌握 掌握JPEG压缩编码的原理和算法 压缩编码的原理和算法
录制
编辑
转换
播放
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计算机音乐 计算机音乐是由音序器创作、修改和编辑乐谱， 计算机音乐是由音序器创作、修改和编辑乐谱，经过合成器把数字 乐谱变换成模拟声音波形，再经过混频器混合后送到音箱播放出音乐。 乐谱变换成模拟声音波形，再经过混频器混合后送到音箱播放出音乐。 计算机音乐系统组成的三要素为： 计算机音乐系统组成的三要素为： 演奏控制器、音源和 演奏控制器、音源和MIDI接口 接口 ●计算机演奏音乐 计算机演奏音乐 可以利用计算机， 可以利用计算机，通过波形组合或声音取样来构造发音的键盘 乐器，它可以将其中的声音加以改造、重组并创造新的音色。 乐器，它可以将其中的声音加以改造、重组并创造新的音色。如用 VB程序实现的电子琴程序。 程序实现的电子琴程序。 程序实现的电子琴程序
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数字音乐合成技术 ● FM Synthesis， 调频合成法 ， FM合成是通过振荡器产生正弦波，然后再叠加成各种乐器的波 合成是通过振荡器产生正弦波， 合成是通过振荡器产生正弦波 形。 由于振荡器成本较高，即使是OPL3这类高档的 合成器也只提 由于振荡器成本较高，即使是 这类高档的FM合成器也只提 这类高档的 供了4个振荡器 仅能产生20种复音 因此MIDI音乐听起来生硬呆板， 个振荡器， 种复音。 音乐听起来生硬呆板， 供了 个振荡器，仅能产生 种复音。因此 音乐听起来生硬呆板 带有明显的人工合成色彩，即所谓的电子声。 带有明显的人工合成色彩，即所谓的电子声。 ● Wavetable Synthesis，波表合成法 ， 波表合成是采用真实的声音样本进行回放。 波表合成是采用真实的声音样本进行回放。声音样本记录了各种 真实乐器的波形采样，并保存在声卡上的ROM或RAM中。 真实乐器的波形采样，并保存在声卡上的 或 中 通过波表合成的声音比FM合成的声音更为丰富和真实， 通过波表合成的声音比 合成的声音更为丰富和真实，但由于 合成的声音更为丰富和真实 需要额外的存储器贮存音色库，因此成本也较高。而且音色库越大， 需要额外的存储器贮存音色库，因此成本也较高。而且音色库越大， 所需的存储器就越多，相应地成本也就越高。 所需的存储器就越多，相应地成本也就越高。
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MIDI有关概念 有关概念 ● MIDI接口标准 接口标准 各个MIDI设备通过专用的串行电缆 设备通过专用的串行电缆(MIDI线)连接， 并以 31.25 连接， 各个 设备通过专用的串行电缆 线 连接 KBPS 的速度传送着数字音乐信息。 的速度传送着数字音乐信息。
MIDI
Thru
Out
In
（对应书中第九章） 对应书中第九章）
思考题
数字音频处理技术
主要内容
基本概念 ■ 声音概念 ■ 声音频率分布 ■ 音质与数据量 ■ 数字音频文件的种类 音频数字化 ■ 声音的采样量化 ■ 采样过程简介 MIDI 音频 ■ MIDI文件与 文件与WAV文件 文件与 文件 ■ MIDI音频数字化 音频数字化 ■ MIDI 音频处理 ■ 计算机音乐 处理声音 ■ 转换采样频率 ■ GoldWave软件 软件 ■ 设定编辑区域 ■ 简单编辑 ■ 使用剪贴板 ■ 合成声音 ■ 增加效果 ■ 调整固有音量
●MIDI文件 文件
MID文件是 文件是MIDI指令的集合，文件后缀 指令的集合， 文件是 指令的集合 文件后缀.MID，记录乐曲演奏的 ， 音符和乐器，而不是乐曲本身，所以MIDI音频的存储量较小，1小时 音频的存储量较小， 小时 音符和乐器，而不是乐曲本身，所以 音频的存储量较小 的乐曲其MIDI文件数据为 文件数据为1MB。 的乐曲其MIDI文件数据为1MB。 WAV文件 WAV文件 特点： 特点： [1] 真实记录自然声波形 [2] 使用设备录制声音 [3] 数据量大
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MIDI有关概念 有关概念
●通道
通道是一种音乐信息的传输路线。 通道是一种音乐信息的传输路线。每个通道可以传输一种乐器的 音符信息。 音符信息。 单个物理MIDI通道 通道(MIDI channel)分成 个逻辑通道，每个 分成16个逻辑通道 单个物理 通道 分成 个逻辑通道， 逻辑通道可指定一种乐器，如图所示。在MIDI信息 逻辑通道可指定一种乐器，如图所示。 信息(MIDI 信息 messages)中，用4个二进制位来表示这 个逻辑通道。音乐键 个二进制位来表示这16个逻辑通道 中 个二进制位来表示这 个逻辑通道。 盘可设置在这16个通道之中的任何一个 个通道之中的任何一个， 盘可设置在这 个通道之中的任何一个，而MIDI声源或者声音模 声源或者声音模 块可被设置在指定的MIDI通道上接收。 通道上接收。 块可被设置在指定的 通道上接收
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信息熵 信源（消息集） 信源（消息集） X={x1,…,xn} 编码器 编码输出集 Z={z1,…,zn}
● 熵(Entropy)的概念 的概念
符号集 Am={a1,…,am}
STOP
MIDI文件 MIDI文件 特点： 特点： 纪录音符、时值、 [1] 纪录音符、时值、通道 [2] 使用电子键盘乐器 [3] 数据量小
STOP 5
MIDI有关概念 有关概念
●演奏控制器
演奏控制器是一种输入和记录实时乐曲演奏信息的设备，例如： 演奏控制器是一种输入和记录实时乐曲演奏信息的设备，例如： 钢琴模拟键盘、电子琴、电子吉它、电子手风琴等。 钢琴模拟键盘、电子琴、电子吉它、电子手风琴等。
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MIDI 音频
●MIDI定义 定义
将乐器演奏时的音高、音长和力度等指令信息通过MIDI控制器 将乐器演奏时的音高、音长和力度等指令信息通过MIDI控制器 MIDI 输入计算机，以文件的形式存储。 输入计算机，以文件的形式存储。回放时经过合成器把指令信息转 换成声音信号，再由混音器生成声波。 换成声音信号，再由混音器生成声波。 MIDI —Musical Instrument Digital Interface 乐器数字化接口 用于在音乐合成器、乐器和计算机之间交换音乐信息的一种 用于在音乐合成器、 标准协议。 标准协议。 Nhomakorabea2