了解计算机的声音处理技术
《音频处理技术》PPT课件
如磁带的动态范围为50dB～60dB， CD光盘96dB， 磁光盘录放音机105dB。
刘海燕
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动态范围可以用信号的相对强度表示：
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0.80 -9.36672 -9
…… ……
……
9 0.45 -1.63831 -2 10 0.50 7.89216 8
20 1.00 4.40090
刘海燕
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对于CD—DA，采样频率为44.1kHz，即每 秒取44100个点。幅度的取值范围是限制在 216=65 536以内，量化间隔为1，即量化幅 度可以取65 536个不同的值，计算机中用 16位的存储空间就可以表示一个量化后的 数值。动态范围为20×1g(216)≈96dB
声波可以用一条连续的曲线来表示，它在时间和幅度上都是连续的 ，称为模拟音频信号。
在任一时刻，声波可以分解成一系列正弦波的线性叠加：
刘海燕
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正弦波
刘海燕
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声音的物理特性
周期/频率/带宽
两个相邻波之间的时间长度为周期T ，单位为秒；
每秒钟声源振动的次数称为频率f，单位Hz；
f=1/T
描述组成复合信号的频率范围，称为带宽。
声音信号可被分解和复合，可以从中抽出若干 个单一的正弦信号，也可以用若干个单一的正 弦信号来合成任意波形的复合信号，如合成语 音和合成音乐等
刘海燕
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声压和声强
声波在空气媒质中是以空气中的分子振动形成疏密而 传播。它造成空气中的气压发生大小变化，相当于在 无声波下空气中的气压上叠加一个变化的压强，叠加 上的压强称为声压，记作P。单位有帕斯卡（Pa）和微 巴（μbar）。
多媒体信息处理技术音频处理技术
1、媒体和多媒体媒体（Media）是人与人之间实现信息交流的中介，简单地说，就是信息的载体，也称为媒介。
多媒体就是多重媒体的意思，可以理解为直接作用于人感官的文字、图形、图像、动画、声音和视频等各种媒体的统称，即多种信息载体的表现形式和传递方式。
其实在传播学中，使用媒价来表示传递信息的手段、方式或载体，用媒体来表示传播活动的组织、机构或人员，但人们在计算机中已经约定俗成的使用多媒体来表示信息的手段、方式或载体，比如视频，音频等。
2、多媒体的特点：（1）集成性能够对信息进行多通道统一获取、存储、组织与合成。
（2）控制性多媒体技术是以计算机为中心，综合处理和控制多媒体信息，并按人的要求以多种媒体形式表现出来，同时作用于人的多种感官。
（3）交互性交互性是多媒体应用有别于传统信息交流媒体的主要特点之一。
传统信息交流媒体只能单向地、被动地传播信息，而多媒体技术则可以实现人对信息的主动选择和控制。
（4）非线性多媒体技术的非线性特点将改变人们传统循序性的读写模式。
以往人们读写方式大都采用章、节、页的框架，循序渐进地获取知识，而多媒体技术将借助超文本链接（Hyper Text Link）或其他方法，把内容以一种更灵活、更具变化的方式呈现给读者。
（5）实时性当用户给出操作命令时，相应的多媒体信息都能够得到实时控制。
（6）信息使用的方便性用户可以按照自己的需要、兴趣、任务要求、偏爱和认知特点来使用信息，任取图、文、声等信息表现形式。
（7）信息结构的动态性“多媒体是一部永远读不完的书”，用户可以按照自己的目的和认知特征重新组织信息，增加、删除或修改节点，重新建立链。
3、多媒体系统的组成多媒体硬件系统、多媒体操作系统、媒体处理系统工具和用户应用软件。
（1）多媒体硬件系统：包括计算机硬件、声音/视频处理器、多种媒体输入/输出设备及信号转换装置、通信传输设备及接口装置等。
其中，最重要的是根据多媒体技术标准而研制生成的多媒体信息处理芯片和板卡、光盘驱动器等。
声卡技术解析
声卡技术解析在计算机领域中，声卡是一种用于处理和播放声音的硬件设备。
它扮演了重要的角色，使我们能够在电脑上进行音频输入和输出。
本文将对声卡技术进行解析，并探讨其在音频处理和娱乐方面的应用。
一、声卡的基本原理声卡的基本原理是将电脑内部的数字信号转换为模拟声音信号，并提供输入和输出功能。
声卡通常由多个部件组成，包括模数转换器（ADC）、数模转换器（DAC）、音频编解码器等。
1. 模数转换器（ADC）模数转换器将模拟声音信号转换为数字信号。
它通过取样和量化将连续的模拟信号转换为离散的数字数据，以便计算机能够处理。
声卡中的ADC通常具有不同的采样率和比特深度，用于调整声音的质量和准确性。
2. 数模转换器（DAC）数模转换器将数字信号转换回模拟声音信号。
它将计算机生成的数字音频数据转换为模拟电流或电压，以便驱动扬声器或耳机播放声音。
与ADC类似，DAC也具有不同的采样率和比特深度，以满足不同应用中的需求。
3. 音频编解码器音频编解码器是声卡中的另一个重要组件。
它负责对音频信号进行压缩和解压缩，以便在传输和存储过程中减小数据量。
编解码器使用不同的算法和编码格式，如MP3、AAC等，以提高音频的传输效率和保真度。
二、声卡的应用领域声卡在计算机领域中有广泛的应用，涵盖了音频处理、语音通信、游戏娱乐等多个方面。
1. 音频处理声卡在音频处理领域发挥着重要的作用。
它可以用来录制、编辑和混音音频文件，满足专业音乐制作和音频编辑师的需求。
声卡还可以提供高保真度的音频输出，适用于音乐欣赏和高品质游戏体验。
2. 语音通信声卡的另一个重要应用是语音通信。
通过麦克风输入和扬声器输出，声卡可以实现语音聊天、网络电话和语音识别等功能。
这在商务会议、在线游戏和语音助手等场景中广泛使用。
3. 游戏娱乐在游戏娱乐领域，声卡的功能则更为丰富。
声卡可以提供3D环绕音效，使玩家获得更真实、沉浸式的游戏体验。
此外，声卡还支持游戏语音和聊天功能，使玩家能够实时与其他玩家进行交流。
第四章 数字音频处理技术
4.3.2 MIDI音乐的制作原理
1. MIDI音乐的产生过程
2. MIDI通道
当MIDI设备交流信息时，需要遵循一定的事件序
列。例如，两个MIDI设备在建立连接之后首先要做的
事情就是在使用相同的MIDI通道方面达成一致。MIDI 可以在16个这样的通道上进行操作，这些通道用数字 分别标记为0～15。只要两个MIDI设备进行交流，就必 须使用相同的通道。对电脑合成音乐，每个逻辑通道 可指定一种乐器，音乐键盘可设置在这16个通道之中 的任何一个，而MIDI声源或者声音模块可被设置在指 定的MIDI通道上接收。
GoldWaved的界面与窗口
GoldWaved的界面
4.3 音乐合成与MIDI
音乐合成的方式根据一定的协议标准，使 用音乐符号来记录和解释乐谱，并组合成相应 的 音 乐 信 号 ， 这 就 是 MIDI （ musical instrument digital interface，乐器数字接 口）。
在音频数字化过程中，采样指的是以固定 的时间间隔T对模拟信号（音频信号）进行取 值。固定的时间间隔T称为采样周期，1/T称为
采样频率（fs）。采样后得到的是一个离散时
间信号。采样时间间隔T越短，也就是采样频 率越高，声音数据在后期播放时保真度越好。
2. 量化
采样后的音频信号需要经过量化，使信号幅度转 变为有限的离散数值。这种由有限个数值组成的信号 就称为离散幅度信号。 例如，假设输入电压的范围是0V～7V，并假设它 的取值只限定在0，1，2，„，7共8个值。如果采样得 到的幅度值是1.2V，则它的取值就应是1V，如果采样 得到的幅度值是2.6V，则它的取值就应是3V等。 这种数值就称为离散数值，即量化值。量化之后 得到的是时间离散、幅度离散的数字信号。
什么是计算机语音识别请解释几种常见的语音识别算法
什么是计算机语音识别请解释几种常见的语音识别算法计算机语音识别是指计算机通过处理声音信号，将其转化为可理解及处理的文字或指令的技术。
它的主要目标是将说话人的语音输入转化为计算机能够理解和处理的文本或命令，从而实现人机交互。
计算机语音识别的实现通常依赖于多种算法和技术，下面将介绍几种常见的语音识别算法。
1. 基于模板匹配的语音识别算法：基于模板匹配的算法是最早被使用的语音识别算法之一。
它通过将每个语音信号片段与事先存储的模板进行匹配，从而确定其对应的文字或指令。
这种方法的缺点是需要事先录制大量的语音样本作为模板，且对讲话者的语速和音调较为敏感。
2. 隐马尔可夫模型（Hidden Markov Model，HMM）算法：HMM是一种常用的统计模型，被广泛应用于语音识别领域。
在语音识别中，HMM模型用来描述语音信号的声学特征与对应文本之间的关系，通过对比不同声学特征序列与模型的匹配度，确定最有可能的文本输出。
HMM算法优势在于对语速和音调的适应性较强，但在处理长句子或上下文信息较多的情况下效果较差。
3. 马尔可夫链条件随机场（Conditional Random Fields，CRF）算法：CRF是在HMM的基础上发展而来的一种概率图模型，它主要用于解决序列标注任务，如语音识别中的音素识别。
CRF算法考虑了上下文信息的影响，能够更好地捕捉不同音素之间的依赖关系，对于语音识别任务有较好的效果。
4. 深度学习算法：近年来，深度学习技术的兴起对语音识别带来了革命性的影响。
深度学习算法，如卷积神经网络（Convolutional Neural Network，CNN）和循环神经网络（Recurrent Neural Network，RNN）、长短时记忆网络（Long Short-Term Memory，LSTM）等，具有强大的学习能力和自适应性，能够自动提取和学习输入语音信号的特征，从而实现更准确和鲁棒的语音识别。
声音合成技术的基本原理
声音合成技术的基本原理声音合成技术是指利用计算机技术和数字信号处理技术产生人工合成的声音的一种技术。
它在音乐、语音合成、电影制作等领域有着广泛的应用。
本文将介绍声音合成技术的基本原理。
一、声音合成技术概述声音合成技术是利用计算机通过算法和模型生成人工合成的音频信号，模拟各种声音，如乐器音色、人的声音、环境声音等。
声音合成技术可以实现音频信号的生成、音色的控制以及音频效果的加工等功能。
二、声音合成原理声音合成的基本原理是模拟声音波形的生成。
声音波形可以分解为许多不同频率的正弦波的叠加，而每个频率的正弦波又可以由振幅、频率和相位来描述。
因此，声音合成的关键是确定这些参数，并利用它们来生成合成的声音信号。
三、声音合成方法声音合成方法有多种，其中常见的包括物理模型合成、采样合成、频率调制合成和语音合成等。
1. 物理模型合成物理模型合成是通过建立物理模型来模拟乐器等声音的合成过程。
它可以通过模拟乐器的振动原理、空气共鸣等来生成富有音色特点的声音。
2. 采样合成采样合成是通过采集真实音源的音频片段，并根据需要进行处理和组合，生成合成的声音。
采样合成可以用于模拟各种乐器音色，也可以用于音乐创作和电影配乐等。
3. 频率调制合成频率调制合成是利用调制技术将低频振荡器的输出信号作为高频振荡器的频率参数来合成声音。
通过合适的参数设置和调制算法，可以生成丰富多样的音色。
4. 语音合成语音合成是通过模拟人的声道特征和发音方式，合成人工语音。
语音合成技术可以应用于电子游戏、自然语言处理、残障人士辅助交流等领域。
四、声音合成技术的应用声音合成技术在各个领域都有着广泛的应用。
1. 音乐制作声音合成技术在音乐制作中起到了重要的作用。
通过声音合成技术可以制作出各种乐器的声音，让音乐创作更加自由多样。
2. 语音合成语音合成技术可以将文本转化成语音，实现机器人对话、智能助手、有声书阅读等功能，方便了人们的生活。
3. 电影制作声音合成技术可以用于电影的后期制作，包括音效的合成、特殊声音的模拟等。
了解电脑音频设备的基本知识
了解电脑音频设备的基本知识电脑音频设备是计算机中用于录制、播放或编辑声音的硬件设备。
随着科技的发展，电脑音频设备已经逐渐成为我们生活中必不可少的一部分。
在本文中，我将向您介绍电脑音频设备的基本知识。
一、基本概念电脑音频设备是指与计算机配合使用的硬件设备。
它主要包括音频输入设备和音频输出设备两类。
音频输入设备用于录制声音，例如麦克风；音频输出设备用于播放声音，例如扬声器。
二、音频输入设备1. 麦克风（Microphone）麦克风是将声音转换成电信号的装置。
它采用类似于喇叭的原理，将声波通过振动转换成电信号。
电脑中常见的麦克风有插入式麦克风和内置麦克风。
插入式麦克风通常需要通过耳机插孔连接到计算机上，而内置麦克风则直接集成在计算机中。
2. 声卡（Sound Card）声卡是将声音信号转换为数字信号并传输给计算机的装置。
现代计算机通常都内置了声卡芯片，可以实现音频输入与输出功能。
声卡可以通过杜比音效技术等方式提供优质的音效效果。
三、音频输出设备1. 扬声器（Loudspeaker）扬声器是将电子信号转换为声音的设备。
它通过振动将电信号转化为机械波，从而产生声音。
扬声器的种类繁多，主要有外接扬声器和内置扬声器。
外接扬声器通常通过耳机插孔或USB接口与计算机连接，而内置扬声器则集成在计算机中。
2. 耳机（Headphone）耳机是一种可以将音频信号通过耳塞或耳罩传递到用户耳朵的设备。
它可以提供更为私密的音乐体验，用户可以在不打扰他人的情况下收听音频。
耳机通常通过耳机插孔或USB接口与计算机连接。
四、常见接口1. 耳机插孔（Headphone Jack）耳机插孔是连接耳机和音频设备的接口，通常采用3.5毫米的圆形接口。
计算机中的耳机插孔通常分为音频输入与输出两种，用户可以通过接入不同的设备实现音频的录制或播放。
2. USB接口USB接口是常见的计算机接口之一，用于连接外部设备。
许多音频设备，如扬声器、麦克风和耳机，都可以通过USB接口与计算机连接。
ch4-3声音处理
数模转换
插值
重建的模拟 声音信号
把声音样本从 数字量转换为 模拟量
把时间上离散的一组 样本转换成在时间上 连续的模拟声音信号
2 声音播放：将模拟声音信号经处理和放大后送到音箱 (扬声器)
关于音箱：
普通音箱接收的是重建的模拟声音信号 数字音箱可直接接收数字声音信号，声音失真更小
DVD, DTV，家庭影院
所谓“MP3音乐”就是一种采用 MPEG-1层3编码的高质量数字声音, 它 能以10倍左右的压缩比降低高保真数 字声音的存储量，使一张普通CD光盘 上可以存储大约100首MP3歌曲 第4章
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附：MP3播放器的结构与原理
存放MP3 播放器的 控制程序
显示MP3 播放器的 工作状态 和歌曲的 歌词 程序 存储器 闪烁 存储器 存放MP3音乐数 据，容量越大， 可存放的歌曲数 目就越多 D/A转换 声音输出
（客户计算机）
4 向流媒体服 务器发出请求
启动流 媒体播 放程序
5 将音(视)频 节目传输给客 户计算机
第4章
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数字波形声音的主要文件格式
.wav——波形声音文件
.pcm——使用PCM编码的声音文件 .mp2——MPEG 层 1 或层2 编码的声音文件
.mp3——MPEG 层3 编码的声音文件
量化位数：通常为8位、12位或16位
声道数目：单声道为1，双声道为2
码率(比特率)，每秒钟的数据量
第4章
8
数字波形声音码率的计算
未压缩时数字波形声音的码率计算公式
码率 = 取样频率 × 量化位数 × 声道数
例：
声音类型 数字语音 CD立体声
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了解计算机的声音处理技术计算机的声音处理技术是指利用计算机来处理和控制声音信号的一种技术。
随着计算机技术的快速发展，声音处理技术得到了广泛应用和日益重视。
本文将介绍计算机的声音处理技术的原理、应用以及未来的发展趋势。
一、声音处理技术的原理
计算机的声音处理技术主要基于数字信号处理（DSP）的原理。
数字信号处理是将连续时间模拟信号转换为离散时间数字信号，并通过算法对其进行处理和控制的过程。
在声音处理中，首先需要将声音信号转换为数字信号，这可以通过麦克风将声音转换为电信号，再经过模数转换器将其转换为数字信号。
然后，计算机利用数字信号处理技术对声音信号进行处理，如滤波、均衡、降噪等，最后再通过数字模拟转换器将处理后的数字信号转换为模拟信号输出。
二、声音处理技术的应用
1. 音频编辑和制作
计算机的声音处理技术可以应用于音频编辑和制作领域。
通过专业的音频编辑软件，可以对声音进行剪辑、混音和特效处理，制作出高质量的音乐作品和声音效果。
音频制作人、音乐制作人和广播工作者等可以利用声音处理技术创造出独特的音乐和声音作品。
2. 语音识别和合成
计算机的声音处理技术还可以应用于语音识别和合成领域。
语音识
别技术是指计算机通过对输入的声音进行分析和处理，识别出其中所
包含的语音信息，并将其转化为文字或其他形式的数据。
语音合成技
术则是通过计算机将文字或其他形式的数据转换为声音。
这些技术在
智能助理、语音控制和语音翻译等领域有着广泛的应用。
3. 声音增强和降噪
计算机的声音处理技术还可以应用于声音增强和降噪领域。
通过声
音增强技术，可以提高音频的清晰度和音质。
例如，可以通过降低背
景噪音的干扰，使得语音更加清晰可辨。
此外，还可以通过消除回声、恢复失真和压缩音频等方法来增强和优化声音效果。
三、声音处理技术的未来发展趋势
随着计算机技术的不断创新和发展，声音处理技术也将迎来更多的
突破和进步。
1. 人工智能与声音处理的结合
人工智能技术的发展将使声音处理技术更加智能化和自动化。
利用
机器学习和深度学习等技术，计算机能够更加准确地分析和识别声音
信号，并根据数据进行模式识别和预测。
这将进一步拓展声音处理技
术在语音识别、声音增强和音频合成等领域的应用。
2. 虚拟现实与声音处理的结合
虚拟现实技术的快速发展也将推动声音处理技术的进步。
虚拟现实
技术可以通过模拟真实环境的声音效果，增强用户对虚拟环境的沉浸
感和体验。
声音处理技术可以实现对虚拟环境中声音的实时捕捉、处理和渲染，使得用户感受到更加真实和逼真的声音效果。
3. 无损音频处理技术
未来，声音处理技术将趋向于无损音频处理，即保持音频信号的原始质量和信息。
目前，常见的音频压缩格式如MP3、AAC等都是有损压缩的，会导致音频质量的损失。
而无损音频处理技术将能够实现对音频进行高效压缩，同时不降低音频的质量和清晰度。
总结：
计算机的声音处理技术在音频编辑、语音识别、声音增强等领域发挥着重要作用。
随着计算机技术的不断进步，声音处理技术也将得到进一步的拓展和应用。
人工智能和虚拟现实等新技术的结合，以及无损音频处理技术的发展，将为声音处理领域带来更多的创新和突破。