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1、第2章多媒体技术概述第1页，本讲稿共30页内容提要n声音媒体技术和格式n多媒体数据压缩编码技术n音频信息的获取与播放方式nCool Edit Pro 2.1nMIDI与音乐合成n各种音乐格式文件的转换方法第2页，本讲稿共30页2.1多媒体中的音频信息n声音是携带信息的重要媒体，它与图像、视频、字幕等有机结合在一起，共同承载着制作者所要表达的思想、感情，因此多媒体音频技术是多媒体技术的一个主要分支。n自然界的声音信号究其本质是一种机械振动，对信号进行处理一般需进行变换，对声音信号主要有两种变换器：麦克风，将声音的压力变化信号转换成电压信号；喇叭，将电压信号转换成声音的压力变化信号。n人的听觉范围
2、最低可达20Hz，最高可达20kHz。第3页，本讲稿共30页2.1.1声音媒体声音按频率可分为次声（低于20Hz）、超声（高于20kHz）和可听声（即音频，频率范围是20Hz至20kHz之间）。在多媒体技术中，将处理的声音媒体分为3类：n波形声音n包含所有声音形式。n语音n人的说话声也是一种波形声音，可以通过语气、语速、语调携带着比文本更加丰富的信息。n音乐n一种符号化了的声音。第4页，本讲稿共30页声音媒体的3个要素：n音调：人们感觉到的声音高低，与声音的频率（单位Hz）有关，频率越高，音调就越高。n音强：人耳感觉到的声音大小，又称响度，它取决于声音的振幅，振幅越大，声音就越响。n音色：人们
3、感觉到的声音音质，与声波的波形形状有关。第5页，本讲稿共30页图图图图 声波示意图声波示意图声波示意图声波示意图音强音色变化音色变化音色变化音色变化周期周期周期周期t t t t第6页，本讲稿共30页2.1.2音频信号的数字化技术音频信号的数字化技术利用声卡等专用设备对语音、音乐、效果声等声波进行采样、量化、编码，转化成数字形式，并压缩存储，使用时再解码还原成波形。采样采样：当把模拟声音变成数字声音时，需要在时间轴上，每隔一个固定时间间隔对波形曲线的振幅进行一次取值。采样的时间间隔称为采样周期。量化量化：则是将采样序列中的各值（通常是反映某一瞬间的声波幅度的电压值）加以数字化，即把它们表示成二
4、进制的形式。第7页，本讲稿共30页1314153614012311275245669818878989949910111291766810采样点采样点采样点采样点1314151234567891011123020406050708010090幅幅幅幅 度度度度t t图图 采样量化图采样量化图采样过程所用的主要硬件是模拟模拟/数字数字转换器转换器（A/D转换器），由它完成音频信号的采样工作。在数字回放时，再由数字数字/模拟转换器模拟转换器（D/A转换器）将数字信号转换为原始电信号。第8页，本讲稿共30页2.1.3 数字音频质量数字音频质量数字音频质量的好坏主要取决于采样频率、取样大小和声数字音频
5、质量的好坏主要取决于采样频率、取样大小和声道数等几个因素道数等几个因素。1.采样频率采样频率 又称取样频率，即每秒采样的次数。采样频率越高，抽取的声波幅度值数量就越多，因而声音的质量就越接近原声，但数据量也越大，所需的存储空间也越大，应根据需要权衡，选择合适的采样频率。根据奎斯特采样定理根据奎斯特采样定理：数字信号采样频率的大小可由声信号本身的最高频率决定，当采样频率高于声音信号最高频率的两倍时当采样频率高于声音信号最高频率的两倍时，就能把离散信号还原成原始的信号波形。在实际应用中，为了满足不同的需要，提供了三种采样频率标准，即44.1kHz（高保真效果）、22.05kHz（音乐效果）和11.
6、025kHz（语音效果）。第9页，本讲稿共30页2.1.3 数字音频质量数字音频质量2.取样大小取样大小n又称量化位数或量化精度。它是每个采样点能够表示的数据范围。（量化位数）越高，还原出来的声音质量也就越好，（量化位数）越高，还原出来的声音质量也就越好，数据量也越大。数据量也越大。n常用的采样精度有常用的采样精度有8位、位、16位和位和32位。位。第10页，本讲稿共30页2.1.3 数字音频质量数字音频质量3.声道数声道数声音通道的个数称为声道数，是指一次采样所记录产生的声音波形个数。记录声音时，如果每次生成一个声波数据，称为单声道；每次生成两个声波数据，称为双声道（立体声）。随着声道数的增
7、加，所占用的存储容量也成倍增加。第11页，本讲稿共30页n4.数据量数据量 在一定时间内声音数字化后对应的字节数。在一定时间内声音数字化后对应的字节数。数据量数据量=(采样频率采样频率量化位数量化位数声道数声道数)8时间时间例如，数字激光唱盘（例如，数字激光唱盘（CD-DA）的标准采样频率为）的标准采样频率为44.1 kHz，量化位数为，量化位数为16位，位，立体声。一分钟立体声。一分钟 CD-DA 音乐所需的数据量为音乐所需的数据量为 44.1 10001626081024=10336 KB 第12页，本讲稿共30页2.1.4 常用的数字音频文件格式常用的数字音频文件格式 1.WAV文件格式
8、文件格式n也称波形文件，是最常见的声音文件之一。WAV是微软公司专门为Windows开发的一种标准数字音频文件。Windows系统和一般的音频卡都支持这种格式文件的生成、编辑和播放。nWAV文件是由采样数据组成的，所以它所需要的存储容量很大。第13页，本讲稿共30页2.1.4 常用的数字音频文件格式常用的数字音频文件格式 2.Midi格式文件格式文件 nMIDI是Musical Instrument Digital Interface(乐器数字接口)的缩写。它是1982年提出并不断发展确定的数字音乐的国际标准，它规定了电子乐器和计算机之间进行联接的硬件及数据通信协议，已成为电脑音乐的代名词。n
9、在多媒体技术中，合成音乐或声响效果可以直接采用波形音频产生，MIDI音频与波形音频完全不同，它不对声波进行采样、量化、编码，而是将电子乐器键盘的演奏信息（包括键名、力度、时间长短等）记录下来，这些信息称之为MIDI消息，是乐谱的一种数字式描述。第14页，本讲稿共30页2.1.4 常用的数字音频文件格式常用的数字音频文件格式 3.ASF/ASX/WAX/WMA格式文件格式文件 都都是是Microsoft公公司司开开发发的的同同时时兼兼顾顾保保真真度度和和网网络络算算术术传传输输的的新新一一代代网网上上流流式式数数字字音音频压缩技术。频压缩技术。nWMA是微软力推的数字音乐格式。微软官方宣布的资料
10、中称WMA格式的可保护性极强，甚至可以限定播放机器、播放时间及播放次数，具有相当的版权保护能力。应该说，WMA的推出，就是针对MP3没有版权限制的缺点而来。第15页，本讲稿共30页2.1.4 常用的数字音频文件格式常用的数字音频文件格式 4.MP3格式格式nMP3的全称是MPEG-1 Layer3音频文件。MPEG-1为活动影音压缩标准，其中的声音部分称MPEG-1音频层，它根据压缩质量和编码复杂度划分为三层，即Layer1、Layer2和Layer3，分别对应MP1、MP2和MP3三种声音文件，并根据不同的用途，使用不同层次的编码。nMPEG音频编码的层次越高，对应的编码器越复杂，压缩率也越
11、高，音频编码的层次越高，对应的编码器越复杂，压缩率也越高，MP1和和MP2的压缩率分别为的压缩率分别为4:1和和6:18:1，而，而MP3的压缩率则高达的压缩率则高达10:112:1。n如一分钟的如一分钟的CD音质的音乐，未经压缩需要音质的音乐，未经压缩需要10MB的存储空间，而经过的存储空间，而经过MP3压缩编码后只有压缩编码后只有1MB左右。左右。第16页，本讲稿共30页2.2 多媒体数据压缩编码技术多媒体数据压缩编码技术2.2.1常用的压缩编码技术n常用的压缩编码技术有波形编码、音频参数编码和混合编码方式。2.2.2预测编码技术2.2.3JPEG压缩编码技术第17页，本讲稿共30页2.3
12、音频信息的获取与播放方式音频信息的获取与播放方式 2.3.1音频卡的功能与分类音频卡的功能与分类n音频卡是多媒体硬件平台上一个很重要的部件，一般由线性输入插孔、话筒插入插孔、线性输出插孔、扬声器输出插孔、游戏端口/MIDI插孔等几部分组成。音频卡的功能：音频卡的功能：n录制与播放n编辑与合成处n是对声音文件进行多种特殊效果的处理，包括倒播、增加回音、饶舌、淡入和淡出、交换声道以及声音由左向右或由右向左移位等。第18页，本讲稿共30页2.3音频信息的获取与播放方式音频信息的获取与播放方式 音频卡的功能：音频卡的功能：nMIDIn是乐器数字接口的国际标准，它规定了电子乐器与计算机之间进行数字通信的
13、协议，以便保证双方的数据传输。通过软件的方法，可以直接从计算机上对外部电子乐器进行控制和操作。音频卡的分类音频卡的分类n主要根据其数据采用量化位数来确定，通常分为8、16、32位等几种。第19页，本讲稿共30页2.3.2 Cool Edit Pro 2.1 n简介简介Cool Edit Pro 由美国Syntrillium 软件公司开发的一款功能强大、效果出色的多轨录音和音频处理软件。n功能功能nCool Edit是一个功能强大的音乐编辑软件，可以运行与Windows 平台下，能高质量地完成录音、编辑、合成等多种任务。只要拥有它和一台配备了声卡的电脑，也就等于同时拥有了一台多轨数码录音机、一台
14、音乐编辑机和一台专业合成器。第20页，本讲稿共30页2.3.2 Cool Edit Pro 2.1 nCool Edit能记录的音源包括CD、卡座、话筒等多种，并可以对它们进行降噪、扩音、剪接等处理，还可以给它们添加立体环绕、淡入淡出、3D回响等奇妙音效，制成的音频文件。除了可以保存为常见的.wav、.snd和.voc等格式外，也可以直接压缩为MP3或Cool Edit 2000（.rm）文件。nCool Edit不仅适合于专业人员，也适合普通音乐爱好者。Cool Edit 2000提供了一些“傻瓜”功能，例如在音效处理方面，行家可以熟练地细调各项设置以求最佳效果，新手选择一种预置（Prese
15、ts）模式，同样能生成令人吃惊的特殊效果。至于Cool Edit 2000的常规编辑功能，如剪切、粘贴、移动等，跟在字处理器中编辑文本一样简单，而且这里有6个剪贴板可用，使编辑工作更加轻松方便。第21页，本讲稿共30页2.3.2 Cool Edit Pro 2.1 2.安装Cool Edit Pro 2.13.窗口界面第22页，本讲稿共30页单轨道/多轨道切换资源管理窗口波形编辑窗口走带按钮缩放按钮当前时间窗电平表时间格式第23页，本讲稿共30页2.3.2 Cool Edit Pro 2.1 4.音源采集音源采集 具有了所需要的硬件环境后，就可以开启Cool Edit并制作输入音频文件，操作如
16、下：（1）新建一个文件。执行“file“”New Session”命令。（2）设定采样频率（通常使用44100Hz，足以满足一般性的音频编辑需求）。（3）开始录制。第24页，本讲稿共30页2.3.2 Cool Edit Pro 2.1 5.音源导出与格式转换音源导出与格式转换 执行“file”菜单“Save as”命令。提示：（1）对于录制的音频文件，最好是以小单位保存。这样以元素形式的保存，有利于在以后的编辑。（2）只要将打开的音频文件另存为就可以保存为多种格式，利用这一功能可以进行音频文件的格式转换。第25页，本讲稿共30页2.3.2 Cool Edit Pro 2.1 n6.使用使用Co
17、ol Edit Pro 2.1进行录音和编辑文件进行录音和编辑文件以为诗歌朗诵配背景音乐为例。以为诗歌朗诵配背景音乐为例。1）伴奏）伴奏 运行“效果-波形振幅-声道重混缩.”(选voice cut)并确定。2）录音和保存）录音和保存3）音频编辑）音频编辑第26页，本讲稿共30页2.3.2 Cool Edit Pro 2.1 3）音频编辑）音频编辑n用Cool Edit编辑声音，与在字处理器中编辑文本相似，也有复制、剪切和粘贴等操作，在操作时必须先选择编辑对象或范围，这些操作才有意义，对于声音文件而言，就是在波形图中，选择某一片断或整个波形图。n一般的选择方法有，在波形上按下鼠标左键向右或向左滑
18、动，如果要往一侧扩大选择范围，可以在那一侧右击鼠标，要选整个波形，双击鼠标即可。第27页，本讲稿共30页2.3.2 Cool Edit Pro 2.1 n删除静音删除静音 如果一个声音文件听起来断断续续，可以使用Cool Edit 2000的删除静音功能，将它变为一个连续的文件，方法是单击“Edit/Delete Silence（删除静音）”菜单。n降噪处理降噪处理n对文件进行降噪处理。n进入单轨道状态，在菜单的“效果”选项的子菜单，执行“噪音消除”“降噪器”命令。降噪时需要采用。噪音采样方法：选定一段没有歌声的波形，然后单击“噪音采样”按钮，经过一段时间后完成采样，单击确定按钮对文件进行降噪
19、处理。第28页，本讲稿共30页2.3.2 Cool Edit Pro 2.1 n动态处理动态处理n效果波形振幅动态处理n可以调整声音大小等。n合唱效果合唱效果n效果delay effectschorns，在presets栏中选 thick chornsn变调、变速变调、变速效果time/pitchpitch bender，选中spline复选框。n单击flat（归位）第29页，本讲稿共30页2.3.2 Cool Edit Pro 2.1 n混音处理混音处理n打开一个波形文件打开一个波形文件选择一个区域选择一个区域edit菜单菜单mix pasten注意注意replace、insert、overlap、modulate的含义的含义n文件混缩文件混缩n切换回多轨道窗口，将伴奏和录音进行文件混缩使其成为一个文件。切换回多轨道窗口，将伴奏和录音进行文件混缩使其成为一个文件。n混缩前必须对音轨进行设置，人声和伴奏各自音量、声混缩前必须对音轨进行设置，人声和伴奏各自音量、声像、均衡性必须调整为适合效果。像、均衡性必须调整为适合效果。n选中第三轨道，右击，选择选中第三轨道，右击，选择“混缩为音轨混缩为音轨”“全部波形全部波形”。第30页，本讲稿共30页