多媒體課程講學 (4)

1、周期脈沖序周期脈沖序列發(fā)生器列發(fā)生器偽隨機噪聲偽隨機噪聲產生器產生器周期周期時變數字濾時變數字濾波器波器音量控制音量控制聲道參數聲道參數語音語音輸出輸出濁濁/清選擇清選擇 一般來說，波形編譯一般來說，波形編譯碼器的話音質量高，但數碼器的話音質量高，但數據率也很高；音源編譯碼據率也很高；音源編譯碼器的數據率很低，產生的器的數據率很低，產生的合成話音的音質有待提高；合成話音的音質有待提高；混合編譯碼器使用音源編混合編譯碼器使用音源編譯碼技術和波形編譯碼技譯碼技術和波形編譯碼技術，數據率和音質介于它術，數據率和音質介于它們之間。們之間。行程編碼0 |x| 1/A 1/A |x| 1 DPCM:DPC

2、M:利用樣本與樣本之間存在的信息冗余度來進行利用樣本與樣本之間存在的信息冗余度來進行編碼的一種數據壓縮技術。編碼的一種數據壓縮技術。主要思想：根據過去的樣本去估算主要思想：根據過去的樣本去估算(estimate)(estimate)下一下一個樣本信號的幅度大小，這個值稱為預測值，然后對實個樣本信號的幅度大小，這個值稱為預測值，然后對實際信號值與預測值之差進行量化編碼，從而就減少了表際信號值與預測值之差進行量化編碼，從而就減少了表示每個樣本信號的位數。示每個樣本信號的位數。與脈沖編碼調制與脈沖編碼調制(PCM)(PCM)不同不同:PCM:PCM是直接對采樣信號進是直接對采樣信號進行量化編碼，而行

3、量化編碼，而DPCMDPCM是對實際信號值與預測值之差進行是對實際信號值與預測值之差進行量化編碼，存儲或者傳送的是差值而不是幅度絕對值，量化編碼，存儲或者傳送的是差值而不是幅度絕對值，這就降低了傳送或存儲的數據量。此外，它還能適應大這就降低了傳送或存儲的數據量。此外，它還能適應大范圍變化的輸入信號。范圍變化的輸入信號。利用自適應的思想改變量化階的大小，即使用小的量化利用自適應的思想改變量化階的大小，即使用小的量化階階(step-size)去編碼小的差值，使用大的量化階去編碼大的去編碼小的差值，使用大的量化階去編碼大的差值；差值；使用過去的樣本值估算下一個輸入樣本的預測值，使實使用過去的樣本值估

4、算下一個輸入樣本的預測值，使實際樣本值和預測值之間的差值總是最小。際樣本值和預測值之間的差值總是最小。 采用自適應技術和差分編碼技術相結合。采用自適應技術和差分編碼技術相結合。將將64kb/s的的PCM信號壓縮為信號壓縮為32kb/s的脈沖編碼信號，廣的脈沖編碼信號，廣泛應用于電話通信網。泛應用于電話通信網。LPC是通過分析話音波形來產是通過分析話音波形來產生聲道激勵和轉移函數的參數，生聲道激勵和轉移函數的參數，對聲音波形的編碼實際就轉化對聲音波形的編碼實際就轉化為對這些參數的編碼，這就使為對這些參數的編碼，這就使聲音的數據量大大減少。聲音的數據量大大減少。在接收端使用在接收端使用LPC分析得

5、到的分析得到的參數，通過話音合成器重構話參數，通過話音合成器重構話音。音。合成器實際上是一個離散的隨合成器實際上是一個離散的隨時間變化的時變線性濾波器，時間變化的時變線性濾波器，它代表人的話音生成系統(tǒng)模型。它代表人的話音生成系統(tǒng)模型。周期脈周期脈沖序列沖序列發(fā)生器發(fā)生器偽隨機偽隨機噪聲產噪聲產生器生器周期周期時變數時變數字濾波字濾波器器音量控制音量控制聲道參數聲道參數語音語音輸出輸出濁濁/清選擇清選擇=線性預測器是使用過去的線性預測器是使用過去的P P個樣本值來預測現時刻的采樣值個樣本值來預測現時刻的采樣值x(n)x(n)，預測值可以用過去，預測值可以用過去P P個樣本值的線性組合來表示：個樣

6、本值的線性組合來表示： 殘差誤差殘差誤差(residual error)(residual error)即線性預測誤差為即線性預測誤差為 =在給定的時間范圍里，如 ，使 的平方和即 為最小 通過求解偏微分方程，可找到系數通過求解偏微分方程，可找到系數a ai i的值。的值。如果把發(fā)音器官等效成濾波器，這些系數值就可以如果把發(fā)音器官等效成濾波器，這些系數值就可以理解成濾波器的系數。這些參數不再是聲音波形本身理解成濾波器的系數。這些參數不再是聲音波形本身的值，而是發(fā)音器官的激勵參數。的值，而是發(fā)音器官的激勵參數。 線性預測編碼線性預測編碼 (LPC)(LPC)上圖表示的是一個簡單的上圖表示的是一個

7、簡單的MIDIMIDI系統(tǒng)，它由一個系統(tǒng)，它由一個MIDIMIDI鍵盤控制器鍵盤控制器和一個和一個MIDIMIDI聲音模塊組成。聲音模塊組成。許多許多MIDIMIDI鍵盤樂器在其內部既包含鍵盤控制器，又包含鍵盤樂器在其內部既包含鍵盤控制器，又包含MIDIMIDI聲聲音模塊功能。在這些單元中，鍵盤控制器和聲音模塊之間已經有內音模塊功能。在這些單元中，鍵盤控制器和聲音模塊之間已經有內部鏈接，這個鏈接可以通過該設備中的控制功能部鏈接，這個鏈接可以通過該設備中的控制功能(local control)(local control)對對鏈接打開鏈接打開(ON)(ON)或者關閉或者關閉(OFF)(OFF)。

8、它由它由5 5個基本模塊組成：個基本模塊組成：數字載波器、調制器、聲音數字載波器、調制器、聲音包絡發(fā)生器、數字運算器和包絡發(fā)生器、數字運算器和模數轉換器。模數轉換器。聲音包絡發(fā)生器用來調聲音包絡發(fā)生器用來調制聲音的電平，這個過程也制聲音的電平，這個過程也稱為幅度調制稱為幅度調制(amplitude (amplitude modulation)modulation)，并且作為數字，并且作為數字式音量控制旋鈕，它的式音量控制旋鈕，它的4 4個參個參數寫成數寫成ADSRADSR，這條包絡線也，這條包絡線也稱為音量升降維持靜音包絡稱為音量升降維持靜音包絡線線(Attack(Attack，decayde

9、cay，sustainsustain，releaserelease，ADSR)ADSR) 。在樂音合成器中，數字載波波形和調制波形有很多種，不同型號的在樂音合成器中，數字載波波形和調制波形有很多種，不同型號的FMFM合成器所選用的波形也不同。下圖是合成器所選用的波形也不同。下圖是Yamaha OPL-IIIYamaha OPL-III數字式數字式FMFM合成器采用合成器采用的波形。的波形。各種不同樂音的產生是通過組合各種波形和各種波形參數并采用各種各種不同樂音的產生是通過組合各種波形和各種波形參數并采用各種不同的方法實現的。用什么樣的波形作為數字載波波形、用什么樣的波形不同的方法實現的。用什么

10、樣的波形作為數字載波波形、用什么樣的波形作為調制波形、用什么樣的波形參數去組合才能產生所希望的樂音，這就作為調制波形、用什么樣的波形參數去組合才能產生所希望的樂音，這就是是FMFM合成器的算法。合成器的算法。n這種方法就是把真實樂器發(fā)出的聲音以數字的形式記錄下來，播這種方法就是把真實樂器發(fā)出的聲音以數字的形式記錄下來，播放時改變播放速度，從而改變音調周期，生成各種音階的音符。放時改變播放速度，從而改變音調周期，生成各種音階的音符。n樂音樣本的采集相對比較直觀。音樂家在真實樂器上演奏不同的樂音樣本的采集相對比較直觀。音樂家在真實樂器上演奏不同的音符，選擇音符，選擇44.1 kHz44.1 kHz

11、的采樣頻率、的采樣頻率、1616位的樂音樣本，這相當于位的樂音樣本，這相當于CD-CD-DADA的質量，把不同音符的真實聲音記錄下來，這就完成了樂音樣本的質量，把不同音符的真實聲音記錄下來，這就完成了樂音樣本的采集。的采集。n樂音樣本通常放在樂音樣本通常放在ROMROM芯片上。芯片上。n樂音樣本合成器所需要的輸入控制參數比較少，可控的數字音效樂音樣本合成器所需要的輸入控制參數比較少，可控的數字音效也不多，大多數采用這種合成方法的聲音設備都可以控制聲音包絡也不多，大多數采用這種合成方法的聲音設備都可以控制聲音包絡的的ADSRADSR參數，產生的聲音質量比參數，產生的聲音質量比FMFM合成方法產生

12、的聲音質量要高。合成方法產生的聲音質量要高。用用.wav.wav為擴展名的文件格式稱為波形文件格式為擴展名的文件格式稱為波形文件格式(WAVE File (WAVE File Format)Format)，它在多媒體編程接口和數據規(guī)范，它在多媒體編程接口和數據規(guī)范1.0(Multimedia 1.0(Multimedia Programming Interface and Data Specifications 1.0)Programming Interface and Data Specifications 1.0)文檔中有文檔中有詳細的描述。該文檔是由詳細的描述。該文檔是由IBMIBM和微

13、軟公司于和微軟公司于19911991年年8 8月聯合開發(fā)的，它月聯合開發(fā)的，它是一種為交換多媒體資源而開發(fā)的資源交換文件格式是一種為交換多媒體資源而開發(fā)的資源交換文件格式(Resource (Resource Interchange File FormatInterchange File Format，RIFF)RIFF)。波形文件格式支持存儲各種采樣頻率和樣本精度的聲音數據，并波形文件格式支持存儲各種采樣頻率和樣本精度的聲音數據，并支持聲音數據的壓縮。支持聲音數據的壓縮。n Cakewalk Pro Audio、Cakewalk Sonarn 功能強大的專業(yè)編輯、創(chuàng)作、調試功能強大的專業(yè)編輯

14、、創(chuàng)作、調試 MIDI 音音樂的軟件樂的軟件n 可以快速的編曲、錄音、混音、以及彈奏可以快速的編曲、錄音、混音、以及彈奏MIDIn 自帶有一系列完備的音頻效果器，像均衡、自帶有一系列完備的音頻效果器，像均衡、混響、合唱、動態(tài)等，支持第三方的混響、合唱、動態(tài)等，支持第三方的DirectX插件式效果器。插件式效果器。1. 什么是聲音？什么是聲音？2. 聲音的三要素是什么？聲音的三要素是什么？3. 什么是采樣頻率？什么是采樣頻率？4. 采樣頻率與聲音還原頻率存在什么關系？采樣頻率與聲音還原頻率存在什么關系？5. 音頻文件的數據量與哪些因素有關？音頻文件的數據量與哪些因素有關？6. 回聲效果是怎樣產生的