數(shù)字音頻技術(shù)1章

1、數(shù)字音頻技術(shù)第1章 概述田飛課程計(jì)劃一、目的數(shù)字技術(shù)發(fā)展快，人才缺乏；新技術(shù)有許多待學(xué)習(xí)的領(lǐng)域目前信息中數(shù)字化程度越來(lái)越高二、特點(diǎn)盡可能新、專、實(shí)用重在概念、基礎(chǔ)、系統(tǒng)、跟蹤新技術(shù)三、教材盧官明，宗昉. 數(shù)字音頻原理及應(yīng)用. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.1四、學(xué)時(shí)及考試安排l 平均每周4學(xué)時(shí)，講授12周，共計(jì)48學(xué)時(shí)五、學(xué)完后水平 了解基本原理和一些實(shí)際的常識(shí)六、各章節(jié)安排1章 緒論(1)2章 音頻信號(hào)的數(shù)字化(7)2.1 聲音的頻率范圍2.2 音頻信號(hào)的數(shù)字化2.3 A/D轉(zhuǎn)換器2.4 D/A轉(zhuǎn)換器2.5 過采樣-調(diào)制A/D、D/A轉(zhuǎn)換器3章 音頻壓縮編碼原理及標(biāo)準(zhǔn)(8)3.1 音頻壓縮

2、編碼的基本原理3.2 MPEG-1音頻壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)3.3 杜比AC-3音頻壓縮算法3.4 MPEG-2音頻壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)3.5 MPEG-4音頻壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)4章 信道編碼及調(diào)制技術(shù)(10)4.1 數(shù)字音頻信號(hào)的處理流程4.2 差錯(cuò)控制的基本概念4.3 信道編碼技術(shù)4.4 差錯(cuò)掩蓋技術(shù)4.5 數(shù)字基帶信號(hào)的碼型變換4.6 數(shù)字調(diào)制5章 數(shù)字音頻記錄重放系統(tǒng)(8)5.1 激光唱盤和激光唱機(jī)5.2 超級(jí)音頻CD（SACD）5.3 DVD-Audio5.4 微型光盤（MD）5.5 數(shù)字錄音機(jī)6章 電子樂器數(shù)字接口（MIDI） (3)6.1 概述6.2 MIDI樂音合成器原理6.3 MIDI系統(tǒng)中的設(shè)備配

3、置6.4 MIDI系統(tǒng)連接6.5 常見的MIDI應(yīng)用軟件7章 數(shù)字音頻文件格式與接口標(biāo)準(zhǔn)(2)7.1 數(shù)字音頻文件格式7.2 數(shù)字音頻接口標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)介8章 音頻處理與控制設(shè)備(9)8.1 音質(zhì)的評(píng)價(jià)8.2 音響設(shè)備的分類8.3 信號(hào)動(dòng)態(tài)處理設(shè)備8.4 均衡器8.5 聲反饋抑制器8.6 效果處理器8.7 聽覺激勵(lì)器8.8 調(diào)音臺(tái)9章 數(shù)字音頻工作站(5)9.1 概述9.2 數(shù)字音頻工作站的主要功能9.3 數(shù)字音頻工作站的組成9.4 數(shù)字音頻工作站的附件9.5 音頻設(shè)備間的同步實(shí)現(xiàn)9.6 音頻編輯軟件Cool Edit 200010章 數(shù)字聲音廣播(7)10.1 概述10.2 數(shù)字音頻廣播10.3 數(shù)

4、字調(diào)幅（AM）廣播系統(tǒng)10.4 網(wǎng)絡(luò)廣播11章 音頻測(cè)量與分析(6)11.1 電平測(cè)量11.2 串音和隔離度的測(cè)量11.3 噪音的測(cè)量11.4 相位和頻率的測(cè)量11.5 信號(hào)頻譜分析11.6 非線性失真的測(cè)量11.7 眼圖及抖動(dòng)測(cè)量第1章 緒論l一、數(shù)字音頻技術(shù)的發(fā)展l二、數(shù)字音頻技術(shù)所涉及的關(guān)鍵技術(shù) l三、數(shù)字音頻技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域 一、數(shù)字音頻技術(shù)的發(fā)展l 1、現(xiàn)代信息社會(huì)發(fā)展重要角色的是以計(jì)算機(jī)為核心的信息處理與通信技術(shù)。隨著數(shù)字技術(shù)的進(jìn)步而不斷發(fā)展。l 2、傳統(tǒng)技術(shù)模擬技術(shù)。話筒（聲音、音樂） （功率放大器、揚(yáng)聲器）模擬電壓信號(hào)（錄音設(shè)備）磁信號(hào)磁性媒介l 問題：影響音質(zhì)因素模擬磁性錄音性

5、能受電磁性的影響較大模擬電壓信號(hào)在放大和傳輸過程中，會(huì)受到各種噪聲和干擾的影響磁帶的頻率特性在每次重放過程中都會(huì)有一些變化 l解決方案：模擬方法l對(duì)于把聲波的大小以原有形態(tài)直接加以記錄和傳輸?shù)哪M方式來(lái)說，它的音質(zhì)是依賴于所用的材料和器件。l提高音質(zhì)改善材料和器件費(fèi)用隨音質(zhì)的提高成幾何級(jí)數(shù)增長(zhǎng)且效果有限l解決方案：數(shù)字技術(shù)3、數(shù)字技術(shù)的發(fā)展l 20世紀(jì)60年代后半期：嘗試運(yùn)用數(shù)字技術(shù)來(lái)改善音響系統(tǒng)特性。l 1965年日本的調(diào)頻立體聲廣播系統(tǒng)進(jìn)行重新評(píng)估，發(fā)現(xiàn)模擬磁帶錄音機(jī)是影響音質(zhì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。且無(wú)論在模擬技術(shù)領(lǐng)域里如何加以改進(jìn)，也不能實(shí)現(xiàn)音質(zhì)的大幅度改善。 數(shù)字技術(shù)l 1967年完成一臺(tái)試制機(jī)

6、，并不斷加以改進(jìn)；l 1977年推出了PCM-1型數(shù)字磁帶錄音機(jī)。性能比模擬磁帶錄音機(jī)有顯著改善。3、數(shù)字技術(shù)的發(fā)展存儲(chǔ)媒介的磁帶與唱片l1982年唱片推出激光唱盤(Comparct Disc，CD)數(shù)字音響系統(tǒng)；l1987年磁帶使用了小型盒帶的數(shù)字錄音磁帶(Digital Audio Tap，DAT)系統(tǒng)；l1987年廣播也同樣推出了衛(wèi)星電視直播的B模式立體聲伴音。l數(shù)字音頻技術(shù)走向?qū)嵱没?、數(shù)字音頻技術(shù)l 定義：所謂數(shù)字音頻技術(shù)是指把模擬聲音信號(hào)通過采樣、量化和編碼過程轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，然后再進(jìn)行記錄、傳輸以及其他加工處理；在重放時(shí)再將這些記錄的數(shù)字音頻信號(hào)還原為模擬信號(hào)，獲得連續(xù)的聲音。

7、l 采用數(shù)字音頻技術(shù)的原因：l 理論上A/D和D/A過程會(huì)引入一些誤差，但在對(duì)數(shù)字信號(hào)的存儲(chǔ)和傳輸過程中不會(huì)引起音質(zhì)的變化l 計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，使數(shù)字音頻處理變得越來(lái)越容易依賴硬件（價(jià)格高昂） 依賴軟件（成本低、靈活、多次處理，但非實(shí)時(shí)性（用DSP可以改善）音頻信號(hào)數(shù)字化后可以避免模擬信號(hào)容易受噪聲和干擾的音頻信號(hào)數(shù)字化后可以避免模擬信號(hào)容易受噪聲和干擾的影響，可擴(kuò)大音頻的動(dòng)態(tài)范圍，可利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處影響，可擴(kuò)大音頻的動(dòng)態(tài)范圍，可利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，可不失真地遠(yuǎn)距離傳輸，可與圖像、視頻等其它媒體理，可不失真地遠(yuǎn)距離傳輸，可與圖像、視頻等其它媒體信息進(jìn)行多路復(fù)用，以實(shí)現(xiàn)多媒體化和網(wǎng)絡(luò)

8、化。信息進(jìn)行多路復(fù)用，以實(shí)現(xiàn)多媒體化和網(wǎng)絡(luò)化。二、數(shù)字音頻技術(shù)所涉及的關(guān)鍵技術(shù)(1)A/D（模擬/數(shù)字）和D/A（數(shù)字/模擬）轉(zhuǎn)換l A/D和D/A轉(zhuǎn)換器及其外圍電路的性能決定數(shù)字音頻系統(tǒng)性能的好壞；l 采樣頻率和量化比特?cái)?shù)是衡量A/D轉(zhuǎn)換器性能的兩個(gè)重要參數(shù)采樣頻率：44.1kHz192kHz量化比特?cái)?shù)：16bit24bitl采用直接流數(shù)字（Direct Stream Digital，DSD）技術(shù)用于超級(jí)音頻CDDSD音頻格式簡(jiǎn)化了信號(hào)流程，將模擬音頻直接以2.8224MHz的頻率進(jìn)行過采樣，通過-調(diào)制和噪聲整形技術(shù)以1bit脈沖密度方式進(jìn)行編碼。二、數(shù)字音頻技術(shù)所涉及的關(guān)鍵技術(shù)l (2)壓

9、縮編碼技術(shù) 采樣頻率量化比特?cái)?shù)數(shù)據(jù)量大壓縮編碼數(shù)據(jù)量l常用的音頻壓縮編碼方法有：子帶編碼（Subband Coding）、改進(jìn)的離散余弦變換（Modified Discrete Cosine Transform，MDCT）編碼；自適應(yīng)變換聽覺編碼（Adaptive Transform Acoustic Coding，ATRAC）；自適應(yīng)譜感知熵編碼（Adaptive Spectral Perceptual Entropy Coding，ASPEC）；自適應(yīng)掩蔽模型的通用子帶綜合編碼和復(fù)用（Masking pattern adapted Universal Subband Integrated

10、Coding And Multiplexing，MUSICAM）；杜比公司的AC-3（Audio Code Number 3）、MPEG-2/4音頻編碼等。二、數(shù)字音頻技術(shù)所涉及的關(guān)鍵技術(shù)l隨著英特網(wǎng)傳輸信息量的日益增大，要求下載速度快，故數(shù)碼率的進(jìn)一步降低是人們關(guān)心的熱點(diǎn)。目前音頻壓縮編碼技術(shù)的水平是：l立體聲編碼數(shù)碼率已降到64kbit/s甚至低到48kbit/s，語(yǔ)音編碼已降到2kbit/s。l對(duì)音頻來(lái)說，降低數(shù)碼率的關(guān)鍵在于充分利用人耳的聽覺特性，創(chuàng)建新型的心理聲學(xué)模型以及新型的量化編碼方式。二、數(shù)字音頻技術(shù)所涉及的關(guān)鍵技術(shù)l(3)數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)l數(shù)字信號(hào)處理就是對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行變換、

11、壓縮、濾波、均衡、估值等各種處理。l數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）是數(shù)字音頻設(shè)備的核心組成部分。l數(shù)字調(diào)音臺(tái)、數(shù)字音頻工作站以及對(duì)聲音進(jìn)行處理的數(shù)字化設(shè)備是利用DSP進(jìn)行幅度、頻率及延時(shí)處理，實(shí)現(xiàn)模擬設(shè)備中的幅度壓縮/限制、音量控制、頻率均衡、混響、回聲、效果音處理等功能，通過數(shù)字濾波器濾除信號(hào)中的各種噪聲和干擾。二、數(shù)字音頻技術(shù)所涉及的關(guān)鍵技術(shù)l(4)信道編碼和調(diào)制技術(shù)l數(shù)字信號(hào)在傳輸和記錄過程中會(huì)產(chǎn)生誤碼，為了提高傳輸?shù)目煽啃曰蚰軓墓獗P、磁盤等存儲(chǔ)媒介中讀出正確的數(shù)據(jù)，必須進(jìn)行糾錯(cuò)編碼，并將其碼型變換成適合于信道傳輸?shù)男问?。l在數(shù)字音頻記錄重放系統(tǒng)中，通常采用交叉交織理德-索羅門碼（Cross

12、Interleaved Reed-Solomon Code，CIRC）、理德-索羅門乘積碼（Reed-Solomon Product Code，RSPC）進(jìn)行糾錯(cuò)編碼；采用8-10調(diào)制（由8bit變換成10bit）、EFM（Eight to Fourteen Modulation）調(diào)制進(jìn)行碼型變換。l而在數(shù)字聲音廣播系統(tǒng)中，通常采用截短刪余卷積碼正交頻分復(fù)用（Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing，COFDM）技術(shù)。三、數(shù)字音頻技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域 l (1)消費(fèi)電子類數(shù)字音響設(shè)備 CD唱機(jī)、數(shù)字磁帶錄音機(jī)（DAT）、MP3播放機(jī)以及MD（M

13、ini Disc）唱機(jī)已廣泛應(yīng)用了數(shù)字音頻技術(shù)l (2)廣播節(jié)目制作系統(tǒng) 在聲音節(jié)目制作系統(tǒng)，如錄音、聲音處理加工、記錄存儲(chǔ)、非線性編輯等環(huán)節(jié)使用了數(shù)字調(diào)音臺(tái)、數(shù)字音頻工作站等數(shù)字音頻設(shè)備。但這里值得強(qiáng)調(diào)的是：數(shù)字化時(shí)代的音頻技術(shù)，并不能丟棄模擬技術(shù)，而要將兩者有機(jī)的結(jié)合，取長(zhǎng)補(bǔ)短，用數(shù)字化技術(shù)去追求模擬的音質(zhì)，用數(shù)字化手段來(lái)彌補(bǔ)模擬音頻設(shè)備的弱點(diǎn)三、數(shù)字音頻技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域 l(3)多媒體應(yīng)用l在多媒體上的應(yīng)用體現(xiàn)在VCD、DVD、多媒體計(jì)算機(jī)以及英特網(wǎng)。lVCD采用MPEG-1編碼格式記錄聲音和圖像；lDVD-Audio格式支持多種不同的編碼方式和記錄參數(shù)，可選的編碼方式包括MLP（Meridian Lossless Packing）、Dolby AC-3、數(shù)字影院系統(tǒng)（Digital Theater System，DTS）、DSD等，而且是可擴(kuò)充的、開發(fā)的，并可以應(yīng)用未來(lái)的編碼技術(shù)；l英特網(wǎng)上采用MP3的音頻格式傳輸聲音，以提高下載能力。三、數(shù)字音頻技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域 l(4)廣播電視數(shù)字化l在數(shù)字視頻廣播（DVB）和數(shù)字音頻廣播（DAB）系