第4講 音頻技術(shù) 課件版

第4講音頻技術(shù)數(shù)字音頻基礎(chǔ)音頻信息編碼分類音頻文件格式主要內(nèi)容：數(shù)字音頻基礎(chǔ)1、音頻信號(hào)特性聲音：聲波。次聲、超聲、可聽聲（又稱音頻）聲音三要素：音強(qiáng)（聲強(qiáng)或響度）、音調(diào)（聲波頻率）、音色（音品）音頻信號(hào)——電信號(hào)（頻率、幅度、相位）音頻信號(hào)：周期信號(hào)、非周期信號(hào)人耳聽覺特性：掩蔽效應(yīng)圖5-1聲波的基本形式聲波的基本形式波形的相位和波形圖瞬時(shí)T等響曲線（實(shí)驗(yàn)值）聲壓級(jí)

可聞閾的分貝值頻率Hz臨界頻帶頻率（Hz）臨界頻帶頻率（Hz）低高寬度低高寬度001001001320002320320110020010014232027003802200300100152700315045033004001001631503700550440051011017370044007005

5106301201844005300900

離散的臨界頻帶人通過聲音與多媒體交互有兩個(gè)方向：輸入，即系統(tǒng)通過數(shù)字化的方法將人及自然界發(fā)出的聲音進(jìn)行采樣和處理；輸出，即將數(shù)字化聲音再現(xiàn)，或由系統(tǒng)生成虛擬的模擬音。聲音信號(hào)的數(shù)字化采樣

在某特定時(shí)刻對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行測(cè)量叫采樣

每隔相等的一段時(shí)間進(jìn)行采樣，稱為均勻采樣量化

把信號(hào)幅度劃分成若干小段，若每段都是相等的，稱為線性量化，否則稱為非線性量化。編碼2、音頻的數(shù)字化與再現(xiàn)量化采樣編輯模擬聲音數(shù)字聲音聲波的數(shù)字化聲音的采樣采樣時(shí)間幅度值量化后二進(jìn)制數(shù)116010100000221511010111323211101000420811010000515210011000664010000007200001010089601100000911601110100106000111100采樣頻率

根據(jù)奈奎斯特理論，采樣頻率不低于聲音信號(hào)最高頻率的兩倍。這樣就能把數(shù)字表達(dá)的聲音還原成原來的聲音，稱為無損數(shù)字化。采樣精度

用樣本值的二進(jìn)制位數(shù)來表示。位數(shù)越多精度越高，數(shù)據(jù)也越大。通道個(gè)數(shù)

采樣頻率足夠高，恢復(fù)的聲音與原始的聲音沒有什么區(qū)別，這種方式稱為脈沖編碼調(diào)制（PCM）。

聲音的數(shù)據(jù)量＝(采樣頻率*每個(gè)采樣位數(shù)*聲道數(shù))/8(byte/s)例如，采用44.1kHz采樣頻率和16位采樣精度時(shí)，數(shù)字化后需要的存貯容量為：44.1×16/8×2×60=10.584B采樣頻率kHz采樣精度bit存儲(chǔ)容量MB數(shù)據(jù)速率kb/s常用編碼方式質(zhì)量44.11610.33688.2PCM激光唱片級(jí)質(zhì)量22.05165.16844.1ADPCM調(diào)頻廣播級(jí)質(zhì)量常用于伴音82.58422.05ADPCM11.025162.58422.05ADPCM調(diào)頻廣播級(jí)質(zhì)量常用于伴音或解說81.29211.025ADPCM音頻編碼分類：波形編碼（PCM、DPCM、ADPCM和子帶編碼等）：將時(shí)間域信號(hào)直接變換成數(shù)字代碼進(jìn)行傳輸。其特點(diǎn)是重建信號(hào)的質(zhì)量較高，即信號(hào)的信噪比高。傳輸數(shù)碼率為16—64kb／s，依所采用的編碼方法而異。參數(shù)編碼（線性預(yù)測(cè)LPC）：把音頻信號(hào)在信號(hào)源信號(hào)的頻率域或其它正交域抽取其特征參數(shù)變換成數(shù)字代碼進(jìn)行傳輸，在輸出端重建語音信號(hào)。特點(diǎn)是重建信號(hào)質(zhì)量較低、保真不高，數(shù)碼率較低，幾百b/s～9600b/s，用于窄帶傳輸?；旌暇幋a（矢量和激勵(lì)線性預(yù)測(cè)VSELP、多脈沖線性預(yù)測(cè)MP－LPC等）：集中了上面兩者的優(yōu)點(diǎn)，在較低的碼率上得到較高的音質(zhì)。音頻文件的格式

在計(jì)算機(jī)中存在很多音頻格式，不同格式所提供的音質(zhì)相差較大，有些格式還具有豐富的附加功能?？梢詽M足不同用戶對(duì)音頻質(zhì)量的要求。要能夠正確地選擇出適合自己的音頻格式文件，首先要了解不同音頻格式文件的特點(diǎn)。下面介紹一些主流的音頻文件的格式。文件擴(kuò)展名說明.PCMPCM數(shù)據(jù)序列（指模擬的音頻信號(hào)經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換直接形成的二進(jìn)制序列）.VOC聲霸卡使用的音頻文件格式.WAVMicrosoft公司的波形音頻文件格式.SNDNeXT計(jì)算機(jī)的波形音頻文件格式.AIFApple計(jì)算機(jī)的波形音頻文件格式.MIDMIDI文件格式.RMIMicrosoft公司的MIDI文件格式，可以包括圖片、標(biāo)記和文本常見的數(shù)字音頻文件格式及說明波形格式

WAV是MicrosoftWindows本身提供的音頻格式。波形文件中包含了模擬聲音的采樣數(shù)據(jù)，以二進(jìn)制碼的形式編排而成。這種格式的文件一般占有較大的存儲(chǔ)空間，具體數(shù)據(jù)量與采樣的精度和頻率有關(guān)。WAV格式通常都是用來保存一些未經(jīng)過壓縮的音頻數(shù)據(jù)，文件內(nèi)容可以通過一些軟件來進(jìn)行編輯處理。例如Windows提供的錄音機(jī)程序，可通過話筒錄制創(chuàng)建WAV格式的聲音文件，該軟件同時(shí)可提供了播放、編輯、效果處理和文件的管理等功能。

目前幾乎所有的音頻播放和編輯軟件都支持這種格式，功能較強(qiáng)的有CreativeWaveStudio、SoundForge、CoolEditPro、WaveLab、MediaStudio等，它們可以通過可視化的編輯方式，完成對(duì)某一段聲音的復(fù)制，剪切，粘貼等操作，并且都不同程度的支持如混音、淡入、淡出、靜音、聲道更換或錄音等功能。在特定軟件的支持下，可以在WAV格式文件中存放圖像，也可以以壓縮方式存儲(chǔ)。例如，通過ACM（AudioCompressionManager）結(jié)構(gòu)及相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序，就可以在WAV文件中存放壓縮格式。就是說，這種情況下，在WAV文件中存放的采樣數(shù)據(jù)是經(jīng)過壓縮技術(shù)編碼之后的數(shù)據(jù)。MIDI格式當(dāng)計(jì)算機(jī)中引入了支持MIDI合成的聲音卡后，MIDI就正式地成為了一種數(shù)字音頻格式。但MIDI文件所包含的信息完全符合GS的標(biāo)準(zhǔn)，所以，不僅在電腦上可以處理和重現(xiàn)MIDI音樂，也可以在不同的樂器間（包括電腦、電子琴、電吉他等樂器）傳輸并且互相控制。例如，一個(gè)MIDI文件可以通過軟件合成器進(jìn)行處理并直接進(jìn)行播放，也可以通過電腦向電吉他傳輸MIDI信息并控制其播放?；蛘咄ㄟ^在電子樂器上的直接彈奏，將MIDI信息傳輸?shù)诫娔X。當(dāng)然，上面所說的可以在不同的樂器間傳輸并且互相控制MIDI信息是前提的，這個(gè)前提就是需要使用MIDI電纜在樂器的MIDI接口之間進(jìn)行連接。MIDI文件儲(chǔ)存著MIDI資料和命令，包括音色、音符、時(shí)間碼、速度、調(diào)號(hào)、拍號(hào)、鍵號(hào)等樂譜指令，能保存多達(dá)16個(gè)通道的音樂信息。按照指令中時(shí)間碼的順序，音序器能夠精確地按時(shí)間合成音樂，再現(xiàn)文件內(nèi)部的樂譜指令所包含的音樂旋律。在MIDI文件中，除了基本的MIDI事件數(shù)據(jù)，還可以有其他數(shù)據(jù)。如：Sysex事件、Meta事件、delta-times等。MIDI事件所謂MIDI事件，就是指當(dāng)用戶按下鼠標(biāo)按鈕、鍵盤或一個(gè)琴鍵的動(dòng)作，而這個(gè)動(dòng)作將激活它所對(duì)應(yīng)消息數(shù)據(jù)的傳遞，這些消息包括聲音、通道和模式消息數(shù)據(jù)。實(shí)際上，MIDI本身有GeneralMIDI和GeneralMIDI2兩個(gè)版本。為了提高M(jìn)IDI音樂的合成效果，GeneralMIDIAssociation推出了DLS（DownloadableSound）技術(shù)，允許MIDI文件附帶真實(shí)樂器的錄音，但會(huì)使文件因此而增大到4兆字節(jié)以上。標(biāo)準(zhǔn)的MIDI格式的文件擴(kuò)展名是mid，包括格式0和格式1。mid格式可以用任何MIDI軟件進(jìn)行創(chuàng)建、編輯和處理，但不能保存如強(qiáng)弱、其它符號(hào)、歌詞等信息。為了控制軟件和硬件設(shè)備，可以在文件中加入許多其他的信息，并隨其它信息一起保存下來。這種文件格式就是非標(biāo)準(zhǔn)的MIDI文件，由軟件開發(fā)商自己制定的。在這些非標(biāo)準(zhǔn)的MIDI文件里可以記錄一些“.mid”文件無法記錄的內(nèi)容。例如：可以記錄強(qiáng)弱、其它符號(hào)、歌詞的tri格式，可以記錄歌詞、表情等內(nèi)容的.wrk（Cakewalk軟件）格式、Band-In-a-box的“.sgu”格式。自定格式的文件可以把效果器代碼和參數(shù)、音場(chǎng)（指器材所再生的樂隊(duì)所排列的形狀）和位向（播放方向）、混響度等等信息通過系統(tǒng)碼的方式保存在文件中。但當(dāng)將自定格式的文件轉(zhuǎn)存為標(biāo)準(zhǔn)MIDI格式，將會(huì)忽略這些信息。有許多播放器，如圖5-11所示的WinGroove、RolandVirtualSoundCanvas和YAMAHAS-YXGPlayer等軟音源播放器，它們都支持標(biāo)準(zhǔn)的MIDI文件，并且在其中安裝了軟波表，從而可獲得較好的效果。但X-MIDI格式的文件必須使用YAMAHA播放器才能得到良好的播放效果。圖5-11軟音源播放器MIDI文件和WAV文件的比較MIDI文件占用空間少：一個(gè)小時(shí)高保真的立體聲音樂，使用MIDI格式存儲(chǔ)約占400KB；而WAV格式存儲(chǔ)則占用600MB，相差1500倍。MIDI文件可以靈活處理：在音序器的幫助下，用戶可以任意改變音調(diào)、音色等屬性，以產(chǎn)生特殊效果。WAV文件則很難做到。WAV文件可從任何聲源錄制而成，而且在各種計(jì)算機(jī)上的播放效果基本一致。MIDI音樂則無法得到自然界中的所有聲音，而且播放效果還與合成器的質(zhì)量有關(guān)，不同檔次的聲卡差異較大。

壓縮格式壓縮音頻文件是將音頻文件按一定的方式壓縮而成的文件，它可降低原有文件的存儲(chǔ)空間，更加便于存儲(chǔ)和傳遞。如MP2、MP3、MP4音頻文件都是壓縮方式的文件，但是壓縮音頻文件的播放需要有解壓縮功能的播放器。mp3MP3即MPEG1Layer3（MovingPictureExpertsGroup,AudioLayerIII），是Fraunhofer-IIS研究所的研究成果。由于使用了MPEG1AudioLayer3技術(shù)，可將音頻文件以1:10至1:12的壓縮率進(jìn)行壓縮。這種技術(shù)主要是利用了知覺音頻編碼技術(shù)（沒錯(cuò)），削減了音樂中人耳所聽不到的成分，盡可能保持原有的音質(zhì)。mp3文件的壓縮比例通常用比特率bps來表示。通常比特率越高，壓縮文件就越大，音質(zhì)就越好。另外一種編碼方式是vbr（VariantBitrate可變比特率），其特點(diǎn)是可以根據(jù)編碼的內(nèi)容動(dòng)態(tài)地選擇合適的比特率。MP3（Layer3）編碼是MPEG1Audio音頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)之一。與其它的壓縮標(biāo)準(zhǔn)Layer1、Layer2相比，Layer3的文件壓縮比率較高，但從表5-3所示的文件壓縮比率和播放媒體最低位率數(shù)據(jù)可見，Layer3播放媒體最低位率相對(duì)較低，在128Kbit/s~112Kbit/s之間。表5-4MPEG1Audio音頻文件壓縮比率和播放媒體最低位率Layer大約壓縮比率播放媒體最低位率11:4348Kbit/s21:6~1:8256Kbit/s~192Kbit/s31:10~1:12128Kbit/s~112Kbit/sMP3文件的特點(diǎn)是文件存儲(chǔ)空間和音質(zhì)損壞都較小。每分鐘MP3格式的音樂文件大約占有1MB左右，便于存儲(chǔ)和網(wǎng)上傳播。標(biāo)準(zhǔn)的MP3壓縮比是10：1，也可以不同的比率進(jìn)行壓縮。壓縮得越多，聲音質(zhì)量下降也將越多。幾乎所有的音頻編輯工具都支持打開和保存mp3文件。許多新的編碼技術(shù)都已經(jīng)能在相同的比特率下提供比MP3優(yōu)越得多的音質(zhì)。還有許多支持mp3的硬件播放器，如MPMAN，DiscMan，CD/VCD/DVD機(jī)等等。mp3PRO隨著網(wǎng)絡(luò)上收聽聲音和收看視頻的需求不斷增加，網(wǎng)絡(luò)流媒體Real和WindowsMedia格式傳播的媒體質(zhì)量不斷提高，特別是Microsoft推出的WMA格式可使相同內(nèi)容的MP3文件縮小至原來的一半大小，極大地沖擊著MP3格式在流行應(yīng)用中的地位。圖5-12Thomsonmp3PRO播放器mp3PRO是Fraunhofer-IIS研究所連同CodingTechnologies公司、法國的Thomsonmultimedia公司共同推出的。MP3Pro采用了SBR(SpectralBandReplication)技術(shù)，它建立在原來mp3技術(shù)的基礎(chǔ)上，針對(duì)原來mp3技術(shù)中損失了的音頻細(xì)節(jié)進(jìn)行獨(dú)立編碼處理，并捆綁在原來的mp3數(shù)據(jù)上，在播放的時(shí)候通過再合成而達(dá)到良好的音質(zhì)效果。如圖5-12所示的是Thomsonmp3PRO播放器的界面。mp3PRO的特點(diǎn)是降低了壓縮比，并可以在64KB/s速率下最大限度地保持壓縮前的音質(zhì)。音樂文件大小只有原MP3文件的1／2。同時(shí)，MP3Pro實(shí)現(xiàn)了高低版本的完全兼容，所以它的文件類型也是mp3。高版本的MP3Pro播放器也可以播放低版本的MP3文件，低版本的播放器也可以播放高版本的MP3Pro文件，但只能播放出mp3的音質(zhì)。許多軟件如RCAmp3PROAudioPlayer、CoolEditPro2.0都支持mp3PRO格式。它們既是MP3播放器，又都是mp3音樂的制作工具。它們都使用了LAME壓縮技術(shù)，采用了先進(jìn)的ABR（AverageBitRate）編碼方式，編碼時(shí)會(huì)根據(jù)高頻或低頻部分動(dòng)態(tài)地分配不同的數(shù)據(jù)量，保證既不浪費(fèi)數(shù)據(jù)空間又能防止音質(zhì)損失，從而以最大可能提高整體音質(zhì)。CodingTechnologies最新推出了MPEG-4aacPlus，將SBR技術(shù)應(yīng)用在AAC（AdvancedAudioCodec）技術(shù)中，從而獲得更卓越的音質(zhì)。RealMedia格式

RealMedia是網(wǎng)絡(luò)流媒體文件格式。其中包含RA、RMA這兩個(gè)音頻文件類型是由RealNetworks公司推出的，特點(diǎn)是可以在低達(dá)28.8kbps的帶寬下提供足夠好的音質(zhì)。較成功的RealMedia播放器是RealOnePlayer，其界面如圖5-13所示。可以獲得許多服務(wù)，包括錄制音頻、播放CD或音頻文件、管理文件、刻錄CD，并具有在網(wǎng)上搜索和播放流媒體、收聽電臺(tái)、收看節(jié)目頻道等功能。圖5-13RealOnePlayer播放器

在網(wǎng)絡(luò)傳輸過程中，流媒體是被分割處理的。首先要將原來的音頻分割成多個(gè)帶有順序標(biāo)記的小數(shù)據(jù)包，經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)傳遞后，在接收處將重新按順序組織這些數(shù)據(jù)包以提供播放。流媒體的播放音質(zhì)與網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量有關(guān)，有些數(shù)據(jù)包可能因收不到或者延緩到達(dá)而不能被播放，但是播放器還是能播出已經(jīng)到達(dá)的數(shù)據(jù)，以保證在收聽的內(nèi)容上基本連續(xù)。有一點(diǎn)是無法否認(rèn)的，即使在高傳輸率的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，RealMedia的音質(zhì)也是不如mp3的。隨著網(wǎng)絡(luò)速度的提升和寬帶網(wǎng)的普及，用戶對(duì)質(zhì)量的要求也不斷提高。RealNetworks通過與SONY公司合作，利用SONY的ATRAC技術(shù)（MD的壓縮技術(shù)）實(shí)現(xiàn)高比特率的高保真壓縮。一些主流軟件可以支持RealMedia的讀/寫，可以實(shí)現(xiàn)直接剪輯的軟件是RealNetworks提供的捆綁在RealMediaEncoder編碼器中的RealMediaEditor，但功能非常有限。WindowsMedia

Microsoft推出的WindowsMedia，也是一種網(wǎng)絡(luò)流媒體技術(shù)，本質(zhì)上跟RealMedia是相同的。WindowsMedia包含了WindowsMediaAudio&Video編碼和解碼器、可選集成數(shù)字權(quán)限管理系統(tǒng)和文件容器。其特點(diǎn)是高質(zhì)量、高安全性、最全面的數(shù)字媒體格式。可用于PC、機(jī)頂盒和便攜式設(shè)備上的流式處理和下載并播放等應(yīng)用程序。WindowsMedia9新技術(shù)攜帶著大量的新特性，并在WindowsMediaPlayer的配合下顯示出強(qiáng)大的功能。特別在音頻方面，Microsoft提供了全部種類音頻壓縮技術(shù)的解決方案。WindowsMedia提供最方便，高集成度的使用環(huán)境，其服務(wù)器端捆綁在Windows服務(wù)器版中。支持WindowsMedia的軟件非常多。幾乎所有的Windows平臺(tái)的音頻編輯工具都對(duì)它提供了讀/寫支持。通過Microsoft推出的WindowsMediaFileEditor可以實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的直接剪輯。為了加強(qiáng)Windows的娛樂功能，在Microsoft推出的WindowsXPMediaCenter版本中，將WindowsMedia9技術(shù)以及相關(guān)娛樂媒體軟件捆綁在WindowsXP中。WindowsMedia格式集成數(shù)字權(quán)限管理系統(tǒng)提供了用于安全分發(fā)數(shù)字媒體內(nèi)容的靈活格式，包括數(shù)字媒體的安全分發(fā)、支持靈活的商業(yè)模型、高度可伸縮的平臺(tái)。WindowsMedia使用高級(jí)的系統(tǒng)格式文件容器，支持高達(dá)1700萬TB的文件大小。在一個(gè)文件中可存儲(chǔ)音頻、多比特率視頻、元數(shù)據(jù)（如文件的標(biāo)題和作者）以及索引和腳本命令。為了確保內(nèi)容與兼容的播放機(jī)相關(guān)聯(lián)，提供了多種不同的文件擴(kuò)展名，如表5-4所示。表5-5WindowsMedia支持的文件擴(kuò)展名擴(kuò)展名說明.wmv基于WindowsMedia的文件，同時(shí)包含視頻和音頻

.wma基于WindowsMedia的文件，只包含音頻

.wvx元文件，指向WindowsMediaVideo(.WMV)文件

.wax元文件，指向WindowsMediaAudio(.WMA)文件

.asfASF結(jié)構(gòu)的文件，包含利用其它編解碼器壓縮的音頻和/或視頻內(nèi)容

.asx元文件，指向ASF結(jié)構(gòu)的文件(.ASF)

.wmsWindowsMedia外觀文件，與WindowsMediaPlayer7或高版本兼容

.wmz壓縮的WindowsMedia文件，與WindowsMediaPlayer7或更高版本兼容

.wmdWindowsMedia下載軟件包，與WindowsMediaPlayer7或更高版本兼容

WMA用于包括利用WindowsMediaAudio編解碼器壓縮的音頻的文件，WMV用于同時(shí)包括利用WindowsMediaAudio和WindowsMediaVideo編解碼器壓縮的音頻和視頻的文件。利用其他編解碼器壓縮的內(nèi)容應(yīng)該存儲(chǔ)在文件中，應(yīng)使用ASF擴(kuò)展名。MIDI音樂

MIDI音樂通常被稱為電子音樂或合成音樂，它也是聲音的一種，但是這種聲音與流行的樂器有關(guān)，例如，鋼琴、提琴、長(zhǎng)號(hào)、鼓等樂器。雖然MIDI音樂可以通過連接計(jì)算機(jī)的話筒采集而輸入計(jì)算機(jī)，但是這種MIDI音樂的獲取只能作為聲波來處理，不能對(duì)其中的音符進(jìn)行特殊的處理。MIDI音樂原理

MIDI（MusicInstrumentDigitalInterface）即音樂設(shè)備的數(shù)字化界面。實(shí)質(zhì)上，它是人們可以利用多媒體計(jì)算機(jī)和電子樂器去創(chuàng)作、欣賞和研究音樂的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。數(shù)字音樂的編碼

數(shù)字音樂究竟是怎么形成的呢？事實(shí)上，我們可以把很多樂器排列、基本發(fā)聲規(guī)律、和音樂的各種色彩等全部列出，并用相應(yīng)的數(shù)字來編號(hào)，從而形成一系列可以參照使用的代碼。

例如，我們定義AcousticPiano編號(hào)為01、C3音編號(hào)為10、8分音符編號(hào)為80，那么一個(gè)原聲鋼琴8分音符的C3音，就可以表示為“011080”一串?dāng)?shù)字。由此可見，可以用不同的音色編碼、音調(diào)編碼和音符編碼分別表示不同的樂器聲、高低音和音符數(shù)。可以說，數(shù)字音樂是一種音樂語言，這種語言是由事先定義好的音色、音調(diào)、音符等編號(hào)組成的。MIDI音樂就是這樣一種數(shù)字音樂，其樂譜信息稱之為MIDI消息，包括電子樂器鍵盤的彈奏的鍵名、力度、時(shí)值長(zhǎng)短等。計(jì)算機(jī)上處理MIDI音樂的基本過程計(jì)算機(jī)中的MIDI文件通常來自于音樂創(chuàng)作軟件或合成音樂設(shè)備。許多播放器都能播放MIDI音樂，播放時(shí)如圖5-8所示，需要從相應(yīng)的MIDI文件或設(shè)備中讀出MIDI指令，接著由MIDI文件系統(tǒng)解釋指令，然后通過MIDI播放器輸出和轉(zhuǎn)換信號(hào)，再經(jīng)過聲音合成器生成對(duì)應(yīng)的聲音波形，最后經(jīng)放大后由揚(yáng)聲器輸出。圖5-8計(jì)算機(jī)中MIDI音樂的處理計(jì)算機(jī)中MIDI音樂的處理

多媒體計(jì)算機(jī)中的MIDI與音效

多媒體PC機(jī)要求音頻卡上包含:MIDI合成器MIDI合成器能演奏的多種樂器及復(fù)合音MIDI輸入/輸出端口MIDI輸入/輸出端口可用來連接合成音樂設(shè)備音效芯片。音效是指在硬件上實(shí)現(xiàn)了回聲、混響、和聲等效果。

MIDI的組成

MIDI由三個(gè)部分組成，它們分別是通信協(xié)議CommunicationProtocol連接器Connector傳播格式（稱為標(biāo)準(zhǔn)MIDI文件）。通信協(xié)議CommunicationProtocolMIDI通信協(xié)議是二進(jìn)制形式的音樂描述語言。每個(gè)描述樂器演播動(dòng)作的字都賦予一個(gè)特定的二進(jìn)制代碼。當(dāng)要奏響一個(gè)MIDI音符時(shí)，首先要發(fā)出“音符開”消息，然后賦予該音符一個(gè)“速度”，用以決定該音符的響度。通信協(xié)議中還包括樂器演奏選擇、混合和平移聲音和電子樂器控制等MIDI消息。

連接器ConnectorMIDI1.0規(guī)范中，使用的MIDI接頭是一個(gè)5針DIN接頭。實(shí)際上，也可以通過其他連接器和電纜來傳送MIDI消息。如果MPC沒有設(shè)計(jì)5針DIN接頭，那么可通過串行口或游戲桿端口來連接MIDI樂器。如果MIDI樂器配備了一個(gè)8針的“小型DIN”串行口，則可以與計(jì)算機(jī)的串口直接相連。標(biāo)準(zhǔn)MIDI文件

標(biāo)準(zhǔn)MIDI文件可以僅僅是一個(gè)事件的列表，描述了一個(gè)音頻卡或其他播放設(shè)備要產(chǎn)生某種聲音的特定步驟。而且這些事件是可以編輯的，任何音樂片段都可以被重新排列、被多次復(fù)用、被任意拆分、組合或重疊。MIDI文件也可以攜帶非標(biāo)準(zhǔn)的樂器樣本、音效或人的對(duì)話，有些MIDI文件中還可記錄歌詞、表情和音調(diào)等特殊文字標(biāo)記。MIDI音樂接口標(biāo)準(zhǔn)

最早的MIDI標(biāo)準(zhǔn)就是Roland的GS（GeneralStandard）標(biāo)準(zhǔn)。為了有利于音樂家廣泛地使用不同的合成器設(shè)備和促進(jìn)MIDI文件的交流，國際MIDI制造商協(xié)會(huì)（MMA）在1991年制定了通用MIDI標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)以日本Roland公司的通用合成器GS標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)而制訂的。YAMAHA公司推出的MIDI標(biāo)準(zhǔn)XG。

GS標(biāo)準(zhǔn)

GS（GeneralStandard）是Roland公司創(chuàng)立的一種MIDI標(biāo)準(zhǔn)，此標(biāo)準(zhǔn)定義了我們最常用的128種樂器，音效和控制器的排列。該標(biāo)準(zhǔn)具有以下五種主要特點(diǎn)。

1.16個(gè)聲部。2.最大復(fù)音數(shù)為24或更多。3.GS格式的樂器音色排列。（包含有各種不同風(fēng)格的音樂所使用的樂器音色和打擊樂音色）4.鼓音色可以通過音色改變信息進(jìn)行選擇。5.包含兩種可以調(diào)節(jié)的效果，有混響和合唱。

GM標(biāo)準(zhǔn)（通用MIDI系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)Level1）GM（GeneralMIDIMode）標(biāo)準(zhǔn)是國際MIDI生產(chǎn)者協(xié)會(huì)（MMA）制定的，該標(biāo)準(zhǔn)以日本Roland公司的通用合成器GS標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)。GM標(biāo)準(zhǔn)為MIDI樂器之間的互相兼容定義了一些最基本的規(guī)則。

GM設(shè)備特性

鍵盤、聲卡、IC（集成電路）或軟件程序等所有能產(chǎn)生GM聲音的設(shè)備或軟件，要能夠和GM相兼容，必須符合通用MIDI系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)1的要求。GM對(duì)設(shè)備規(guī)定了在聲音、通道、樂器、通道指令（消息）和其它控制指令方面最基本的功能，具體說明如下：

聲音Voices：GM規(guī)定設(shè)備至少應(yīng)該有24個(gè)可同時(shí)使用的全動(dòng)態(tài)分配聲音，這些聲音對(duì)不同的速度要求都應(yīng)該能夠作出反應(yīng)。其中有16個(gè)用于旋律演奏的動(dòng)態(tài)分配的聲音，8個(gè)用于打擊樂器。

通道Channels：GM要求所有16個(gè)MIDI通道都要獲得支持，每一個(gè)通道可以同時(shí)有多個(gè)演奏聲音道，而且數(shù)量可變。每一個(gè)通道都可以用不同的樂器演奏。MIDI第10通道上是安排基于鍵的打擊樂器的。樂器Instruments：GM規(guī)定最少應(yīng)有16個(gè)同時(shí)存在的、并且能以不同音色演奏的不同的樂器。最少應(yīng)有128種符合GMInstrumentPatchMap的預(yù)設(shè)的樂器，應(yīng)有符合GMPercussionKeyMap47種打擊樂器。通道消息ChannelMessages：GM定義的通道消息應(yīng)該能支持連續(xù)控制器1，7，10，11，64，121和123。支持打印口RPN#s0，1，2。支持通道壓力ChannelPressure和音調(diào)扭曲PitchBend。其他消息OtherMessages：如通用MIDI系統(tǒng)消息那樣，能對(duì)微調(diào)、調(diào)音路徑、音調(diào)扭曲范圍、數(shù)據(jù)入口控制器和RPN作出響應(yīng)。GM聲音集

GM聲音集也就是預(yù)定義的樂器表。GM標(biāo)準(zhǔn)定義了最常用的128種樂器，用不同的MIDI程序號(hào)為聲音進(jìn)行了命名，把產(chǎn)生這些聲音的方法留給產(chǎn)品開發(fā)商去解決。XG標(biāo)準(zhǔn)

XG-MIDI（ExtendedGeneralMIDI）是擴(kuò)展的通用MIDI。由YAMAHA公司在1994年推出的新的音源控制規(guī)格。

XG繼承了GM定義的各項(xiàng)基本功能，同時(shí)又增加了音色庫（音色數(shù)量）。用多種控制器來控制和調(diào)節(jié)音色、速度等特性。YAMAHA公司積極開放產(chǎn)品的系統(tǒng)碼，擴(kuò)展控制器的控制范圍。XG標(biāo)準(zhǔn)的定義表稱為“MIDIMapper”(MIDI映射表)，所有的MIDI設(shè)備都會(huì)有相應(yīng)的MIDI映射表，在計(jì)算機(jī)中也要有相應(yīng)的MIDI映射表。其中有一張表里排列著MIDI設(shè)備的音色，在這張音色表中，重要的是這些樂器音色所對(duì)應(yīng)的排列編號(hào)，MIDI設(shè)備與計(jì)算機(jī)只認(rèn)音色的排列編號(hào)，而不分析音色的排列次序。目前的MIDI設(shè)備一般都有多個(gè)音色庫，但音色庫最多不會(huì)超過128個(gè)。每個(gè)音色庫有128個(gè)樂器音色。目前，MIDI設(shè)備和計(jì)算機(jī)基本上都建立在GM基礎(chǔ)上。GM已經(jīng)作為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，其基本標(biāo)號(hào)格式已被固定了。所以，完全可以將MIDI映射表固定在Windows的驅(qū)動(dòng)程序中，由驅(qū)動(dòng)程序去解決那么多音色的調(diào)用問題，不需要人為進(jìn)行參數(shù)的設(shè)置。映射表是MIDI設(shè)備內(nèi)部解碼的依據(jù)。要使MIDI指令轉(zhuǎn)變可欣賞的音樂，首先必須通過設(shè)備內(nèi)部對(duì)MIDI指令的解碼，再經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換器、振蕩器、濾波器、信號(hào)放大器等元件的處理，最后由揚(yáng)聲器輸出。MIDI音樂的基本設(shè)備

包括音源、音序器、輸入設(shè)備。音源

音源是一個(gè)音色資源庫，其內(nèi)部包含了很多不同音色的樣本波形，例如鋼琴的音色樣本、吉它的音色樣本等等。音源是用來發(fā)聲音的，但是音源只是一個(gè)資源庫，本身并不知道在什么時(shí)候該用什么音色發(fā)怎樣的聲音。如何調(diào)用資源的任務(wù)由MIDI音序器去完成。音源分為軟音源和硬音源。軟音源實(shí)質(zhì)上是一個(gè)軟件，軟音源必須依靠電腦芯片和內(nèi)存的工作來發(fā)聲，常見的有YamahaS-YXG100,RolandVSC88等，它們必須在電腦上安裝后才能使用。硬音源是一個(gè)實(shí)際存在的設(shè)備，如圖5-9所示是Roland推出的綜合音源RolandFANTOMXR。將硬音源和音序器連接以后就可以使用了。圖5-9RolandFANTOMXR音源音源可以做得很小，例如普通聲卡上一塊芯片就是一個(gè)小小的音源，通過這個(gè)音源，我們就能直接用聲卡聽MIDI音樂。在目前的專業(yè)MIDI領(lǐng)域中，比較有名的硬件音源有RolandJV1080、YamahaMU90、MU100、TG500等。音序器

音序器是制作音樂的處理器。用它來編輯各種音樂數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)同步播放等等。它把組成音樂所需的音色，節(jié)奏，音符等按照一定的序列組織起來，好讓音源發(fā)聲。實(shí)際上，音序器以數(shù)字的形式記錄了音樂的一般要素，拍子，音高，節(jié)奏，音符時(shí)值等，MIDI文件的本質(zhì)內(nèi)容就是音序內(nèi)容。音序器也有軟/硬音序器之分。軟件音序器也是一個(gè)電腦程序，很多MIDI制作軟件實(shí)際上就是音序器軟件，如Cakewalk、Encore、CubaseVST等。軟件音序器所使用的電腦顯示器較大，界面漂亮，實(shí)用，操作方便。因而，目前軟件音序器早已成為了市場(chǎng)的主流。硬件音序器和硬件音源一樣，一般體積都很小，與音源連接以后就可以控制音源發(fā)聲了。比較有名的硬件音序器有YamahaQY10、QY700等。硬件音序器只能靠?jī)芍皇衷诿姘迳习存I，顯示屏也較小，修改音符參數(shù)十分復(fù)雜。輸入設(shè)備輸入設(shè)備就是MI