1、數(shù)字音頻技術(shù)第1章 概述田飛課程計劃一、目的數(shù)字技術(shù)發(fā)展快，人才缺乏；新技術(shù)有許多待學習的領(lǐng)域目前信息中數(shù)字化程度越來越高二、特點盡可能新、專、實用重在概念、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：機械工業(yè)出版社，2005.1四、學時及考試安排l 平均每周4學時，講授12周，共計48學時五、學完后水平 了解基本原理和一些實際的常識六、各章節(jié)安排1章 緒論(1)2章 音頻信號的數(shù)字化(7)2.1 聲音的頻率范圍2.2 音頻信號的數(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準(8)3.1 音頻壓縮

2、編碼的基本原理3.2 MPEG-1音頻壓縮編碼標準3.3 杜比AC-3音頻壓縮算法3.4 MPEG-2音頻壓縮編碼標準3.5 MPEG-4音頻壓縮編碼標準4章 信道編碼及調(diào)制技術(shù)(10)4.1 數(shù)字音頻信號的處理流程4.2 差錯控制的基本概念4.3 信道編碼技術(shù)4.4 差錯掩蓋技術(shù)4.5 數(shù)字基帶信號的碼型變換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5.2 超級音頻CD（SACD）5.3 DVD-Audio5.4 微型光盤（MD）5.5 數(shù)字錄音機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準(2)7.1 數(shù)字音頻文件格式7.2 數(shù)字音頻接口標準簡介8章 音頻處理與控制設(shè)備(9)8.1 音質(zhì)的評價8.2 音響設(shè)備的分類8.3 信號動態(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 聽覺激勵器8.8 調(diào)音臺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 音頻測量與分析(6)11.1 電平測量11.2 串音和隔離度的測量11.3 噪音的測量11.4 相位和頻率的測量11.5 信號頻譜分析11.6 非線性失真的測量11.7 眼圖及抖動測量第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)代信息社會發(fā)展重要角色的是以計算機為核心的信息處理與通信技術(shù)。隨著數(shù)字技術(shù)的進步而不斷發(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、揚聲器）模擬電壓信號（錄音設(shè)備）磁信號磁性媒介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在放大和傳輸過程中，會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有一些變化 l解決方案：模擬方法l對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)改善材料和器件費用隨音質(zhì)的提高成幾何級數(shù)增長且效果有限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60年代后半期：嘗試運用數(shù)字技術(shù)來改善音響系統(tǒng)特性。l 1965年日本的調(diào)頻立體聲廣播系統(tǒng)進行重新評估，發(fā)現(xiàn)模擬磁帶錄音機是影響音質(zhì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。且無論在模擬技術(shù)領(lǐng)域里如何加以改進，也不能實現(xiàn)音質(zhì)的大幅度改善。 數(shù)字技術(shù)l 1967年完成一臺試制機

6、，并不斷加以改進；l 1977年推出了PCM-1型數(shù)字磁帶錄音機。性能比模擬磁帶錄音機有顯著改善。3、數(shù)字技術(shù)的發(fā)展存儲媒介的磁帶與唱片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通過采樣、量化和編碼過程轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，然后再進行記錄、傳輸以及其他加工處理；在重放時再將這些記錄的數(shù)字音頻信號還原為模擬信號，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過程會引入一些誤差，但在對數(shù)字信號的存儲和傳輸過程中不會引起音質(zhì)的變化l 計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，使數(shù)字音頻處理變得越來越容易依賴硬件（價格高昂） 依賴軟件（成本低、靈活、多次處理，但非實時性（用DSP可以改善）音頻信號數(shù)字化后可以避免模擬信號容易受噪聲和干擾的音頻信號數(shù)字化后可以避免模擬信號容易受噪聲和干擾的影響，可擴大音頻的動態(tài)范圍，可利用計算機進行數(shù)據(jù)處影響，可擴大音頻的動態(tài)范圍，可利用計算機進行數(shù)據(jù)處理，可不失真地遠距離傳輸，可與圖像、視頻等其它媒體理，可不失真地遠距離傳輸，可與圖像、視頻等其它媒體信息進行多路復用，以實現(xiàn)多媒體化和網(wǎng)絡(luò)

8、化。信息進行多路復用，以實現(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數(shù)是衡量A/D轉(zhuǎn)換器性能的兩個重要參數(shù)采樣頻率：44.1kHz192kHz量化比特數(shù)：16bit24bitl采用直接流數(shù)字（Direct Stream Digital，DSD）技術(shù)用于超級音頻CDDSD音頻格式簡化了信號流程，將模擬音頻直接以2.8224MHz的頻率進行過采樣，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) 采樣頻率量化比特數(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)碼率的進一步降低是人們關(guān)心的熱點。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，語音編碼已降到2kbit/s。l對音頻來說，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)字信號處理技術(shù)l數(shù)字信號處理就是對數(shù)字信號進行變換、

11、壓縮、濾波、均衡、估值等各種處理。l數(shù)字信號處理器（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、數(shù)字音頻工作站以及對聲音進行處理的數(shù)字化設(shè)備是利用DSP進行幅度、頻率及延時處理，實現(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)字信號在傳輸和記錄過程中會產(chǎn)生誤碼，為了提高傳輸?shù)目煽啃曰蚰軓墓獗P、磁盤等存儲媒介中讀出正確的數(shù)據(jù)，必須進行糾錯編碼，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）進行糾錯編碼；采用8-10調(diào)制（由8bit變換成10bit）、EFM（Eight to Fourteen Modulation）調(diào)制進行碼型變換。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)消費電子類數(shù)字音響設(shè)備 CD唱機、數(shù)字磁帶錄音機（DAT）、MP3播放機以及MD（M

13、ini Disc）唱機已廣泛應(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、非線性編輯等環(huán)節(jié)使用了數(shù)字調(diào)音臺、數(shù)字音頻工作站等數(shù)字音頻設(shè)備。但這里值得強調(diào)的是：數(shù)字化時代的音頻技術(shù)，并不能丟棄模擬技術(shù)，而要將兩者有機的結(jié)合，取長補短，用數(shù)字化技術(shù)去追求模擬的音質(zhì)，用數(shù)字化手段來彌補模擬音頻設(shè)備的弱點三、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、多媒體計算機以及英特網(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，而且是可擴充的、開發(fā)的，并可以應(yīng)用未來的編碼技術(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