数字音频技术1章

数字音频技术第1章概述田飞课程计划一、目的数字技术发展快，人才缺乏；新技术有许多待学习的领域目前信息中数字化程度越来越高二、特点尽可能新、专、实用重在概念、基础、系统、跟踪新技术三、教材卢官明，宗昉.数字音频原理及应用.北京：机械工业出版社，2005.1四、学时及考试安排平均每周4学时，讲授12周，共计48学时五、学完后水平了解基本原理和一些实际的常识六、各章节安排1章绪论(1)2章音频信号的数字化(7)§2.1声音的频率范围§2.2音频信号的数字化§2.3A/D转换器§2.4D/A转换器§2.5过采样Δ-Σ调制A/D、D/A转换器3章音频压缩编码原理及标准(8)§3.1音频压缩编码的基本原理§3.2MPEG-1音频压缩编码标准§3.3杜比AC-3音频压缩算法§3.4MPEG-2音频压缩编码标准§3.5MPEG-4音频压缩编码标准4章信道编码及调制技术(10)§4.1数字音频信号的处理流程§4.2差错控制的基本概念§4.3信道编码技术§4.4差错掩盖技术§4.5数字基带信号的码型变换§4.6数字调制5章数字音频记录重放系统(8)§5.1激光唱盘和激光唱机§5.2超级音频CD（SACD）§5.3DVD-Audio§5.4微型光盘（MD）§5.5数字录音机6章电子乐器数字接口（MIDI）(3)§6.1概述§6.2MIDI乐音合成器原理§6.3MIDI系统中的设备配置§6.4MIDI系统连接§6.5常见的MIDI应用软件7章数字音频文件格式与接口标准(2)§7.1数字音频文件格式§7.2数字音频接口标准简介8章音频处理与控制设备(9)§8.1音质的评价§8.2音响设备的分类§8.3信号动态处理设备§8.4均衡器§8.5声反馈抑制器§8.6效果处理器§8.7听觉激励器§8.8调音台9章数字音频工作站(5)§9.1概述§9.2数字音频工作站的主要功能§9.3数字音频工作站的组成§9.4数字音频工作站的附件§9.5音频设备间的同步实现§9.6音频编辑软件CoolEdit200010章数字声音广播(7)§10.1概述§10.2数字音频广播§10.3数字调幅（AM）广播系统§10.4网络广播11章音频测量与分析(6)§11.1电平测量§11.2串音和隔离度的测量§11.3噪音的测量§11.4相位和频率的测量§11.5信号频谱分析§11.6非线性失真的测量§11.7眼图及抖动测量第1章绪论一、数字音频技术的发展二、数字音频技术所涉及的关键技术三、数字音频技术的应用领域一、数字音频技术的发展1、现代信息社会发展重要角色的是以计算机为核心的信息处理与通信技术。随着数字技术的进步而不断发展。2、传统技术——模拟技术。话筒（声音、音乐）（功率放大器、扬声器）→模拟电压信号—（录音设备）→磁信号→磁性媒介问题：影响音质因素①模拟磁性录音性能受电磁性的影响较大②模拟电压信号在放大和传输过程中，会受到各种噪声和干扰的影响③磁带的频率特性在每次重放过程中都会有一些变化解决方案：模拟方法对于把声波的大小以原有形态直接加以记录和传输的模拟方式来说，它的音质是依赖于所用的材料和器件。提高音质——改善材料和器件——费用↑随音质的提高成几何级数增长——且效果有限解决方案：数字技术3、数字技术的发展20世纪60年代后半期：尝试运用数字技术来改善音响系统特性。1965年——日本的调频立体声广播系统进行重新评估，发现模拟磁带录音机是影响音质的关键环节。且无论在模拟技术领域里如何加以改进，也不能实现音质的大幅度改善。——数字技术1967年——完成一台试制机，并不断加以改进；1977年——推出了PCM-1型数字磁带录音机。性能比模拟磁带录音机有显著改善。3、数字技术的发展存储媒介的磁带与唱片1982年——唱片推出激光唱盘(ComparctDisc，CD)数字音响系统；1987年——磁带使用了小型盒带的数字录音磁带(DigitalAudioTap，DAT)系统；1987年——广播也同样推出了卫星电视直播的B模式立体声伴音。——数字音频技术走向实用化。4、数字音频技术定义：所谓数字音频技术是指把模拟声音信号通过采样、量化和编码过程转换成数字信号，然后再进行记录、传输以及其他加工处理；在重放时再将这些记录的数字音频信号还原为模拟信号，获得连续的声音。采用数字音频技术的原因：①理论上A/D和D/A过程会引入一些误差，但在对数字信号的存储和传输过程中不会引起音质的变化②计算机技术的飞速发展，使数字音频处理变得越来越容易依赖硬件（价格高昂）→依赖软件（成本低、灵活、多次处理，但非实时性（用DSP可以改善））音频信号数字化后可以避免模拟信号容易受噪声和干扰的影响，可扩大音频的动态范围，可利用计算机进行数据处理，可不失真地远距离传输，可与图像、视频等其它媒体信息进行多路复用，以实现多媒体化和网络化。二、数字音频技术所涉及的关键技术(1)A/D（模拟/数字）和D/A（数字/模拟）转换①A/D和D/A转换器及其外围电路的性能决定数字音频系统性能的好坏；②采样频率和量化比特数是衡量A/D转换器性能的两个重要参数采样频率：44.1kHz——→192kHz量化比特数：16bit——→24bit③采用直接流数字（DirectStreamDigital，DSD）技术用于超级音频CDDSD音频格式简化了信号流程，将模拟音频直接以2.8224MHz的频率进行过采样，通过Δ-Σ调制和噪声整形技术以1bit脉冲密度方式进行编码。二、数字音频技术所涉及的关键技术(2)压缩编码技术采样频率↑→量化比特数↑→数据量大↑↑→压缩编码→数据量↓常用的音频压缩编码方法有：子带编码（SubbandCoding）、改进的离散余弦变换（ModifiedDiscreteCosineTransform，MDCT）编码；自适应变换听觉编码（AdaptiveTransformAcousticCoding，ATRAC）；自适应谱感知熵编码（AdaptiveSpectralPerceptualEntropyCoding，ASPEC）；自适应掩蔽模型的通用子带综合编码和复用（MaskingpatternadaptedUniversalSubbandIntegratedCodingAndMultiplexing，MUSICAM）；杜比公司的AC-3（AudioCodeNumber3）、MPEG-2/4音频编码等。二、数字音频技术所涉及的关键技术随着英特网传输信息量的日益增大，要求下载速度快，故数码率的进一步降低是人们关心的热点。目前音频压缩编码技术的水平是：立体声编码数码率已降到64kbit/s甚至低到48kbit/s，语音编码已降到2kbit/s。对音频来说，降低数码率的关键在于充分利用人耳的听觉特性，创建新型的心理声学模型以及新型的量化编码方式。二、数字音频技术所涉及的关键技术(3)数字信号处理技术数字信号处理就是对数字信号进行变换、压缩、滤波、均衡、估值等各种处理。数字信号处理器（DSP）是数字音频设备的核心组成部分。数字调音台、数字音频工作站以及对声音进行处理的数字化设备是利用DSP进行幅度、频率及延时处理，实现模拟设备中的幅度压缩/限制、音量控制、频率均衡、混响、回声、效果音处理等功能，通过数字滤波器滤除信号中的各种噪声和干扰。二、数字音频技术所涉及的关键技术(4)信道编码和调制技术数字信号在传输和记录过程中会产生误码，为了提高传输的可靠性或能从光盘、磁盘等存储媒介中读出正确的数据，必须进行纠错编码，并将其码型变换成适合于信道传输的形式。在数字音频记录重放系统中，通常采用交叉交织理德-索罗门码（CrossInterleavedReed-SolomonCode，CIRC）、理德-索罗门乘积码（Reed-SolomonProductCode，RSPC）进行纠错编码；采用8-10调制（由8bit变换成10bit）、EFM（EighttoFourteenModulation）调制进行码型变换。而在数字声音广播系统中，通常采用截短删余卷积码正交频分复用（CodedOrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing，COFDM）技术。三、数字音频技术的应用领域(1)消费电子类数字音响设备CD唱机、数字磁带录音机（DAT）、MP3播放机以及MD（MiniDisc）唱机已广泛应用了数字音频技术(2)广播节目制作系统在声音节目制作系统，如录音、声音处理加工、记录存储、非线性编辑等环节使用了数字调音台、数字音频工作站等数字音频设备。但这里值得强调的是：数字化时代的音频技术，并不能丢弃模拟技术，而要将两者有机的结合，取长补短，用数字化技术去追求模拟的音质，用数字化手段来弥补模拟音频设备的弱点三、数字音频技术的应用领域(3)多媒体应用在多媒体上的应用体现在VCD、DVD、多媒体计算机以及英特网。VCD采用MPEG-1编码格式记录声音和图像；DVD-Audio格式支持多种不同的编码方式和记录参数，可选的编码方式包括MLP（MeridianLosslessPacking）、DolbyAC-3、数字影院系统（DigitalTheaterSystem，DTS）、DSD等，而且是可扩充的、开发的，并可以应用未来的编码技术；英特网上采用MP3的音频格式传输声音，以提高下载能力。三、数字音频技术的应用领域(4)广播电视数字化在数字视频广播（DVB）和数字音频广播（DAB）系统中，声音编码采用MUSICAM编码方法，符合MPEG-1LayerⅡ标准。在中、短波数字调幅广播（DRM）系统中，声音压缩编码采用MPEG-4高级音频编码（AdvancedAudioCoding，AAC）、码激励线性预测（CodeExcitedLinearPrediction，CELP）以及谐波矢量激励编码（HarmonicVectoreXcitationCoding，HVXC）技术。本章结束，谢谢！