1、2019/2/11,1,第3章多媒体音频数据的制作,3.1 多媒体音频 3.2 音频文件的压缩技术 3.3 音频文件的制作 3.4 音频文件的播放 3.5 小结,2019/2/11,2,3.1 多媒体音频,3.1.1 音频概述 3.1.2 音频文件的分类 3.1.3 数字化音频技术,2019/2/11,3,音频（Audio）是人们用来传递信息最方便、最熟悉的方式，是多媒体系统使用最多的信息载体。 表3.1.1字符数据的不同表示方法,3.1.1 音频概述,2019/2/11,4,3.1.1 音频概述,音频是通过一定介质（如空气、水等）传播的一种连续的波，在物理学中称为声波。声音的强弱体现在声波压
2、力的大小上（和振幅相关），音调的高低体现在声波的频率上（和周期相关），如下图。,2019/2/11,5,3.1.1 音频概述,振幅声波的振幅就是通常所说的音量。在声学中用来定量研究空气受到压力的大小。 周期以规则的时间间隔重复出现，这个时间间隔称为声音信号的周期，用秒表示。 频率声音信号的频率是指信号每秒钟变化的次数，用赫兹（Hz）表示。人们把频率小于20Hz的信号称为亚音信号；频率范围为20 Hz20k Hz的信号称为音频（Audio）信号；高于20k Hz的信号称为超音频信号，或称超声波信号。 带宽带宽是指频率覆盖的范围。,2019/2/11,6,3.1.2 音频文件的分类,多媒体音频可按
3、用途、来源、文件格式及压缩方法等多种途径进行分类。 按用途分类音频可分为语音（如解说词）、音乐（如配乐）和声效（如掌声）等。 按声音来源分类 数字化声波，即利用声卡等专用设备将语音、音乐等波形信息转换成数字方式，并将编码保存起来，使用时再解码和转换成原来的波形。 MIDI合成，即通过电子乐器的弹奏形成数字指令驱动音乐合成器，并借助于合成器产生的数字声音信号还原成相应的音乐或音效。 利用声音素材库获取音频文件。,2019/2/11,7,3.1.2 音频文件的分类,按文件存储格式分类 WAV：微软的标准声音文件格式。 MIDI：乐器数字接口（Musical Instrument Digital I
4、nterface）的缩写，实质是一个通过电缆将电子音乐设备连接起来的协议。 RMI：这是另一种MIDI格式，它也分为RIFF MIDI Format 0和RIFF MIDI Format 1两种。 MP3：MP3是目前最热门的音乐文件格式。这是一种间频压缩技术，采用MPEG Layer 3标准对WAV音频文件进行压缩而成 。 MP2：采用MPEG Layer 2标准对WAVE音频文件进行压缩后生成的音乐文件。 AU 、RA 、VQF 、CD-DA 、CD-XA 等,2019/2/11,8,3.1.3 数字化音频技术,音频的数字化 代表声音的模拟信息是个连续的量，不能由计算机直接处理，必须将其数
5、字化方可被计算机接收。图3.1.2 为声音模拟信号的数字化示意图。 影响数字化声音质量的因素主要有三个，即采样频率、采样精度和通道个数 。,2019/2/11,9,3.1.3 数字化音频技术,MIDI乐器数字化接口MIDI为乐器数字化接口，是为了把电子乐器与计算机相连而制定的一个规范，是数字音乐的国际标准。用来将乐器的音乐转化为数字化音乐存储在计算机中，然后进行编辑播放。,图3.1.3 MIDI声音处理过程,2019/2/11,10,3.2 音频文件的压缩技术,3.2.1 数字音频的压缩 3.2.2 音频压缩编码的基本方法 3.2.3 MP3音频文件压缩标准 3.2.4 MP4音频文件压缩编码
6、 3.2.5 TwinVQ,2019/2/11,11,3.2.1 数字音频的压缩 采用数字音频获取声音文件的方法最突出的问题是信息量大，音频信息文件所需的存储空间的计算公式为：存储容量（字节）采样频率采用精度/8声道数时间3.2.2 音频压缩编码的基本方法 音频信号的压缩方法有多种。基本上分为两大类：有损 压缩和无损压缩。无损压缩法包括不引入任何数据失真的各 种墒编码；有损压缩又可分为波形编码、模型编码和同时利 用这两种技术的混合编码方法。,2019/2/11,12,3.2.2 音频压缩编码的基本方法,有损压缩 波形编码利用采样和量化过程来表示音频信号的波形，使编码后的音频信号与原始信号的波形
7、尽可能匹配。它主要根据人耳的听觉特性进行量化，以达到压缩数据的目的。 参数编码把音频信号表示成某种模型的输出，利用特征提取的方法抽取必要的模型参数和激励信号的信息，并对这些信息编码，最后在输出端合成原始信号。 混合编码介于波形编码和参数编码之间，集中了这两种方法的优点，可以在较低的误码率上得到较高的音质。,2019/2/11,13,3.2.3 MP3音频文件压缩标准,MP3的全名是MPEG Audio Layer-3，简单的说就是一种声音文件的压缩格式。1987年德国的研究机构IIS(Institute Integrierte Schaltungen)开始着手一项声音编码及数字音频广播的计划，
8、名称叫做EUREKA EUl47，即MP3的前身。之后，这项计划由IIS与Erlangen大学共同合作，开发出一套非常强大的算法，经由150国际标准组织认证之后，符合ISO-MPEG Audio Layer-3标准，就成为现在的MP3。,2019/2/11,14,3.2.3 MP3音频文件压缩标准,ISO/MPEG音频压缩标准里包括了三个使用高性能音频数据压缩方法的感知编码方案 (perceptual coding schemes) 。按照压缩质量(每Bit的声音效果)和编码方案的复杂程度分别是Layer 1、Layer 2、Layer 3。 所有这三层的编码采用的基本结构是相同的。它们在采用
9、传统的频谱分析和编码技术的基础上还应用了子带分析和心理声学模型理论。 MP3的好处在于大幅降低数字声音文件的容量，而不会破坏原来的音质。通过MP3格式压缩后，文件便可压缩为原来的1/10l/12。,2019/2/11,15,3.2.3 MP3音频文件压缩标准,表3.2.2 声音品质与压缩比关系表,表3.2.1 MPEG的压缩等级与压缩比率,2019/2/11,16,3.2.4 MP4音频文件压缩编码,MP4并不是MPEG-4或者MPEG-1 Layer 4，它的出现是针对MP3的大众化、无版权的一种保护格式，由美国网络技术公司开发，美国唱片行业联合会倡导公布的一种新的网络下载和音乐播放格式。M
10、P4使用的是MPEG-2 AAC技术也就是俗称的a2b或AAC。,2019/2/11,17,3.2.4 MP4音频文件压缩编码,特点 音质更加完美而压缩比更加大(1:15)。MPEG-2 AAC(ISO/IEC 13818-7)在采样率为896KHz下提供了148个声道可选范围的高质量音频编码 。 AAC与MP3相比，增加了诸如对立体声的完美再现、比特流效果音扫描、多媒体控制、降噪优异等MP3没有的特性，使得在音频压缩后仍能完美的再现CD音质。,2019/2/11,18,3.2.4 MP4音频文件压缩编码,AAC技术主要由以下三个部分组成 AT&T的音频压缩技术专利。它可以将AAC压缩比提高到
11、20:1而不损失音质。 安全数据库。它可以为你的AAC Music创建一个特定的密钥，将此密钥存于其数据库中。同时，只有AAC的播放器才能播放含有这种密钥的音乐。 协议认证。这个认证包含了复制许可、允许复制副本数目、歌曲总时间、歌曲可以播放时间以及售卖许可等信息。,2019/2/11,19,3.2.5 TwinVQ,TwinVQ即VQF，是由Nippon Telegraph and Telephone (NTT) 开发的一种音乐压缩(Music Compression)技术，经过不少权威评测，认为这是一种绝对优于MP3的技术。在音频压缩率和音质上，VQF比起MP3都有很大的优势。 VQF的优点
12、是它对计算机硬件配置要求比MP3低，压缩文件比MP3小，且支持MMX技术，可以运行在Windows95/98/NT或MacOS7.5.1系统之上，也可以广泛应用在网络之中。,2019/2/11,20,3.2.5 TwinVQ,TwinVQ在压缩率上的优势VQF采用了与MP3截然不同的音频压缩技术，它的音频压缩率比ISO标准的MPEG音频压缩率高出近一倍，可以达到1：20左右甚至更高。而像Mp3、RA这些广为流行的压缩格式一般只有1：12左右，可以说VQF在音频压缩比率上的优势已经明显超越了Mp3和RA。 TwinVQ在音质上的优势当VQF以44Khz-80kbp/s的音频采样率压缩音乐时，它的
13、音质优于44Khz-128kb/s的MP3，当VQF以44Khz-96kbp/s的频率压缩时，它的音质几乎等于 44Khz-256kb/s的MP3。 TwinVQ在音质上的优势当VQF以44Khz-80kbp/s的音频采样率压缩音乐时，它的音质优于44Khz-128kb/s的MP3，当VQF以44Khz-96kbp/s的频率压缩时，它的音质几乎等于 44Khz-256kb/s的MP3。,2019/2/11,21,3.2.5 TwinVQ,VQF的主要缺点 系统占用率大 压缩速度慢 播放器少,2019/2/11,22,3.3 音频文件的制作,3.3.1 Windows环境下音量的调节和设置 3.
14、3.2 Windows的录音机程序 3.3.3 音频编辑软件Cool Edit Pro 2000,2019/2/11,23,3.3.1 Windows环境下音量的 调节和设置,音量调节程序的界面,2019/2/11,24,3.3.2 Windows的录音机程序,录制声音把声卡的MIC IN插孔与话筒相连，或者把LINE IN与其他声音输入设备（例如录像机的Audio插孔）相连，启动Windows开始菜单程序中附件中的“录音机”程序，就可以录制声音。 步骤1 在声卡MIC插孔中插入话筒，打开话筒开关。 步骤2 在Windows“附件”组中启动“录音机”，打开声音源同时按录音按钮开始录音，此时，声
15、波窗口中出现声音波形。 步骤3 按“停止按钮”，结束录音。 步骤4 从文件菜单中选择“另存为”命令，输入文件名后确定。 录音时，声波窗口右侧记录了当前录制声音文件的时间长度。,2019/2/11,25,3.3.2 Windows的录音机程序,利用录音机程序插入另一个声音文件 步骤1 首先使用文件菜单命令“打开”一个声音文件。 步骤2 用“播放”和“停止”按钮或拖动滚动条上的滑块以定位拟插入声音文件的位置。 步骤3 从“编辑”菜单中选择“插入文件”命令。 步骤4 在“文件”对话框中输入或直接选定欲插入的另一个声音文件的文件名。 步骤5 按“确定”按钮，完成插入。,2019/2/11,26,3.3
16、.2 Windows的录音机程序,混合声音文件利用编辑菜单的“混入文件”命令，可将一个声音文件与另一个声音文件相互混合，产生特殊效果。例如，将一个解说词文件与一个音乐文件相混合，在播放时，则可同时听到解说词和音乐，即在解说词中增加了背景音乐。 步骤1 首先打开一个声音文件。 步骤2 用“播放”和“停止”按钮来定位想要混入声音文件的位置。 步骤3 从“编辑”菜单中选取“混入文件”命令。 步骤4 在文件对话框中输入想要混入的另一个文件名。 步骤5按“确定”按钮，完成混合。,2019/2/11,27,3.3.2 Windows的录音机程序,删除声音文件中某一部分内容 步骤1 打开需要删除的声音文件。
17、 步骤2 用“播放”和“停止”按钮来定位预删除的位置。 步骤3 从“编辑”菜单中选择“删除当前位置以前的内容”命令，或选“删除当前位置以后的内容”命令。 步骤4 确认是否删除。,2019/2/11,28,3.3.3 音频编辑软件 Cool Edit Pro 2000,Cool Edit 软件功能Cool Edit 是一个很优秀的音频数据制作、编辑、处理和播放软件。利用Cool Edit可以录制音频文件；轻松地在音频文件中进行剪切、粘贴、合并、重叠声音操作；提供有多种特效处理如放大、降低噪声、压缩、扩展、回声、延迟、调整音调等；使用它可以生成噪音、低音、静音、音乐等声音；其他功能有自动静音检测和
18、删除、自动节拍查找等。另外，它还可以在多种音频文件存储格式之间进行转换。,2019/2/11,29,3.3.3 音频编辑软件 Cool Edit Pro 2000,Cool Edit 界面,图3.3.5 COOL EDIT应用程序界面,2019/2/11,30,3.4 音频文件的播放,3.4.1 VideoViewer (媒体播放器) 3.4.2 MP3播放器(Winamp) 3.4.3 音频文件的格式转化,2019/2/11,31,3.4.1 VideoViewer (媒体播放器),VideoViewer 能够播放几乎所有流行的媒体（音频、视频和图像文件等）。该软件支持的文件格式包括：MPE
19、G、QuickTime、AVI、 FLIC、GIF、ANI、ICO、BMP、JPG 等。,2019/2/11,32,3.4.2 MP3播放器(Winamp),Winamp的界面及主菜单,2019/2/11,33,3.4.3 音频文件的格式转化,Awave Audio就是一种很优秀的格式转换软件。可以实现数十种流行音乐文件的格式转换。,图3.4.3 Awave Audio应用程序界面,2019/2/11,34,3.4.3 音频文件的格式转化,利用Awave Audio转换音频文件的步骤如下： 添加音频文件。运行Awave Audio应用软件后首先打开格式转换向导对话框，点击下一步，打开被转换音频
20、文件输入对话框，要求添加需转换的音频文件。选定窗口中左下角的Add files按钮指定文件路径。 指定转换后音频文件的格式。音频文件格式转换窗口由三部分组成，上半部分是文件输出对话框，用来指定输出文件的路径；中间是输出文件格式设置，用来设置音频文件的格式、采样精度、通道数等；下半部分用来设定音频的效果。 音频文件格式转换。设定好文件格式后，单击下一步，即可按所设定的格式进行文件转换。完成后，单击窗口中的完成按钮，退出。,2019/2/11,35,3.5 小 结,本章介绍了音频文件的分类、存储方法和数字化音频处理技术。重点介绍了音频文件的数字化压缩编码技术，尤其是主流的音频文件MP3、MP4的压缩编码方法，和各种音频文件的制作方法和播放软件，以及不同音频文件的格式转换。,
