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第3章 音频和视频处理与制作 3.1 音频基础知识 声音是振动的波，是随时间连续变化的物理量。声音有三个重要指标： （1）振幅（Amplitude） 波的高低幅度，表示声音的强弱。 （2）周期（Period） 两个相邻波之间的时间长度。 （3）频率（Frequency） 每秒钟振动的次数，以Hz为单位。 3.1.1 音频信号的特征 1．声音的传播方向 声音依靠介质的振动进行传播。声源实际上是一个振动源，它使周围的介质（空气、液体、固体）产生振动，并以波的形式进行传播，人耳如果感觉到这种传播过来的振动，再反映到大脑，就意味着听到了声音。 声音以振动波的形式从声源向四周传播，人类在辨别声源位置时，首先依靠声音到达左、右两耳的微小时间差和强度差异进行辨别，然后经过大脑综合分析而判断出声音来自何方。 2．声音的三要素 声音的三要素是音调、音色和音强。 （1）音调 代表了声音的高低。音调与频率有关，频率越高，音调越高，反之亦然。 （2）音色 具有特色的声音。 （3）音强 声音的强度，也称为“响度”，“音量”也是指音强。 3．声音的频谱与质量 声音的频谱有线性频谱和连续频谱之分。线性频谱是具有周期性的单一频率声波；连续频谱是具有非周期性的带有一定频带所有频率分量的声波。 声音的质量简称“音质”，音质的好坏与音色和频率范围有关。悦耳的音色、宽广的频率范围，能够获得非常好的音质。 4．声音的连续时基性 声音在时间轴上是连续信号，具有连续性和过程性，属于连续时基性媒体形式。构成声音的数据前后之间具有强烈的相关性了。 3.1.2 音频信号的指标 1. 频带宽度 音频信号的频带越宽，所包含的音频信号分量越丰富，音质越好。 2．动态范围 动态范围越大，信号强度的相对变化范围越大，音响效果越好。 3．信噪比 信噪比SNR（Signal to Noise Ratio）是有用信号与噪声之比的简称。?噪音可分为环境噪音和设备噪音。信噪比越大，声音质量越好。 4．主观度量法 人的感觉机理对声音的度量最有决定意义。感觉上的、主观上的测试是评价声音质量不可缺少的部分。当然，可靠的主观度量值是较难获得的。 3.1.3 常见音频文件格式 WAVE，扩展名为WAV 该格式记录声音的波形，故只要采样率高、采样字节长、机器速度快，利用该格式记录的声音文件能够和原声基本一致，质量非常高，但这样做的代价就是文件太大。 MOD，扩展名为MOD、ST3、XT、S3M、FAR、669等 该格式的文件里存放乐谱和乐曲使用的各种音色样本，具有回放效果明确，音色种类无限等优点。但它也有一些致命弱点，以至于现在已经逐渐淘汰，目前只有MOD迷及一些游戏程序中尚在使用。 MPEG-3，扩展名为MP3 现在最流行的声音文件格式，因其压缩率大，在网络可视电话通信方面应用广泛，但和CD唱片相比，音质不能令人非常满意。 Real Audio，扩展名为RA 这种格式真可谓是网络的灵魂，强大的压缩量和极小的失真使其在众多格式中脱颖而出。和MP3相同，它也是为了解决网络传输带宽资源而设计的，因此主要目标是压缩比和容错性，其次才是音质。 Creative Musical Format，扩展名为CMF Creative公司的专用音乐格式，和MIDI差不多，只是音色、效果上有些特色，专用于FM声卡，但其兼容性也很差。 CD Audio音乐CD，扩展名为CDA 唱片采用的格式，又称为“红皮书”格式，记录的是波形流，绝对的纯正、HIFI。但缺点是无法编辑，文件长度太大。 MIDI，扩展名为MID 目前最成熟的音乐格式，实际上已经成为一种产业标准，其科学性、兼容性、复杂程度等各方面当然远远超过本文前面介绍的所有标准（除交响乐CD、Unplug CD外，其它CD往往都是利用MIDI制作出来的），它的General MIDI就是最常见的通行标准。作为音乐工业的数据通信标准，MIDI能指挥各音乐设备的运转，而且具有统一的标准格式，能够模仿原始乐器的各种演奏技巧甚至无法演奏的效果，而且文件的长度非常小。 3.2 音频信号的数字化 将自然声或其他种类的声音转换成可处理的标准数字音频信号，这就是数字音频的采样。这是获得数字化声音的基本手段。 3.2.1音频信号的数字化过程 PCM（Pulse Code Modulation）脉冲编码调制是一种模数转换的最基本编码方法。它把模拟信号转换成数字信号的过程称为模数转换，它主要包括如下三部分内容。 采样：在时间轴上对信号数字化； 量化：在幅度轴上对信号数字化； 编码：按一定格式记录采样和量化后的数字数据。 编码的过程是，首先用一组脉冲采样时钟信号与输入的模拟音频信号相乘，相乘的结果即输入信号在时间轴上的数字化。然后对