波形声音获取与播放-大学计算机基础　

波形声音，是最常用的Windows多媒体内容。波形声音设备可以通过麦克风捕捉声音，并将其转换为数值，然后把它们储存到内存或者磁盘上的波形文件中，波形文件的扩展名是“.wav”。

1.声音信号的数字化

空气中某个物体在外力作用下产生振动，将会引起压力波，这种压力波通过空气等介质传播到人耳中，便产生了声音。声音可以用声波来表示，在空气中，声波以每小时750英里的速度传播。声波有两个基本属性：频率和振幅。频率是指声波在单位时间内变化的次数，以赫兹（Hz）来表示，通常情况下，人们说话的声音频率范围在300·3000Hz之间。振幅描述的是声音的强度，以分贝（dB）来表示，通常我们所说的声音大，其实是声音的强度大。

在自然界中，声音包含声响、语音和音乐等三种形式，在多媒体系统中，声音不论是何种形式都是一种装载信息的媒体，统称为音频。多媒体技术处理的声音信号主要是人耳可听到的20·20kHz的音频信号。由产生音频的方式不同分为波形音频、MIDI音频和CD音频三类。

声音经过输入设备，例如麦克风、录音机或CD激光唱机等设备将声波变换成一种模拟的电压信号，再经过模/数转换（包括采样和量化）把模拟信号转换成计算机可以处理的数字信号，这个过程称为声音的数字化。

（1）模拟信号和数字信号

语音信号是最典型的连续信号，它不仅在时间上连续，而且在幅度上也是连续的。在一定时间里，时间“连续”是指声音信号的幅值有无穷多个，在幅度上“连续”是指幅度的数值有无穷多个。把在时间和幅度上都是连续的信号称为模拟信号。

数字信号，指一个数据序列，是把时间和幅度都用离散的数字表示的信号。实际上，数字信号就是来源于模拟信号，是模拟信号的一个小子集，是采样得到的。它的特点是幅值被限制在有限个数值之内，不是连续的而是离散的，即幅值只能取有限个数值。

（2）声音信息数字化

把每隔一段特定的时间，从模拟信号中测量一个幅度值的过程，称为取样。取样得到的幅值可能是无穷多个，因此幅值还是连续的。如果把信号幅度取值的数目加以限定，这种信号就称为离散幅度信号。采样之后，对幅值进行限定和近似的过程称为量化。把时间和幅度都用离散的数字来表示，则模拟信号就转化为了数字信号。如图5-15所示为声音信号的数字化。

图5-15　模拟信号的数字化过程(www.xing528.com)

声音进入计算机的第一步就是数字化，数字化实际上就是取样、量化和编码。取样和量化过程所用的主要部件是模/数转换器（即模拟信号到数字信号的转换器，Analog To Digital，A/D）如果间隔相等的一小段时间采样一次。称为均匀采样，单位时间内的采样次数称为采样频率；如果幅度的划分是等间隔的，就称为线性量化（Linear Measuring）。

模拟的声音信号转变成数字形式进行处理的好处是显而易见的，声音存储质量得到了加强，数字化的声音信息使计算机能够进行识别、处理和压缩。以数字形式存储的声音重放性能好，复制时没有失真；数字声音的可编辑性强，易于进行效果处理：数字声音能进行数据压缩，传输时抗干扰能力强；数字声音容易与其他媒体相互结合（集成）；数字声音为自动提取“元数据”和实现基于内容的检索创造了条件。

2.波形声音的获取与播放设备

波形声音的获取与播放设备主要包括麦克风、扬声器和声卡。麦克风的作用是将声波转换为电信号，扬声器的作用是将电信号转换为声波，麦克风和扬声器所用的都是模拟信号，而电脑所能处理的都是数字信号，两者不能混用，声卡的作用就是实现两者的转换。声卡的基本功能是把来自话筒、磁带、光盘的原始声音信号加以转换，输出到耳机、扬声器、扩音机、录音机等声响设备，或通过音乐设备数字接口（MIDI）使乐器发出美妙的声音。

如图5-16所示，从结构上分，声卡可分为模数转换电路和数模转换电路两部分，模数转换电路负责将麦克风等声音输入设备采到的模拟声音信号转换为电脑能处理的数字信号；而数模转换电路负责将电脑使用的数字声音信号转换为喇叭等设备能使用的模拟信号。

图5-16　声卡的原理

无论是独立声卡，还是集成声卡，其基本架构和基本工作原理都是相似的，简单地说包括输入和输出两部分：

·输出：CD或播放器软件对音源解码后，所得到的数字信号通过总线通道输入声卡，主芯片对数字信号进行处理，最后通过DAC（数模转换器）进行数字信号到模拟信号的转换，再最终通过插座接口输出到耳机或音箱等播放设备成为我们听到的声音。对于声卡的输出功能，还有一种情况，就是数字输出。声卡的主芯片对数字信号进行处理后，通过声卡上的同轴输出接口或光纤输出接口进行输出，此时所输出的信号仍为数字信号，需要额外的解码器对信号进行解码，转换为模拟信号，才能被播放设备进行播放。

·输入：麦克风接收外界声音产生模拟信号，模拟信号通过插座接口输入声卡进行模拟信号到数字信号转换ADC（模数转换器），接着交由主芯片进行数字信号处理，再由总线传入系统。同样相对于数字输出，同样也存在将ADC外置，进行数字输入的情况。