Sampling Step size samples x1x2x3 x4 x5 x6
μ律压扩（μ- law codec ） 由μ 系数调 节的对数函数型非线性量化PCM编码。
Sgn(x) 是 x的极性符号 μ 是压扩系数
-1 ≤ x ≤ 1
μ 通常取 255
A律压扩（A- law codec ） 由A系数 调节的分段函数型线性与非线性组合 量化构成的PCM编码。
(Adjusting Step-size Δ )
PCM的均匀量化 指量化阶跃值是常数的
PCM量化。（quantization step size ）
Digital output Sampling Step size samples
非均匀量化 量化阶跃为变量的PCM量 化，又称非线性量化。
Digital output
+ +
+
Adaptive unQuantization
子带自适应差分脉冲编码调制SUB-BAND ADPCM
Forward Cross Filter
multiplex High Frequency ADPCM coder 16kbps Low Frequency 64kbps 0,8,16kbps
初始化
预测值计算
编码输出
y 0 = 0； y[0] = 0； x[0] = 1； for (ith sampling not end) { if ( x[i-1] == 1 ) y[i] = y[i–1] + ； else y[i] = y[i-1] - ； if ( yi > y[i] ) x[i] = 1 else x[i] = 0; }
ADPCM coder 48kbps
Datainserting component
部分语音编码国际标准（G系列标准）
NO. 1 ID G.711 CODEC PCM(μ-law used in North America and Japan; A-law used in Europe and China ) Data rate Sampling rate 8KHz,8 bit per sample, transmission rate: 64kbps
样本高度 t
T 采样周期
采样频率 Sampling Rate，单位时间 内采集的样本数，是采样周期的倒数。
CD-Audio 采样率为 44.1 kHz
其他常用采样率：22.05KHz，11.025KHz
一般网络和移动通信的音频采样率：8KHz
量化深度 表示一个样本的二进制的位数， 即样本的比特数。
音频编码 指将模拟音频转换成数字ห้องสมุดไป่ตู้ 频并以某种格式存储的技术或过程。 PCM编码 即通过脉冲编码调制方法 生成数字音频数据的技术或格式。
(sampling) Anti-alias filter Wave-form coder Quantization
PCM code
Analogous signal input
功能模块
ROM or/and RAM : 波表（软波表） - Store the real musical instruments sound samples which can be used in synthesizing. The ROM is called Wave Table - The RAM can be refreshed by new samples data. It is called Soft Wave Table
多媒体原理与系统设计
中南大学信息科学与工程学院 黄东军
第二章

数字音频基础
声音的相关概念 MIDI与计算机音乐（略） 声卡的结构及工作原理 数字音频编码
一、声音的基本概念
声音的概念 介质振动在听觉系统中产 生的反应。
空气压力
振幅 t
周期
声音的两个基本物理属性 频率与振幅
0 Hz 20 Hz 20 kHz
Human hearing frequency range 音频信号（audio）
次声波 Subsonic
超声波
ultrasonic
声音的三要素 音高、音色、音强
模拟音频 Analogous Audio，用连续的 电流或电压表示的音频信号。
数字音频 Digital Audio，通过采样和 量化技术获得的离散性（数字化）音 频数据。
量化值
0.75 0.5 0.25 0 - 0.25 - 0.5
t
- 0.75
e.g. CD-Audio 16 bits；移动通信 8bits
二、声卡的结构及工作原理
声卡的结构
MIDI/GAME CD-ROM DSP Speaker MIC Line in Line out
Mixture
ROM RAM
功能模块
Mixture 混声器 - filtering to decrease noise - mixing different sound signals - switching single/double-channel - adjusting of sound volume
三、音频编码技术
CD-ROM Interface
Synthesizer
Bus Interface
功能模块
DSP : Digital Signal Processor
- Sampling
- quantization
- code and decode:codec - D/A
功能模块
Synthesizer : 合成器 - Its functionality is just like the same component in MIDI systems.
0 < |x| < 1/A A 通常取 87.56 1/A < |x| < 1
增量调制编码（DM） 通过增量起伏 来记录模拟音频信号实际变化过程的 数字音频编码。 noise
Coded output
DM算法描述 设 量化间隔 yi 输入样本值 x[i] 对应yi的编码输出 y[i] yi的预测值，y[i+1] = y[i] ±
自适应差分脉冲编码调制ADPCM
32 kbps output Translate the nonlinear input into linear PCM code + + Adaptive Quantization
64 kbps A-law /-law PCM input
Adaptive Predictor