1、第二章 信息采集1基于人工系統的信息采集方法基于人工系統的信息采集方法 2 2基于計算機系統的信息采集方基于計算機系統的信息采集方 3 3圖像信息的采集與處理圖像信息的采集與處理 4 4視頻信息的采集與處理視頻信息的采集與處理 5 5無線射頻技術無線射頻技術2本章介紹 信息的來源可以分為兩類：一個是基于人工系統的采集方法，另信息的來源可以分為兩類：一個是基于人工系統的采集方法，另一個是基于計算機系統的采集方法。兩種方法雖然形式上不同，一個是基于計算機系統的采集方法。兩種方法雖然形式上不同，但是目的都是一個，那就是把數據采集起來，經過加工，變成有但是目的都是一個，那就是把數據采集起來，經過加工，

2、變成有用的信息。在基于計算機系統的采集方法中，信息的對象是不同用的信息。在基于計算機系統的采集方法中，信息的對象是不同的。聲音、圖形、圖像、視頻和動畫都是不同的方式采集到計算的。聲音、圖形、圖像、視頻和動畫都是不同的方式采集到計算機中去的，然而它們實現的過程都是通過采樣、量化和編碼三個機中去的，然而它們實現的過程都是通過采樣、量化和編碼三個步驟存儲到計算機中，其數字化過程，實質上是把模擬量步驟存儲到計算機中，其數字化過程，實質上是把模擬量(無限連無限連續的物理量續的物理量)經過采樣變成有限離散的點、再經過量化和編碼后，經過采樣變成有限離散的點、再經過量化和編碼后，形成計算機所識別的數字量形成計

3、算機所識別的數字量(二進制值二進制值)。本章重點掌握聲音和圖像。本章重點掌握聲音和圖像的數字化方法。的數字化方法。 32.1基于人工系統的信息采集方法 n人類最早利用自己的感官收集信息的活動人類最早利用自己的感官收集信息的活動,隨著社會生產力的隨著社會生產力的發展人類的信息收集活動開始從自發的適應性活動逐步發展發展人類的信息收集活動開始從自發的適應性活動逐步發展為有目的的、有組織的社會活動，出現了專門從事信息收集為有目的的、有組織的社會活動，出現了專門從事信息收集工作的組織和人員。工作的組織和人員。信息采集，指的是企業或組織的管理信信息采集，指的是企業或組織的管理信息系統根據一定的目的，將系統

4、內外各種形態的信息采出并息系統根據一定的目的，將系統內外各種形態的信息采出并匯集起來，供自身系統或其他系統使用的過程。匯集起來，供自身系統或其他系統使用的過程。n人工信息采集的方法一般有三種：直接觀察法、社會調查和人工信息采集的方法一般有三種：直接觀察法、社會調查和查閱資料。查閱資料。 42.1基于人工系統的信息采集方法 2.1.1直接觀察法直接觀察法 n直接觀察法指的是在信息源現場，信息采集者對客觀對象不直接觀察法指的是在信息源現場，信息采集者對客觀對象不加任何干預，只是憑視覺、聽覺和基于上述感知的思維，以加任何干預，只是憑視覺、聽覺和基于上述感知的思維，以及借助于錄音機、攝影機客觀的記錄信

5、息源所產生信息的行及借助于錄音機、攝影機客觀的記錄信息源所產生信息的行為過程。為過程。 52.1基于人工系統的信息采集方法 n2.1.2社會調查法的調查對象范圍和手段社會調查法的調查對象范圍和手段n根據確定的社會調查對象范圍的不同，可以將社會調查分為根據確定的社會調查對象范圍的不同，可以將社會調查分為三種：普遍調查、典型調查和抽樣調查。三種：普遍調查、典型調查和抽樣調查。n1普遍調查普遍調查n普遍調查是在一定范圍內對全部被調查對象的調查。普遍調查是在一定范圍內對全部被調查對象的調查。n這種調查方式可以獲得全面的信息。在普遍調查中，調查面這種調查方式可以獲得全面的信息。在普遍調查中，調查面的大小

6、是相對的，隨著調查對象的不同而不同。比如，全國的大小是相對的，隨著調查對象的不同而不同。比如，全國人口普查、大學生素質調查，雖然都是普查，但是，很顯然人口普查、大學生素質調查，雖然都是普查，但是，很顯然它們的涉及面和工作量是不一樣的。它們的涉及面和工作量是不一樣的。n在相同調查范圍內的調查工作，普遍調查與典型調查以及抽在相同調查范圍內的調查工作，普遍調查與典型調查以及抽樣調查相比較，畢竟涉及面廣，工作量大，所以只是在需要樣調查相比較，畢竟涉及面廣，工作量大，所以只是在需要了解全部信息的管理決策中才采用。了解全部信息的管理決策中才采用。 62.1基于人工系統的信息采集方法 n2典型調查典型調查n

7、典型調查是在一定范圍內，選擇重點的、有代表性的典型對象進行的調查。典型調查是在一定范圍內，選擇重點的、有代表性的典型對象進行的調查。這是在初步獲得了全面性信息之后，以便進一步了解有關方面有代表性的這是在初步獲得了全面性信息之后，以便進一步了解有關方面有代表性的信息，再推測出面上的情況。信息，再推測出面上的情況。n這種調查方式，工作量相對來說比普遍調查要小。如果這種調查方式，工作量相對來說比普遍調查要小。如果“典型典型”要具備代要具備代表性，可以獲得比較有代表性的信息，達到以點代面的目的，信息的使用表性，可以獲得比較有代表性的信息，達到以點代面的目的，信息的使用價值高。但是，如果選擇的價值高。但

8、是，如果選擇的“典型典型”不具備代表性，就難以得到合適的信不具備代表性，就難以得到合適的信息。息。n典型調查一般是在全面收集信息的基礎上進行的，以便正確地選擇典型單典型調查一般是在全面收集信息的基礎上進行的，以便正確地選擇典型單位。如果被調查對象的每個個體的發展條件和發展程度的差距比較大，可位。如果被調查對象的每個個體的發展條件和發展程度的差距比較大，可對調查對象的整體進行分類，然后在各類中選擇典型對象進行調查。力爭對調查對象的整體進行分類，然后在各類中選擇典型對象進行調查。力爭做到選取帶有普遍性的典型，盡量不選具有特殊性的典型。做到選取帶有普遍性的典型，盡量不選具有特殊性的典型。72.1基于

9、人工系統的信息采集方法 n3抽樣調查抽樣調查n抽樣調查是在一定范圍內，從調查對象中抽取部分樣本進行的調查。抽樣調查是在一定范圍內，從調查對象中抽取部分樣本進行的調查。在這種調查中，所抽取的樣本，從單個樣本來看，有高有低，但從在這種調查中，所抽取的樣本，從單個樣本來看，有高有低，但從全部樣本來看，高低相互抵消，其平均數是接近總體平均數。所以，全部樣本來看，高低相互抵消，其平均數是接近總體平均數。所以，抽樣調查在非普遍性調查中是又科學根據的，比較準確的調查方式。抽樣調查在非普遍性調查中是又科學根據的，比較準確的調查方式。82.1基于人工系統的信息采集方法 n4信息溝通手段信息溝通手段個別訪談個別訪

10、談n個別訪談是信息采集者與調查對象直接交談和個別訪問，這是獲取個別訪談是信息采集者與調查對象直接交談和個別訪問，這是獲取信息的重要方法。由于個別交談都是面對面的交談，對方的態度、信息的重要方法。由于個別交談都是面對面的交談，對方的態度、性格、情緒都很清楚，而且可以談得比較深、比較細，可以獲得在性格、情緒都很清楚，而且可以談得比較深、比較細，可以獲得在公開場合下得不到的信息。但是，每次只能談一個人，調查對象少，公開場合下得不到的信息。但是，每次只能談一個人，調查對象少，費時費力，調查效率不高。費時費力，調查效率不高。n個別訪談中，需要提高訪談提問的技巧。根據有經驗的信息采集者個別訪談中，需要提高

11、訪談提問的技巧。根據有經驗的信息采集者的訪談時間來看，反彈提問時至少應該做到以下四點：的訪談時間來看，反彈提問時至少應該做到以下四點： 92.1基于人工系統的信息采集方法 n(1)從雙方共同熟悉的人和事談起，以尋找共同的話題，溝通感情，從雙方共同熟悉的人和事談起，以尋找共同的話題，溝通感情，避免對立情緒的產生，避免冷場的發生。避免對立情緒的產生，避免冷場的發生。n(2)提問知識提對方用一兩句話就能回答得了的問題，雙方一問一答，提問知識提對方用一兩句話就能回答得了的問題，雙方一問一答，就可以交談起來，使訪問持續下去。就可以交談起來，使訪問持續下去。n(3)提問只提那些只有對方才能回答的問題，使對

12、方感到所問的的確提問只提那些只有對方才能回答的問題，使對方感到所問的的確是只有自己才能夠回答，因而會有一種被重視、被尊重的內心體驗是只有自己才能夠回答，因而會有一種被重視、被尊重的內心體驗而愿意談下去。而愿意談下去。n(4)避免誘導式提問。因為誘導式提問，會使被訪談者感到你是帶著避免誘導式提問。因為誘導式提問，會使被訪談者感到你是帶著框框來的，是要我來說出你想說的話，從而會產生一種被利用的感框框來的，是要我來說出你想說的話，從而會產生一種被利用的感覺，以致對訪談反感，使訪談進行不下去。覺，以致對訪談反感，使訪談進行不下去。n在建設管理信息系統的分析階段，個別訪談是了解管理信息系統業在建設管理信

13、息系統的分析階段，個別訪談是了解管理信息系統業務流程的一個極好方式。開發方通過個別訪談了解使用方每一項生務流程的一個極好方式。開發方通過個別訪談了解使用方每一項生產經營和管理活動。只有充分了解使用方的業務流程，才能保證開產經營和管理活動。只有充分了解使用方的業務流程，才能保證開發出成功的管理信息系統。發出成功的管理信息系統。 102.1基于人工系統的信息采集方法 n2.1.3查閱資料查閱資料n圖書、報紙、期刊、資料、文獻等是目前人們獲取信息的最重要的圖書、報紙、期刊、資料、文獻等是目前人們獲取信息的最重要的信息載體，其信息內容廣泛、周轉快、信息量大，閱讀比較方便，信息載體，其信息內容廣泛、周轉

14、快、信息量大，閱讀比較方便，是向他人學習、繼承他人成果的最好途徑。這里主要介紹一下文獻是向他人學習、繼承他人成果的最好途徑。這里主要介紹一下文獻的檢索思路和搜索引擎的使用。檢索思路就是四個尋找；尋找專業的檢索思路和搜索引擎的使用。檢索思路就是四個尋找；尋找專業對后的報刊，尋找相關的論文，尋找相關的圖書，尋找相關的國外對后的報刊，尋找相關的論文，尋找相關的圖書，尋找相關的國外文獻。搜索引擎是當今信息高速公路的開路先鋒，在浩瀚的信息海文獻。搜索引擎是當今信息高速公路的開路先鋒，在浩瀚的信息海洋里，只需鍵入要檢索的關鍵詞，就可以找到所要找的信息。洋里，只需鍵入要檢索的關鍵詞，就可以找到所要找的信息。

15、 112.2基于計算機系統的信息采集方法 n 利用計算機處理信息，首先要把數據輸入到計算機，經過處理利用計算機處理信息，首先要把數據輸入到計算機，經過處理（運算）后，輸出、存儲到計算機存儲器中去。數據只有經過計算（運算）后，輸出、存儲到計算機存儲器中去。數據只有經過計算機加工（處理），才能變成有用的信息。數據對于計算機來說，形機加工（處理），才能變成有用的信息。數據對于計算機來說，形式可以是多種多樣的，比如圖形、圖像、聲音以及文字等，這些數式可以是多種多樣的，比如圖形、圖像、聲音以及文字等，這些數據經過據經過“數據采集數據采集”以后，才能變成計算機里的數據。以后，才能變成計算機里的數據。 12

16、2.2基于計算機系統的信息采集方法 2.2.1信息的數字化過程信息的數字化過程 n 現實世界中的信息是以各種各樣的形式表現出來的，如聲音、現實世界中的信息是以各種各樣的形式表現出來的，如聲音、視頻、溫度、壓力、流量、位移等。這些形式的信息可以統稱為模視頻、溫度、壓力、流量、位移等。這些形式的信息可以統稱為模擬信號，而在信息世界中的信號則稱為數字信號。時間上擬信號，而在信息世界中的信號則稱為數字信號。時間上“連續連續”是指在一個指定的時間范圍里物理信號的幅值有無窮多個，幅度上是指在一個指定的時間范圍里物理信號的幅值有無窮多個，幅度上“連續連續”是指幅度的數值有無窮多個。是指幅度的數值有無窮多個。

17、n 把在時間和幅度上都連續的信號稱為模擬信號，用模擬信號表把在時間和幅度上都連續的信號稱為模擬信號，用模擬信號表示的波形在時間上是連續的。示的波形在時間上是連續的。n 要把連續的模擬信號在計算機上處理，要解決的是數字化的問要把連續的模擬信號在計算機上處理，要解決的是數字化的問題數字化是計算機處理模擬信號的前提。題數字化是計算機處理模擬信號的前提。 132.2基于計算機系統的信息采集方法 模擬信號的數字化要三個步驟：采樣、量化和編碼。把模擬信模擬信號的數字化要三個步驟：采樣、量化和編碼。把模擬信號進行數字化的過程如圖號進行數字化的過程如圖2-1所示。所示。 n 142.2基于計算機系統的信息采集

18、方法 n1)對模擬信號進行采樣。采樣是指用每隔一定時間的信號樣值序列對模擬信號進行采樣。采樣是指用每隔一定時間的信號樣值序列來代替原來在時間上連續的信號，也就是在時間上將模擬信號離散來代替原來在時間上連續的信號，也就是在時間上將模擬信號離散化。簡單的說，采樣就是以相等的間隔來測量信號的值。化。簡單的說，采樣就是以相等的間隔來測量信號的值。n2）量化采樣值。量化是用有限個幅度值近似原來連續變化的幅度）量化采樣值。量化是用有限個幅度值近似原來連續變化的幅度值，把模擬信號的連續幅度變為有限數量的又一定間隔的離散值。值，把模擬信號的連續幅度變為有限數量的又一定間隔的離散值。例如，如果一采樣值為例如，如

19、果一采樣值為29.2，而值集為，而值集為0到到60的整數值，因此量化的整數值，因此量化該采樣值既是給該采樣值賦值該采樣值既是給該采樣值賦值29。n3）將量化值轉換為位模式，即編碼。編碼則是按照一定的規律，）將量化值轉換為位模式，即編碼。編碼則是按照一定的規律，把量化后的值用二進制數字表示。例如把把量化后的值用二進制數字表示。例如把25轉化為位模式為轉化為位模式為00011001。n模擬信號的數字化過程也稱為模擬數字轉換過程，也就是說將模擬模擬信號的數字化過程也稱為模擬數字轉換過程，也就是說將模擬信號轉換為數字信號，常用信號轉換為數字信號，常用A/D表示。表示。 152.2基于計算機系統的信息采

20、集方法 2.2.2語音信息的采集與數字化語音信息的采集與數字化n人們期望計算機具有音頻處理功能。把聲、文、圖集成到一個系統人們期望計算機具有音頻處理功能。把聲、文、圖集成到一個系統中，并能交互地進行管理，這是對多媒體技術最基本的理解，這也中，并能交互地進行管理，這是對多媒體技術最基本的理解，這也是最早進入市場的多媒體計算機的基本功能。是最早進入市場的多媒體計算機的基本功能。 n聲音是一種模擬的現象（聲音是一種模擬的現象（Property）。用物理學的術語來講，聲音）。用物理學的術語來講，聲音就是一種在空氣中傳播的振動，即聲波。就是一種在空氣中傳播的振動，即聲波。n聲波也有波峰、波谷，任何一點處

21、的振動幅度連續變化。對于任何聲波也有波峰、波谷，任何一點處的振動幅度連續變化。對于任何波，都有兩個基本參數：振幅和周期。振幅是指波峰（或波谷）對波，都有兩個基本參數：振幅和周期。振幅是指波峰（或波谷）對應的幅度值，周期是指相鄰波峰（或波谷）之間的時間間隔。頻率應的幅度值，周期是指相鄰波峰（或波谷）之間的時間間隔。頻率則是指每秒鐘的波動次數，即波峰（或波谷）出現的次數。顯然，則是指每秒鐘的波動次數，即波峰（或波谷）出現的次數。顯然，頻率和周期是互為例數的關系。頻率的單位是赫茲（頻率和周期是互為例數的關系。頻率的單位是赫茲（Hz）或千赫茲）或千赫茲（kHz），比如說某聲波信號的頻率是），比如說某聲

22、波信號的頻率是7kHz，就是說每秒鐘該聲波，就是說每秒鐘該聲波要振動要振動7000次。次。 162.2基于計算機系統的信息采集方法 聲音的特性聲音的特性和類型和類型 聲音由振動產生，通過空氣進行傳播，聲音由振動產生，通過空氣進行傳播，聲音是一種波，它由許多不同頻率的諧波聲音是一種波，它由許多不同頻率的諧波組成，諧波的頻率范圍稱為聲音的組成，諧波的頻率范圍稱為聲音的“帶帶寬寬”。 172.2基于計算機系統的信息采集方法 n聲音有三個要素：音強、音調和音色。音強（或稱響度）是指聲音聲音有三個要素：音強、音調和音色。音強（或稱響度）是指聲音的強弱，這是有聲波的振幅決定的，幅度越大，音強越大。音調與的

23、強弱，這是有聲波的振幅決定的，幅度越大，音強越大。音調與聲波的頻率有關、頻率快則音調高，頻率慢則音調低。而音色則是聲波的頻率有關、頻率快則音調高，頻率慢則音調低。而音色則是由混入基音的泛音決定的。基音就是聲音波形中作為主要成份的那由混入基音的泛音決定的。基音就是聲音波形中作為主要成份的那個頻率最低的正弦波，而泛音就是基音上加的一些小擾動。正是由個頻率最低的正弦波，而泛音就是基音上加的一些小擾動。正是由于泛音的不同，才出現了不同的音色。于泛音的不同，才出現了不同的音色。n將聲音數字化，使用了聲音的模擬數字轉換器（將聲音數字化，使用了聲音的模擬數字轉換器（A/D或或ADC），將），將聲波信號（以電

24、壓表示）轉換成數字信號以供儲存。另外也用一個聲波信號（以電壓表示）轉換成數字信號以供儲存。另外也用一個數字模擬轉換器（數字模擬轉換器（D/A或或DAC）將計算機處理的數字信號反過來轉）將計算機處理的數字信號反過來轉換成電壓，送進喇叭，發出聲音。換成電壓，送進喇叭，發出聲音。n聲音的數字化需要解決兩個基本問題：一是每秒鐘需要采集多少個聲音的數字化需要解決兩個基本問題：一是每秒鐘需要采集多少個聲音樣本，也就是采樣頻率是多少，另一個是每個聲音樣本的位數聲音樣本，也就是采樣頻率是多少，另一個是每個聲音樣本的位數應該是多少，也就是量化精度。應該是多少，也就是量化精度。 182.2基于計算機系統的信息采集

25、方法 n 1 1采樣采樣n為實現為實現A/DA/D轉換，需要把模擬信號波形進行分割，以轉變成轉換，需要把模擬信號波形進行分割，以轉變成數字信號，這種方法成為采樣。采樣的方法是每隔一個時間數字信號，這種方法成為采樣。采樣的方法是每隔一個時間間隔在模擬信號的波形上取一個幅度值，把時間上的連續信間隔在模擬信號的波形上取一個幅度值，把時間上的連續信號變成時間上的離散信號。該時間間隔成為采樣周期，其倒號變成時間上的離散信號。該時間間隔成為采樣周期，其倒數為采樣頻率。數為采樣頻率。n采樣頻率是指每秒鐘對模擬信號的采樣次數。單位時間內采采樣頻率是指每秒鐘對模擬信號的采樣次數。單位時間內采樣次數越多，即采樣頻

26、率越高，數字信號就越接近原始信號。樣次數越多，即采樣頻率越高，數字信號就越接近原始信號。以聲音為例，根據奈奎斯定理，采樣頻率只要達到信號最高以聲音為例，根據奈奎斯定理，采樣頻率只要達到信號最高頻率的兩倍，就能精確描述被采樣的信號。頻率的兩倍，就能精確描述被采樣的信號。n一般來說，人耳的聽力范圍是在一般來說，人耳的聽力范圍是在20Hz20Hz到到20kHz20kHz之間，因此，之間，因此，只要采樣頻率達到了只要采樣頻率達到了40kHZ40kHZ時，就可以滿足人們的要求，即時，就可以滿足人們的要求，即達到所謂的達到所謂的CDCD音質水平了。標準的采樣頻率有三個：音質水平了。標準的采樣頻率有三個：4

27、4.1kHz44.1kHz、22.05kHz22.05kHz、11.025kHz11.025kHz。 192.2基于計算機系統的信息采集方法 2量化量化n我們把波形幅度數字化的過程稱之為我們把波形幅度數字化的過程稱之為“量化量化”。n量化的過程是先將采樣后的信號按整個信號的幅度劃分成有量化的過程是先將采樣后的信號按整個信號的幅度劃分成有限個區段的集合，把落入某個區段的樣值歸為一類，并賦予限個區段的集合，把落入某個區段的樣值歸為一類，并賦予相同的量化值。采取二進制的方法來分割采樣信號的幅度，相同的量化值。采取二進制的方法來分割采樣信號的幅度，以以8位或位或16位的方式來劃分縱軸，用以記錄其電壓。

28、在相同位的方式來劃分縱軸，用以記錄其電壓。在相同的采樣頻率下，采樣精度愈高，效果自然也就越好。同理，的采樣頻率下，采樣精度愈高，效果自然也就越好。同理，在固定采樣精度的情況下，采樣頻率越高，效果也就越好，在固定采樣精度的情況下，采樣頻率越高，效果也就越好，但是描述聲音的數據量大了。但是描述聲音的數據量大了。n每秒鐘數字化的聲音數據由下式給出：每秒鐘數字化的聲音數據由下式給出：n每秒聲音的數據量每秒聲音的數據量=采樣頻率采樣頻率采樣精度采樣精度聲道數聲道數/8(字節字節)n例如采用例如采用44.1kHz的采樣頻率和的采樣頻率和16位采樣精度（單聲道）錄位采樣精度（單聲道）錄制聲音，每分鐘的字節數

29、制聲音，每分鐘的字節數=44.116860=5.29MB。對。對音頻信號，它的強度用分貝（音頻信號，它的強度用分貝（dB）表示，分貝的幅度就是）表示，分貝的幅度就是音量。音量。n模數轉換過程中，模數轉換過程中，A/D轉換器以固定的頻率去采樣，即每個轉換器以固定的頻率去采樣，即每個周期測量和量化信號一次。量化后的數字信號就可以送到數周期測量和量化信號一次。量化后的數字信號就可以送到數字系統進行處理和存儲。字系統進行處理和存儲。 202.2基于計算機系統的信息采集方法 3編碼編碼n模擬量經過采樣和量化以后，形成一系列的離散信號模擬量經過采樣和量化以后，形成一系列的離散信號脈脈沖數字信號。這種脈沖數

30、字信號可以一定的方式進行編碼，沖數字信號。這種脈沖數字信號可以一定的方式進行編碼，形成計算機可以處理的數據。編碼的形式比較多，比如形成計算機可以處理的數據。編碼的形式比較多，比如PCM，（Pulsc Code Modulation，脈沖編碼調制）、，脈沖編碼調制）、DPCM（Differerntial Pulse Code Modulation，差分脈沖編碼調，差分脈沖編碼調制）以及制）以及ADPCM（自適應差分脈沖編碼調制）。（自適應差分脈沖編碼調制）。n脈沖編碼調制（脈沖編碼調制（PCM）是把模擬信號變換為數字信號的一種）是把模擬信號變換為數字信號的一種調制方式，即把連續輸入的模擬信號變換

31、為在時域和振幅上調制方式，即把連續輸入的模擬信號變換為在時域和振幅上都離散的量，然后將其轉化為代碼形式傳輸或儲存。都離散的量，然后將其轉化為代碼形式傳輸或儲存。PCM的的主要優點是：抗干擾能力強；失真小；傳輸特性穩定，尤其主要優點是：抗干擾能力強；失真小；傳輸特性穩定，尤其是遠距離信號再生中繼時噪聲不累積，而且可以采用壓縮編是遠距離信號再生中繼時噪聲不累積，而且可以采用壓縮編碼、糾錯編碼和保密編碼等來提高系統的有效性、可靠性和碼、糾錯編碼和保密編碼等來提高系統的有效性、可靠性和保密性。保密性。nPCM編碼通過采樣、量化、編碼三個步驟將連續變化的模擬編碼通過采樣、量化、編碼三個步驟將連續變化的模

32、擬信號轉換為數字編碼。為便于用數字電路實現，其量化電平信號轉換為數字編碼。為便于用數字電路實現，其量化電平數一般為數一般為2的整數次冪，以利于采用二進制編碼表示。的整數次冪，以利于采用二進制編碼表示。 212.2基于計算機系統的信息采集方法 4聲卡的工作原理聲卡的工作原理n聲卡的工作原理是主機通過總線將數字化的聲音信號以聲卡的工作原理是主機通過總線將數字化的聲音信號以PCM的方式的方式送到數模轉換器（送到數模轉換器（D/A），將數字信號變成模擬的音頻信號。又可），將數字信號變成模擬的音頻信號。又可以通過模數轉換器（以通過模數轉換器（A/D）將麥克風或）將麥克風或CD的輸入信號轉換成數字信的輸入

33、信號轉換成數字信號，送到計算機進行各種處理。號，送到計算機進行各種處理。 麥克風麥克風（microphone）聲音卡聲音卡（sound card）聲波轉換為聲波轉換為電信號電信號取樣、量化、壓取樣、量化、壓縮和編碼縮和編碼模擬聲音模擬聲音數字聲音數字聲音222.2基于計算機系統的信息采集方法 聲卡采用大規模集成電路，將音頻技術范圍的各類電路以專用聲卡采用大規模集成電路，將音頻技術范圍的各類電路以專用芯片形式集成在聲卡上，并可直接插入計算機的擴展槽中使用。芯片形式集成在聲卡上，并可直接插入計算機的擴展槽中使用。n聲音的脫機獲取設備：數碼錄音筆聲音的脫機獲取設備：數碼錄音筆 優點：錄音質量佳優點：

34、錄音質量佳 ，錄音操作簡單，錄音操作簡單 ，內存大，電池耐用。，內存大，電池耐用。 232.2基于計算機系統的信息采集方法 2.2.3聲卡的功能與組成聲卡的功能與組成 聲卡的主要功能：波形聲音的獲取與編碼；波形聲音的重建與波形聲音的獲取與編碼；波形聲音的重建與播放；播放；MIDI消息的輸入消息的輸入(Musical Instrument Digital Interface )；MIDI音樂的合成音樂的合成注：當前PC機的聲卡已經與主板芯片組集成在一起，不再做成獨立的插卡音樂 合成器麥克風輸入MIDI接口/游戲接口數據總線驅動器總線接口 和控制器數字聲音處理器混合信號合成器MIC放大器功率放大器

35、PC總線Line輸入CD輸入揚聲器控制總線地址總線聲卡工作原理242.2基于計算機系統的信息采集方法 (1)數字聲音處理器數字聲音處理器DSPDSP（Digital Sound Processor）是聲卡的核心部件。這里，）是聲卡的核心部件。這里，DSP是是一種專用芯片，不是數字信號處理器，數字信號處理器是一種通用一種專用芯片，不是數字信號處理器，數字信號處理器是一種通用芯片。芯片。DSP使得一個聲卡能處理以往許多組件分別處理才能完成的使得一個聲卡能處理以往許多組件分別處理才能完成的任務，可以營造出豐富逼真的效果。在聲卡中，任務，可以營造出豐富逼真的效果。在聲卡中，DSP用于用于FM合成。合成

36、。實時音頻壓縮以及回升加入等效果。另外，實時音頻壓縮以及回升加入等效果。另外，DSP是一種可編程芯片，是一種可編程芯片，通過軟件安裝新的指令后就能夠升級。通過軟件安裝新的指令后就能夠升級。DSP將能來自模數轉換器的信號加以處理，改變為所需要的形式，將能來自模數轉換器的信號加以處理，改變為所需要的形式，DSP芯片對輸入的數字聲音用芯片對輸入的數字聲音用PCM、DPCM或或ADPCM方式進行編方式進行編碼和壓縮，并以某種格式送入計算機磁盤存儲，輸出時，將磁盤中碼和壓縮，并以某種格式送入計算機磁盤存儲，輸出時，將磁盤中的聲音文件送入的聲音文件送入DSP芯片，經編碼后變成數字聲音信號送至芯片，經編碼后

37、變成數字聲音信號送至D/A轉轉換部分。換部分。 252.2基于計算機系統的信息采集方法 (2)混合信號處理器混合信號處理器n混合信號處理器內置數模混音器。混音器的聲源可以是混合信號處理器內置數模混音器。混音器的聲源可以是MIDI信號、信號、CD音頻、線性輸入，話筒輸入等，可以選擇輸入一個聲源或將幾音頻、線性輸入，話筒輸入等，可以選擇輸入一個聲源或將幾個不同的聲源進行混合錄音。在對音源處理時，可編程設定采樣頻個不同的聲源進行混合錄音。在對音源處理時，可編程設定采樣頻率和量化位數。率和量化位數。n(3)音樂合成器音樂合成器nMIDI音樂文件的播放要通過音樂文件的播放要通過MIDI合成器實現。播放時

38、，合成器實現。播放時，MIDI消息消息從文件中讀出，經從文件中讀出，經MIDI接回送至合成器。合成器將這些消息轉換成接回送至合成器。合成器將這些消息轉換成樂器的聲音、合成音色、持續時間等不同形式，經處理后變成聲音樂器的聲音、合成音色、持續時間等不同形式，經處理后變成聲音信號輸出。信號輸出。n(4)總線接口和控制器總線接口和控制器n 總接線和控制器由數據總線雙向驅動器、總線接口控制邏輯、總總接線和控制器由數據總線雙向驅動器、總線接口控制邏輯、總線中斷邏輯和線中斷邏輯和DMA控制邏輯組成。目前聲卡的總線接口一般采用控制邏輯組成。目前聲卡的總線接口一般采用PCI接口，并可以設定接口，并可以設定I/O

39、地址，中斷向量地址，中斷向量IBQ和和DMA通道三個數參通道三個數參數。數。 262.2基于計算機系統的信息采集方法 2.2.4聲音的重建與播放聲音的重建與播放計算機輸出聲音分為兩步：計算機輸出聲音分為兩步：1 聲音的重建：把聲音從數字形式轉換成模擬信號形式，由聲卡完成聲音的重建：把聲音從數字形式轉換成模擬信號形式，由聲卡完成2 聲音播放：將模擬聲音信號經處理和放大后送到音箱聲音播放：將模擬聲音信號經處理和放大后送到音箱(揚聲器揚聲器)關于音箱：關于音箱：普通音箱接收的是重建的模擬聲音信號普通音箱接收的是重建的模擬聲音信號數字音箱可直接接收數字聲音信號，聲音失真更小數字音箱可直接接收數字聲音信

40、號，聲音失真更小 272.2基于計算機系統的信息采集方法 重建的模擬重建的模擬聲音信號聲音信號數字數字聲音聲音011010011101插插 值值數模轉換數模轉換解解 碼碼把壓縮編碼的數字把壓縮編碼的數字聲音恢復為壓縮編聲音恢復為壓縮編碼前的狀態碼前的狀態把聲音樣本從把聲音樣本從數字量轉換為數字量轉換為模擬量模擬量把時間上離散的一組把時間上離散的一組樣本轉換成在時間上樣本轉換成在時間上連續的模擬聲音信號連續的模擬聲音信號28附：附：MP3播放器的結構與原理播放器的結構與原理 程序程序存儲器存儲器閃爍閃爍存儲器存儲器液晶顯示液晶顯示D/A轉換轉換嵌入式處理器嵌入式處理器及及DSP聲音輸出聲音輸出控

41、制按鍵控制按鍵USB接口接口嵌入式處理器用于運行控制程序，控制各個部件嵌入式處理器用于運行控制程序，控制各個部件協調工作：它接收控制按鍵的操作命令，從閃爍協調工作：它接收控制按鍵的操作命令，從閃爍存儲器讀取存儲器讀取MP3音樂數據送到音樂數據送到DSP去解碼；顯示去解碼；顯示播放器的工作狀態；負責與主機連接并交換數據播放器的工作狀態；負責與主機連接并交換數據等等等等數字信號處理器數字信號處理器DSP完成完成MP3數據流的解碼操作，并數據流的解碼操作，并輸出波形格式的數字音頻信輸出波形格式的數字音頻信號，經數模轉換和功率放大號，經數模轉換和功率放大之后，用戶即可聽到聲音之后，用戶即可聽到聲音 存

42、放存放MP3音樂數音樂數據，容量越大，據，容量越大，可存放的歌曲數可存放的歌曲數目就越多目就越多 存放存放MP3播放器的播放器的控制程序控制程序顯示顯示MP3播放器的播放器的工作狀態工作狀態和歌曲的和歌曲的歌詞歌詞29什么是流媒體？什么是流媒體？ 在因特網上收聽在因特網上收聽(看看)音音(視視)頻節目的頻節目的2種方式：種方式：下載存儲方式：先下載存儲在計算機中，下載完畢下載存儲方式：先下載存儲在計算機中，下載完畢后再播放（缺點：需要等待很長時間，并需要較大后再播放（缺點：需要等待很長時間，并需要較大的存儲容量）的存儲容量）流式傳輸方式：邊下載、邊播放（優點：只需要下流式傳輸方式：邊下載、邊播

43、放（優點：只需要下載一部分數據之后載一部分數據之后, 就可以開始一邊播放一邊下載，就可以開始一邊播放一邊下載，等待時間短、存儲需求小）等待時間短、存儲需求小）流媒體技術就是允許在網絡上讓用戶一邊下載一邊收看流媒體技術就是允許在網絡上讓用戶一邊下載一邊收看(聽聽)音視頻媒體的一種技術音視頻媒體的一種技術目前主要有目前主要有3個公司的流媒體產品：個公司的流媒體產品：Real Networks公司的公司的 Real Media微軟公司的微軟公司的 Windows Media 蘋果公司的蘋果公司的 Quick Time30流媒體是如何工作的？流媒體是如何工作的？ 流媒體流媒體播放軟件播放軟件 Web服

44、務器服務器Web 瀏覽器瀏覽器流媒體流媒體專用服務器專用服務器 音頻音頻(視頻視頻)流媒體文件流媒體文件 網網 頁頁 （客戶計算機）（客戶計算機）http協議3 點擊點擊流媒體流媒體節目，節目，啟動流啟動流媒體播媒體播放程序放程序RTSP/TCPRTP/UDP6 播放器播放器可以邊播可以邊播放邊接收放邊接收數據，并數據，并可以控制可以控制播放、暫播放、暫停、快進停、快進、快倒等、快倒等5 將音將音(視視)頻頻節目傳輸給客節目傳輸給客戶計算機戶計算機RTCP/UDPHTML網頁1 請求網頁請求網頁2 服務器送回網頁服務器送回網頁4 向流媒體服向流媒體服務器發出請求務器發出請求31數字波形聲音的主

45、要文件格式數字波形聲音的主要文件格式 wav波形聲音文件波形聲音文件 .pcm使用使用PCM (Pulse Code Modulation)編碼的聲音文件編碼的聲音文件.mp2MPEG 層層 1 或層或層2 編碼的聲音文編碼的聲音文件件.mp3MPEG 層層3 編碼的聲音文件編碼的聲音文件.rm，.ra(RealAudio)RealNetworks的的流式聲音文件流式聲音文件.wma微軟公司的流式聲音文件微軟公司的流式聲音文件.aif (Audio Interchangeable File Format)蘋果公司的聲音文件蘋果公司的聲音文件32波形聲音編輯軟件的功能波形聲音編輯軟件的功能 主要功能：主要功能：1 編輯聲音：如聲音剪輯、復制、編輯聲音：如聲音剪輯、復制、調節音量調節音量2 聲音的效果處理：如混響、回聲音的效果處理：如混響、回聲等聲等3 錄音錄音4 聲音的格式轉換聲音的格式轉換5 播放聲音播放聲音數字聲音數字聲音的參數的參數左聲道左聲道信號波形信號波形右聲道右聲道信號波形信號波形淡入淡入淡出淡出時間刻度時間刻度播放標尺播放標尺33什么是計算機合成聲音？什么是計算機合成聲音？ 計算機合成聲音就是計算機模