多媒体数字音频处理的应用

【摘 要】对于大多数人来说，数字音频是一个比较陌生的学科名称。但实际上，数字音频早已渗透于大众生活变得无处不在，手机音乐、网络音乐、动漫音乐、影视音乐，都是数字音频产品。据最新统计，2011年我国生产了超过26万分钟的动画片、高达400亿元的游戏业产值，还有难以计数的网络原创歌曲、电视广播音乐，这些都体现了数字音频市场的迅猛扩展。本文首先介绍了数字音频的定义、发展历史，以及其应用的领域，进而以消音伴奏为例，利用Adobe Audition介绍了多媒体数字音频单轨音频处理的技巧。

【关键词】多媒体 数字音频处理 技术应用

在数字音响和计算机多媒体技术中，音频信号的数字处理是其主要的组成部分。而在多媒体的制作过程中，数字音频处理是一项重要技术。音频效果在很大程度上会给多媒体带来更多的灵性，带来生机和活力，因此，要提高音频质量，应选择高质量的音频源及适当的硬件设备，从而使声音作为人类传播信息和感情交流的重要媒体而给我们带来更好的享受。例如，2014年中国第十二届国际国际展览会中，PAL数字音频推出了最新研发的音柱音箱、4通道大功率数字功放机、定压定阻数字功放机等高端音频设备，以其完善的数字网络音频扩声系统，带给观展嘉宾一种身临其境的感觉。

一、数字音频梗概

（一）数字音频的含义

所谓数字音频，它是一种利用数字化手段对声音进行录制、存放、编辑、压缩或播放的技术，它是随着数字信号处理技术、计算机技术、多媒体技术的发展而形成的一种全新的声音处理手段。强大的数字化音频不仅应用于多媒体教学、Flash制作，更广泛的应用于影视配音配乐，唱片制作和手机铃声制作等各个领域。和模拟音频相比，数字音频具备数字信号的特点，具有价格便宜、存储方便且长久、可进行复杂的后期处理、传输和复制实现无失真等优势。

（二）数字音频的发展

以数字音频的载体来进行划分的话，又可将数字音频技术的发展分为数字音频磁记录技术、数字音频光盘存储技术、数字音频广播技术、数字音频计算机处理技术和数字音频网络传输技术几个阶段。其中数字音频磁记录技术由数字磁带录音机（DAT）来加以完成；数字音频光盘存储技术的主要存储设备是CD唱片；数字音频广播技术采用全数字方式进行音频播出的广播；数字音频计算机处理技术和网络传输技术实现了对数字音频信号处理的数字化

1.数字音频发展的初始阶段

20世纪50年代开发成功的晶体管，代表着音频放大技术的巨大飞跃。但晶体管技术具有的效率不高问题和信号失真上升或者音质下降等缺陷的存在。20世纪60年代，集成电路的发展就为显著提高音质提供了一个物美价廉的手段，并有力地促进了电子产品的小型化。但由于模拟放大器是绝对线性的，在模拟放大器中，电源总处于接通状态，耗用大量的电能，必须使用大量的散热器件，使得所有的音源都是模拟式的，听得见的噪声背景限制了可重复的动态范围。例如，Vinyl源产生劈哩啪啦的各种噪音；音质好一点的磁带源则有嘶嘶声，使系统动态范围至多只有60分贝

2.数字音频的发展阶段

随着时代的发展，新型音源出现了，几乎完全进入了数字时代。唱片和磁带开始消失，让位于光盘（CD）。市场希望在更小的器件上存储更多的音乐，这种需求催生出MP3等压缩技术，进而需要数字放大器电路来满足这些新型媒体。数字记录设备和输出生成非常精确的声音。16位数字录音可以精确到64000分之一，而相当于数字分辨率为12—13位的模拟录音精确度只有8，000分之一。

3.数字音频的创新阶段

这一阶段的关键问题体现在新的数字音频技术解决方案上。尽管现有的D类数字放大器较以前的技术已有所改善，但它们在音质、封装、性能、价格和核心技术方面未能取得重大改进。首先是音质，为了生成精确的音频，输入晶体管需要在动态范围的两端都能同样出色地工作，以帮助精确地实现准确的功率分配。新的架构技术不再忽视细节，额外增加了一套输入晶体管。这些晶体管可以实现对音频信号输入的更精细的控制。这种开关放大的新方式在输出级利用一套晶体管增加了低电压精度控制。通过同时采用高电压脉冲和这些低电压脉冲，这种数字放大新方式生成极其精确的功率输出，进而产生极其准确的音频。这种非凡的精度也意味着现在数字放大器能够真正实现环境模拟和环绕声等特殊效果的好处。

二、多媒体数字音频技术的应用领域

（一）唱片制作

目前数字音频技术已经渗透到了唱片制作的各个环节，如数字化得传输与处理，数字化的录音、编辑、音效添加、混音等。数字音频技术的应用使唱片制作降低了成本，提高了效率，提高了处理的精度。

（二）配音、配乐

与相对传统的配音、配乐技术相比，数字音频技术凭借其低成本、高效率的优势发展的很迅速，在现今的电视、广播、电影等媒体中，音乐无处不在，音效无处不有。借助于数字音频技术，语音、音乐、音视频才能完美的结合，真正体现了数字音频技术的强大魅力。数字化的声音也是数字动画片和游戏中必不可少的重要组成部分，在动画片及和游戏作品中的配音配乐部分，都需要通过数字音频技术来制作完成。在多媒体课件、多媒体演示光盘等多媒体作品中的解说词、背景音乐或按钮音效，同样需要借助数字音频技术制作完成。

（三）手机铃声制作

目前大部分手机都支持音乐播放功能，这就给那些音乐人看到了一个市场契机，纷纷投入到手机铃声的制作工作中。这些音乐人就是利用数字音频处理技术，制作出了各种各样的美妙、搞怪、个性的铃声。

（四）网络调音

随着信息时代的来临，越来越多的数字电子设备进入人们的日常生活，并改变着人们的生活习惯，音频领域也随之面临着革命性的变革。数字音频技术在音响设备方面，如数字调音台、话筒数字预放、数字效果机、音频矩阵、网络音频调控设备、自动反馈抑制、可变声学系统、同声传译系统、数字功放等在不同的场合中（如影视片制作部门、室内外实况广播与演出、集散地广播、教堂礼拜以及互动交流场所等）都可以通过互联网络形式实现诸多的应用。例如，德国的音频系统制造商Stagetec为广播和戏剧的网络模式应用配置了它的Nexus路由器和数字调音台。

（五）广播领域

数字音频广播的关键技术主要有三个方面，数字音频信号的压缩编码，高速数据信号的无线传输和组网技术。

1.数字音频信号的压缩编码

应用在数字广播（包括数字电视和数字音频广播）中的音频压缩编码技术有多种，它们都是基于人耳感觉特性来实现降低码率的目的。应用在数字音频广播中的压缩编码方案主要有MPEG-1/2中的LayerⅡ、、和MPEG AAC等，使一路立体声的码率降低到192-96kbit/S，并且有可能继续降低，大大减少了对传输带宽和存储容量的要求，应该说压缩编码技术的发展是数字音频广播得以实现的基础。

2.高速数据信号的无线传输

声音广播可以通过有线信道和无线信道传输，但主要是通过电磁波在空间的传播将信号传送给接收机，而空间信道的传播特性远不如电缆、光纤、卫星信道稳定，特别是在城市环境中和移动接收情况下，由于多径传播所形成的频率选择性衰落和延时扩展，以及建筑物遮挡所形成的阴影效应，使接收质量受到严重影响，而广播系统经常工作在这样的环境中。为保证广播质量，必须提高在城市环境中和移动接收情况中信号的传输质量，数字音频广播系统中的信道编码和调制部分的设计主要是解决这方面的问题。目前多数数字音频广播系统采用纠错编码、正交频分复用（OFDM）和时间、频率交织的组合，OFDM是一种高频谱利用率的频分复用技术，它将高速串行数据变换成多路并行数据传输，有利于抗频率选择性衰落和延时扩展，并且它可以用IFFT和FFT实现，使发送和接收设备简化。

3.组网技术

随着广播事业的发展，频率资源日益紧张，在发展数字音频广播系统时必须考虑节省频率资源和不与己经工作的广播电台产生矛盾。目前提出的广播系统中，主要采用两种方法：一种是单频组网，即整个广播网络使用相同的载波频率，多路节目载荷在该载波上，而不需要不同的覆盖区域分配不同的载波频率，从而节省了频率资源，Eureka-l47数字音频广播系统是这种方案的代表；另外一种方法是与当前正在使用的广播电台使用相同载波颇率，依靠频率分隔和调制方式的不同，同时广播模拟和数字两种节目，美国的IBOC数字音频广播系统是这种方案的代表。

三、多媒体数字音频处理的技巧——以单轨音频处理：“消人声做伴奏”为例

虽然我们可以从网络上下载很多好的伴奏歌曲，但并不是所有的歌曲都能在网上下载到原版伴奏或质量好的伴奏，这时就需要我们自己来做伴奏。Adobe Audition 是一款专业音频编辑和混合软件，具备专业音频工作站软件的特点，集专业数字音频录音、控制编辑、效果处理、多轨混音和母带处理、视频支持等功能于一体，本文将以Audition为例，介绍两种方法来消去人声，从而制作伴奏。

（一）转换采样类型

将需要消人声的歌曲导入到单轨编辑模式后，选择菜单中的【编辑】-【转换采样类型】选项，在弹出的窗口中，在【通道】选项框中选择【单声道】项目，并将【左混音】和【右混音】分别改成“100%”和“-100%”，如下图所示。

（二）提取中置声道

中置声道提取器是一个Audition特有的效果器，它可以增强或去除某些同时存在于左声道和右声道的声音频率。通常，人声，主音乐器都位于声像中间，是左右声道平衡的，这些声音就可以通过中置声道提取器来进行处理。将需要消人声的歌曲导入到单轨编辑模式后，选择菜单中的【效果】-【滤波器】-【提取中置声道…】选项，打开中置声道提取器，如下图所示。

在【预设效果】里选择【Vocal Remove】选项，这就是消人声的预置，还可以自己调节一下【中置声道电平】，负得越多则消得越厉害，带来的音质损失也越大，负得太少又消不干净。默认的-40dB是比较合适的选择。单击【确定】，伴奏就做好了。

以上两种方法都能达到消人声做伴奏的目的，但是并不能保证100%消除人声，在此，本文意在起到抛砖引玉的作用来介绍一下数字音频处理的技术。

参考文献：

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