RSS

IT Glossary    1_9  A  B  C  D  E  F  G  H  I  J  K  L  M  N  O  P  Q  R  S  T  U  V  W  X  Y  Z  .....  A  Б  В  Г  Д  Ж  З  И  К  Л  М  Н  О  П  Р  С  Т  У  Ф  Х  Ц  Ч

Теория цифровой звукозаписи

Цифровой сигнал

"Цифра" отсутствует в природе как таковая. Нельзя сказать, что природа носит аналоговый характер, но, во всяком случае, аналоговый сигнал, описывающий процесс, гораздо ближе к природе, чем цифровой. Термин "аналоговый" уходит корнями в область радиотехники, где под аналоговым сигналом подразумевается сигнал, порожденный физическим процессом, который можно описать непрерывной функцией.

Цифровой же сигнал - это конечная совокупность импульсов, при помощи которых мы описываем тот или иной процесс (поэтому цифровой сигнал иногда называют просто дискретным). Для того чтобы стало понятнее, проведу аналогию. Сравним аналоговый и цифровой сигналы с действительными и натуральными числами. Квадратный корень из двух - действительное число, его значение выражается бесконечной последовательностью десятичных цифр (1,414213...). Это значение максимально точно, но записать его нельзя. С натуральными числами дела обстоят гораздо проще: именно их мы используем, когда требуется сосчитать количество пальцев на руке, ступенек на лестнице или дискретно закодировать сигнал.

Чтобы прояснить все окончательно, обратимся к графику, на котором по оси абсцисс отложим t, а по оси ординат - U, получив таким образом график зависимости напряжения от времени. На этом графике x1, y1 и x2, y2 координаты выборок (дискретных импульсов), при помощи которых мы будем описывать функцию f(x)заказать у нас квартирный переезд: грузчики аккуратно под вашим наблюдением упакуют вещи и погрузят.

Совокупность этих отдельных точек, точнее, их координат, и будет цифровым представлением аналогового, непрерывного сигнала, который отражает наш график. И здесь обрати внимание на одни грабли. Если x1, y1 и x2, y2 - натуральные числа, то записать их не составит труда. А если хоть одна из переменных будет иметь значение действительного числа, его просто нельзя будет записать, только в упрощенном виде.

Что такое хорошо и что такое плохо

 

Бесплатная консультация специалиста

Loading…
 
Мысленно соединив отрезками соседние выборки (на рисунке они выделены красными точками), ты легко можешь представить, как будет выглядеть оцифрованный сигнал. Получившаяся кривая внешне будет похожа на исходную (аналоговую) функцию, но точно ее повторять не будет. А если не повторяет точно - то и не передает все нюансы, что не есть хорошо. Если же делать выборки чаще, получится более точная картина. Таким образом, чем чаще мы будем делать выборки, тем точнее сможем передать исходный недискретный сигнал.

И вот здесь наша цифровая коса находит на аналоговый камень: получается, что для того, чтобы полностью восстановить исходный сигнал, мы должны сделать бесконечное количество выборок. То есть нам придется оперировать действительными числами для выражения координат выборок. Но поскольку у нас в распоряжении есть только натуральные величины, мы можем только бесконечно приближаться к внешнему виду исходной кривой, но никогда в точности не повторим его.

Это и есть тот недостаток "цифры", из-за которого цифровой сигнал всегда будет принципиально менее "правильным", чем аналоговый. Именно поэтому некоторые звукозаписывающие студии по сей день изначально производят запись звука на широкую магнитную (аналоговую) ленту и лишь впоследствии оцифровывают аудиоматериал.

Как это происходит

Пришло время подробно рассмотреть процесс преобразования аналогового сигнала в цифровой. Несложно догадаться, что этот процесс называется аналого-цифровым преобразованием. А устройства, осуществляющие процесс, - аналого-цифровыми преобразователями, сокращенно АЦП (по-буржуйски - ADC, Audio-to-Digital Converter). Процесс обратного преобразования называется, соответственно, цифро-аналоговым, а устройство для осуществления этого преобразования - ЦАП (DAC).

Еще разок кинь взгляд на график. Как уже выяснили, красные точки на кривой исходного сигнала - это дискретные импульсы, последовательное воспроизведение которых и есть цифровой поток аудиоданных. Теперь рассмотрим алгоритм преобразования исходного сигнала в совокупность импульсов. Каждый дискретный импульс описывается его координатами в двух измерениях, оцифрованный сигнал есть совокупность значений этих координат. Следовательно, для того чтобы оцифровать сигнал, необходимо в определенные моменты времени присваивать некоторые значения амплитуде сигнала, то есть его напряжению. Вот здесь мы и подошли вплотную к двум ключевым понятиям: дискретизации и квантованию.

Дискретизация

Дискретизация сигнала - процесс преобразования непрерывного аналогового сигнала в последовательность выборок значений этого сигнала, сделанных в определенные моменты времени. Чем меньше расстояние между выборками в цифровом сигнале, тем точнее передан исходный сигнал. Но каждая выборка - это значение, а чем больше значений, тем больше "весит" файл с записью сигнала. То есть если при оцифровке сигнала делать бесконечное множество выборок, то звуковой файл будет весить бесконечно много байт. И для того чтобы не покупать за бесконечное количество денег хард бесконечного объема, просто необходимо определиться с тем, как часто нужно делать дискретные выборки.

Необходимое число выборок следует из теоремы отсчетов (она же теорема Котельникова, она же теорема Найквиста), согласно которой частота дискретизации (она же частота сэмплирования) при оцифровке должна минимум вдвое превышать самую высокую частоту спектра сигнала. Как известно, диапазон от 20 Гц до 20 кГц - это частотный спектр, воспринимаемый человеческим ухом, а следовательно, если этими частотами ограничен спектр сигнала, то частота дискретизации должна составлять минимум 40 кГц (20000 Гц * 2). То есть при оцифровке сигнала нужно делать не менее 40000 выборок в секунду.

Квантование

Насколько часто нужно делать выборки при оцифровке аналогового сигнала, разобрались. Теперь надо определиться с тем, сколько дискретных значений понадобится для описания амплитуды (напряжения) сигнала в каждой из выборок.

Представление амплитуды сигнала в соответствии с заданной разрядностью называют квантованием. Разрядность сигнала измеряется в битах и определяет точность, с которой мы оцифруем амплитуду сигнала. Здесь ситуация обстоит так же, как и с дискретизацией: чем больше выборок на соответствующей оси, тем точнее мы передаем исходный сигнал. При 16-битном квантовании мы получаем 16565 выборок по оси абсцисс (2 в степени 16). 16-битная разрядность соответствует динамическому диапазону в 96 дБ, и при добавлении каждого дополнительного разряда мы увеличиваем диапазон на 6 дБ. Так 24 бита - это уже 140 дБ динамического диапазона.

Dithering

Как и любой процесс преобразования чего угодно во что угодно, аналого-цифровое преобразование не обходится без потерь в качестве. Речь не о том, что изрядная часть информации остается "между битов" и не отражается в цифровой записи. Речь о том, что в процессе преобразования к сигналу добавляются примеси, которых в изначальном сигнале не было и которые там никому не нужны. Издержки производства, так сказать :).

Одним из самых неприятных артефактов аналого-цифрового преобразования является возникновение шумов квантования на младшем разряде. Шумы квантования воспринимаются человеческим ухом очень отчетливо и придают очень неприятную окраску содержимому записи. Поэтому для того чтобы минимизировать влияние шумов квантования на оцифрованный сигнал, в процессе преобразования в сигнал добавляют белый шум, который носит отвлекающий характер, и из-за которого шумы квантования становятся менее заметными. Процесс добавления в сигнал белого шума называется дитерингом. Таким образом, в конечном виде цифровой сигнал есть последовательность координат, описывающих непрерывный исходный сигнал, с добавлением однородного шума.

Технологии поискового маркетинга
Практика поискового маркетинга
Flash
Тэги
XML
DHTML
PHP
MySQL
WebMail
.NET
VBScript
CGI
Графические форматы Интернета
WEB-сайт шаг за шагом
CMS faq
FRAME faq
CSS faq
SSI faq
RSS faq
WAP faq
Web-Designed
Webhints
Файл настроек .htaccess
Настройка robots.txt
seo & website usability inet html os faq hardware faq memory video cpu hdd mainboard faq printer & scaner modem mobiles hackzone


Windows 10 | Registry Windows 10 | Windows7: Общие настройки | Windows7: Реестр | Windows7: Реестр faq | Windows7: Настроки сети | Windows7: Безопасность | Windows7: Брандмауэр | Windows7: Режим совместимости | Windows7: Пароль администратора |  |  |  |  | Память | SDRAM | DDR2 | DDR3 | Quad Band Memory (QBM) | SRAM | FeRAM | Словарь терминов | Video | nVIDIA faq | ATI faq  | Интегрированное видео faq | TV tuners faq | Терминология | Форматы графических файлов | Работа с цифровым видео(faq) | Кодеки faq | DVD faq | DigitalVideo faq | Video faq (Архив) | CPU | HDD & Flash faq | Как уберечь винчестер | HDD faq | Cable faq | SCSI адаптеры & faq | SSD | Mainboard faq | Printer & Scaner | Горячая линия бесплатной юридической консультации | Благотворительность

На главную | Cookie policy | Sitemap

 ©  2004