Кодирование звуковой информации. Приемы и методы работы со звуковой информацией пришли в вычислительную технику наиболее поздно

Приемы и методы работы со звуковой информацией пришли в вычислительную технику наиболее поздно. К тому же, в отличие от числовых, текстовых и графических данных, у звукозаписей не было столь же длительной и проверенной истории кодирования. В итоге методы кодирования звуковой информации двоичным кодом далеки от стандартизации. Множество отдельных компаний разработали свои корпоративные стандарты, но можно выделить два основных направления.

Метод FM (Frequency Modulation) основан на том, что теоретически любой сложный звук можно разложить на сумму простейших гармонических сигналов разных частот, каждый из которых представляет собой правильную синусоиду, а, следовательно, может быть описан числовыми параметрами, то есть кодом. В природе звуковые сигналы имеют непрерывный спектр, то есть являются аналоговыми. Их разложение в гармонические ряды и представление в виде дискретных цифровых сигналов выполняют специальные устройства – аналогово-цифровые преобразователи (АЦП). Обратное преобразование для воспроизведения звука, закодированного числовым кодом, выполняют цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП). При таких преобразованиях неизбежны потери информации, связанные с методом кодирования, поэтому качество звукозаписи обычно получается не вполне удовлетворительным и соответствует качеству звучания простейших электромузыкальных инструментов с окрасом, характерным для электронной музыки. В то же время данный метод кодирования обеспечивает весьма компактный код, и потому он нашел применение еще в те годы, когда ресурсы средств вычислительной техники были явно недостаточны.

Метод таблично-волнового (Wave-Table) синтеза лучше соответствует современному уровню развития техники. Если говорить упрощенно, то можно сказать, что где-то в заранее подготовленных таблицах хранятся образцы звуков для множества различных музыкальных инструментов (хотя не только для них). В технике такие образцы называют сэмплами. Числовые коды выражают тип инструмента, номер его модели, высоту тона, продолжительность и интенсивность звука, динамику его изменения, некоторые параметры среды, в которой происходит звучание, а также прочие параметры, характеризующие особенности звука. Поскольку в качестве образцов используются «реальные» звуки, то качество звука, полученного в результате синтеза, получается очень высоким и приближается к качеству звучания реальных музыкальных инструментов.

Звук – это звуковая волна с непрерывно меняющейся амплитудой и частотой. Чем больше частота сигнала, тем выше тон и чем больше амплитуда сигнала, тем он громче для человека. Частоту звука измеряют в герцах – количество колебаний в секунду. Человек способен воспринимать звук от 16 Гц до 20 КГц. Амплитуду называют звуковым давлением или силой звука, которая измеряется в единицах давления паскалях (Па). Эта величина характеризует воспринимаемую громкость звука. Для воспроизведения звука компьютером непрерывный звуковой сигнал должен быть превращен последовательность электрических импульсов. При этом непрерывна зависимость амплитуды сигнала от времени заменяется на дискретную последовательность уровней громкости. Глубина кодирования звука I – это количество бит, используемых для кодирования различных уровней сигнала Количество различных уровней сигнала можно рассчитать по формуле Хартли: , где I – глубина звука. Современные звуковые карты обеспечивают 16-битную глубину кодирования звука и тогда N= 65536. Частота дискретизации М – количество измерений уровня звукового; сигнала в единицу времени. Одно измерение за секунду соответствует частоте 1 Гц. Качественная радиотрансляция обеспечивается глубиной кодирования 8 бит и частотой дискретизации до 8 КГц. При частоте 48 КГц глубине 16 бит – высококачественное звучание CD-диска (стереозвук – 2 канала, моно – 1 канал), а при 11 КГц и 8 битах – звук приглушенный. Для вычисления объема звуковой информации пользуются формулой , где t – время звучания (в секундах), М – в Гц, I – в битах.

Пример 31. Определить объем стереоаудиофайла в формате РСМ длительностью звучания 1 сек. М=48 КГц=48000 Гц, I= 16 бит, t = l сек,

V= М I t = 48000 *16 * 1 * 2(канала) =1536 Кбит.