Синхронизация

Проблема обеспечения привязки каких-либо событий к единой временной шкале — одна из наиболее сложных в ряду актуальных проблем современной науки и техники. Чего только ни придумало человечество для ее решения: от наручных часов до атомных эталонов частоты, от «шести точек», передаваемых радиовещательными станциями, до кодированных псевдослучайных сигналов навигационных космических аппаратов!

Не обошла стороной проблема синхронизации и музыку, создаваемую в компьютерных студиях. Выделим три основных ее аспекта:

> синхронизация, звуковых и MIDI-сообщений, записанных на треках музыкальных редакторов;

> синхронизация MIDI-инструментов, подключенных к звуковой карте;

> синхронизация композиции, созданной средствами музыкального редактора, с аудио- и видеосредствами студии.

Первый из перечисленных аспектов мы вынуждены будем рассмотреть лишь в последней главе книги, после того как познакомим вас со способами создания звуковых сообщений.

Поэтому, начнем сразу со второго аспекта, который к тому же представляется нам наиболее простым.

Инструменты, снабженные MIDI-интерфейсом, объединяются в сеть. В соответствии со стандартом MIDI, ведущим может быть только один источник MIDI-сообщений. Когда в сеть включены только два инструмента, выход MIDI OUT ведущего инструмента соединяется со входом MIDI IN инструмента ведомого. Если инструментов много, то для образования сети используются либо дополнительные ретрансляционные выходы MIDI THRU, либо специальные размножители выходных сигналов. Варианты соединения MIDI-устройств в сеть приведены в работе [63]. Аппаратные или программные секвенсоры ведомых MIDI-устройств должны работать в режиме внешней MIDI-синхронизации.

Целям синхронизации MIDI-сети могут служить следующие системные сигналы и сообщения реального времени (System Real Time Message), передаваемые по MIDI-каналу:

> Timing Clock (синхронизация) — посылается со скоростью 24 импульса на четвертную ноту, служит для задания единого темпа исполнения композиции всеми секвенсорами сети;

> Start (старт) — инициирует начало записи или воспроизведения сонга всеми устройствами реального времени, подключенными к сети,

> Stop (стоп) — сообщает о прекращении записи или воспроизведения;

> System Reset (сброс системы) — устанавливает все программные и аппаратные средства в исходное состояние, загруженные файлы из оперативной памяти удаляются, органы управления устанавливаются в положения по умолчанию.

Отметим, что большинство других MIDI-сообщений несут в себе информацию о времени. В этом можно убедиться, возвратившись к рис. 1.35. Целых три столбца таблицы содержат временные параметры.

Третий слева столбец информирует о времени наступления события в формате Hr:Mn:Sc:Fr (часы:минуты:секундь1:кадры). Четвертый слева столбец содержит ту же самую информацию, но в формате Meas:Beat:Tick (такт-.до-ля:тик). Правый столбец определяет продолжительность MIDI-события,

Для обеспечения возможности использования одних и тех же MIDI-устройств как в качестве ведущих, так и в качестве ведомых предусмотрены аппаратные или программные переключатели режимов синхронизации «Внешняя/ внутренняя». Если устройство используется автономно, то следует устанавливать режим внутренней синхронизации. При работе устройств в сети ведущее устройство должно функционировать в режиме внутренней синхронизации, а ведомые — внешней. Применительно к звуковым картам следует сказать, что переключение режимов синхронизации удобно выполнять, используя органы управления, имеющиеся в музыкальном редакторе. Например, в Cakewalk такой переключатель имеется среди элементов главного окна.

Вы можете найти его в верхней части главного окна (рис. 1.31), где он показан в состоянии «Int» (внутренняя синхронизация).

Кроме проблемы синхронизации MIDI-устройств, существует и более сложная проблема, связанная с интегрированием различных элементов оборудования студий звуко- и видеозаписи. При создании различной аудио- и видеопродукции возникает необходимость сведения в единое целое информации, поступающей от различных источников. Процессы, протекающие в этих источниках, могут иметь различную периодичность и оцениваться различными единицами измерения времени.

Например, изображение на кинопленке записывается со скоростью 24 кадра в секунду, а единицей измерения времени звучания музыки в MIDI-секвен-соре служит тик. Если звуковое сопровождение записано на том же носителе, что и изображение, то проблем с синхронизацией не будет. Но ведь на этапе создания кинофильма съемка и звукозапись ведутся разными устройствами — кинокамерой и магнитофоном. После проявления пленки изображение воспроизводится уже не на том аппарате, на котором оно записывалось. То же самое, скорее всего, относится и к воспроизведению звука. Как ни стремится промышленность соблюдать стандарты, но двух абсолютно идентичных по скорости записи/воспроизведения приборов все равно не найти. Для нашего примера эти различия выльются в расхождение скоростей воспроизведения изображения и звука. Сначала они будут проявляться незначительно, но со временем может накопиться такое рассогласование, что сначала мы услышим: «Чмок» — и лишь спустя несколько секунд герой наконец-то поцелует героиню.

При сведении в единую фонограмму записей отдельных партий, выполненных различными магнитофонами, или при наложении голоса певца, записанного на магнитофоне, на фонограмму оркестра, воспроизводимую MIDI-сек-венсором, проблема синхронизации стоит еще острее, т. к. в этих случаях расхождение, составляющее доли такта и даже такты, может накопиться гораздо быстрее. А это уже явный брак. Наиболее распространенное средство синхронизации аналоговых видео- и аудиомагнитофонов между собой и с цифровой аппаратурой — SMPTE Time Code.

В начале 70-х годов был принят стандарт, названный SMPTE. Название стандарта произошло от названия Международного общества инженеров кино и телевидения (Society of Motion Picture and Television Engineers).

Основным преимуществом тайм-кода SMPTE является то, что в цифровой информации, записываемой на отдельную дорожку аналогового магнитофона, содержится время в абсолютной величине, что позволяет проигрывать произведение с любого места. Поскольку в качестве размерности по оси времени выбрана единица, не относящаяся к музыке, а представляющая собой реальное время записи кода, появляется возможность изменения темпа музыки. Так как стандарт SMPTE первоначально предназначался для видеозаписи, в нем определен блок данных, соответствующих одному кадру видеоизображения. Такая кодовая группа состоит из 80 бит и содержит системную информацию, информацию пользователя и информацию о времени.

Временная информация закодирована в двоично-десятичной системе. Вместе с системной информацией пользователь может записать свои собственные данные (примечания, небольшие тексты). Если информация не помещается в одну кодовую группу, она должна быть разделена на несколько частей.

SMPTE-сигнал должен записываться при выключенном подавлении шумов. Соседние дорожки должны быть либо свободными, либо не должны содержать записей сигналов с большим уровнем высокочастотных составляющих. В противном случае из-за перекрестного влияния дорожек возможно искажение информации.

В музыкальной системе, синхронизируемой SMPTE-кодом, должен быть лишь один прибор, генерирующий этот код (SMPTE-Masterj. Он является опорным, а ведомые устройства должны, исходя из этого, генерировать музыкальный такт. Так как деление времени на кадры в секунду (24 в кино, 25 (PAL) или 30 (NTSC) в телевидении) для музыкальных применений слишком грубо, устройство SMPTE-синхронизации должно интерполировать временную шкалу между кадрами с помощью системы фазовой автоподстройки частоты.

Вы уже знаете, что наиболее совершенные музыкальные редакторы способны привязывать MIDI-события ко времени в различных форматах и стандартах. Cakewalk, например, тоже может работать с SMPTE-кодом. Однако подавляющее большинство звуковых карт не оборудовано соответствующим аппаратным интерфейсом, посредством которого их можно было бы подключать к SMPTE-аппаратуре студии.