Уровень. Оцифровкаявляется одной из основных функций звуковых карт

Оцифровкаявляется одной из основных функций звуковых карт. Изъясняясь научным языком, она включает в себя два процесса - процесс дискретизации по времени(осуществление выборки, сэмплирование) и процесс квантования по уровням.

Процесс дискретизации -это процесс получения значений величин преобразуемого сигнала в определенные промежутки времени. Квантование -процесс замены реальных значений сигнала приближенными с определённой точностью. Попробуем разобраться. Итак, мы выяснили, что для записи сигнала в компьютер его необходимо преобразовать в цифровые значения. Для этого поступают следующим образом. Выбирается ка-кой-то временной шаг (интервал), с которым берутся значения уровня сиг-нала. Этот шаг называется шагом дискретизации. Естественно, чем шаг меньше, тем большее количество значений сигнала мы можем взять в оп-ределенный промежуток времени, и, соответственно, тем с большей точ-ностью будет “взят” сигнал. Процесс дискретизации во времени представ-лен на рисунке 7.6.

-

∆t Время

Рис 7.6. Процесс оцифровки сигнала

Казалось бы, что для записи значений сигнала мы сделали все необходимое. Теперь осталось лишь записать численные значения сигнала в файл. Однако, здесь мы сталкиваемся с проблемой: ведь значения сигнала не могут быть записаны с бесконечной точностью. Поэтому значения сигнала квантуют по уровню. Это значит, что полученные в процессе дискретизации значения сиг-нала делятся на уровни квантования (quantization levels) и каждое значение ок-ругляется до ближайшего уровня. Таким способом получают конечные значе-ния амплитуд сигнала. Отметим снова, что и в данном случае чем больше уровней квантования, тем более точно будут записаны численные значения уровня сигнала.

-Чем меньше шаг дискрети-зации (другими словами, чем выше частота выборки) и чем больше уровней квантования, тем с большей точностью происходит оцифровка сигнала и тем более приближенно к оригиналу он будет звучать при воспроизведении (т.е. при цифро-аналоговом преобразовании). Чтобы избе-жать искажений при оцифровке, нужно следить за тем, чтобы динамический диапазон сигнала соответствовал динамическому диапазону АЦП, или, други-ми словами, чтобы значения сигнала не выходили за рамки максимального и минимального уровней квантования.

Вспомним, что человеческое ухо способно слышать звук на частотах при-близительно от 30 Гц до 20 КГц. Выше располагается спектр неслышимых для человека частот. В связи с этим важно отметить, что максимальная частота дис-кретизации (выборки) определяет максимальную частоту оцифровываемого сигнала. Точнее говоря, максимальная частота сигнала будет примерно равна половине максимальной частоты дискретизации. Такая зависимость, как уже говорилось выше доказана в теореме Котельникова-Найквиста. В ней говорится о том, что для достижения баланса между качеством и полосой пропускания системы, необходимо, чтобы частота выборки вдвое превышала частоту звукового сигнала. Вернее, чтобы произвести успешную дискретизацию чисто синусоидального сигнала, часто-та дискретизации действительно должна быть ровно в два раза больше частоты синусоиды, в то время как оцифровку реального звукового сигнала нужно про-изводить на частоте немного большей, чем удвоенная частота самого сигнала, то есть с запасом.. Приведем конкретный пример. Если, скажем, вы оцифровали звук с частотой дискретизации 20 КГц, то это будет означать, что фактически оцифрованный звук содержит частоты до 10 КГц, т.е. низкие и средние частоты.

Следует обратить внимание на то, что в процессе оцифровки к полезному сигналу прибавляются различные шумы. Один из таких шумов - джиттер (jitter). Джиттер появляется в результате того, что осуществление выборки сигнала происходит не через абсолютно равные промежутки времени, а с какими-то отклонениями. То есть если, скажем, дискретизация проводится с частотой 44.1 КГц, то отсчеты берутся не точно каждые 1/44100 секунды. А так как входной сигнал постоянно меняется, то такая ошибка приводит к “захвату” не совсем верного уровня сигнала. В результате во время проигрывания оцифрованного сигнала чувствуется некоторое дрожание. Появление джиттера является результатом неабсолютной стабильности АЦП. Для борьбы с этим явлением применяют высокостабильные тактовые генераторы.

Как же происходит оцифровка с точки зрения пользователя? Оказывается, всё намного проще, чем могло показаться на первый взгляд. Для оцифровки какого-либо сигнала его необходимо подать на вход звуковой карты (то есть фактически соединить вход звуковой карты с выходом того устройства, с которого будет подан сигнал), запустить специальную программу, выбрать параметры записи, нажать кнопку записи и сохранить результат (грубо говоря, набор байтов) в файле. Процесс оцифровки происходит в режиме реального времени. Например, вы хотите оцифровать с аудиокассеты какую-то песню продолжительностью 2 минуты, то для этого необходимо подключить магнитофон ко входу звуковой карты, запустить упо-мянутую выше программу, перевести ее в режим записи (оцифровки) и вклю чить магнитофон на воспроизведение. По окончании песни нужно остановить процесс оцифровки и записать результат в файл. Вот и все!

Итак, что же следует запомнить из вышесказанного? Посути, совсем не-много - оцифрованная аудиоинформация всегда характеризуется тремя пара-метрами:

• частотой дискретизации или sampling rateгде (например, 8, 11, 44, 48 КГц и т.д.);

• уровнем квантования (разрядностью) или quantization level (8, 16, 18, 20, 24 или 32 бита);

• количеством каналов (1 - моно, 2 - стерео и т.д.).

Очевидно, что проигрывать оцифрованный звук нужно с теми же парамет-рами, с которыми его оцифровывали. Можно, конечно, поэкспериментировать и, например, звук, оцифрованный с частотой дискретизации 22 КГц, проиграть на частоте 44 КГц. Тогда вы получите точно такой же результат, что и при уско-ренном воспроизведении аудиозаписи на магнитной ленте.

Дата добавления: 2014-12-29