Аудиозапись на немагнитных носителях

Возможности современных АМФ

При анализе возможностей и характе­ристик современных АМФ, обращалось внимание на параметры АЧХ ТЗВ, дизайн и конструктивные особенности, включая такой важный для АМФ показатель, как энергопотребление. Рассмотрим основные функциональные возможности АМФ.

AVLS – автоматический ограничитель громкости (иногда имеет несколько режи­мов). Система, по замыслу разработчиков, должна защищать слух от чрезмерного зву­кового давления.

Dolby В – функция шумоподавления. На дорогих АМФ и в стационарных аппара­тах имеются «продвинутые» режимы С и S. Режим за­метно снижает шум (шипение, гул) записей, выполненных с включенным режимом Dolby В. На обычных копиях эффективность мень­ше, при этом приглушаются высокие часто­ты.

Blank Skip – при включении этого режима АМФ автоматически проматывает участки ленты, где пауза превышает несколько се­кунд. Данная функция редко присутствует в недорогих моделях.

Anti-rolling – специальный механизм, предотвращающий образование петель на маг­нитной ленте. Если такого механизма в АМФ нет, рекомендуется при смене режимов воспроизведения пользоваться клавишей «стоп».

Dynamic Base Boost, Bassexpander, Mega Bass и т. п. – режим дополнительно­го усиления баса (подъем низких частот в диапазоне 40-160 Гц).

Auto Reverse – автоматическое переклю­чение на другую сторону кассеты без пере­ворачивания последней. Функция может иметь дополнительные режимы.

Hold – режим блокировки клавиш от слу­чайного нажатия; применяется в АМФ с электронным управлением и ап­паратах с «цифровым» тюнером.

Таре Selector – переключатель типа лен­ты, корректирующий ток подмагничивания. Наиболее распространены ленты с магнит­ным слоем из оксида железа (Normal или тип I). Более качественны ленты с диокси­дом хрома (СгО или тип II). Самые дорогие кассеты с лентами из безоксидного железа (Metal или тип IV).

Аналоговая запись звука быстро сдает свои позиции. Цифровая запись на МЛ не смогла реализовать свои перспективы. Основными носителями магнитной записи стали магнитные диски, как специальное приложение к компьютерным технологиям, МЛ использовались лишь в переходной период. Поэтому в ближайшие годы запись и воспроизведение аудиоинформации будет осуществляться на немагнитные носители. Этому также способствует активное развитие различных методов сжатия аудиоинформации, которые позволяют на малых по объему НЗ записать значительное количество информации, превышающее емкость МЛ. Кроме того, немагнитные носители не предъявляют жестких требований к конструкции записывающего и воспроизводящего устройств, поскольку в основном они статические, в них нет движущихся узлов (в рассмотрение не принимаются компакт-диски, которые будут рассмотрены в отдельном разделе пособия).

4.3.1. IC-плейер. Для устройств статической записи, то есть без подвижных механических элементов, еще наблюдается разнобой в определении общего названия. Однако поскольку физически запись осуществляется на микросхемы полупроводниковой памяти, которые еще называют флэш-памятью, представляется вполне правомерным устройства для этого класса полупроводникового аудио обозначать как IC-плейер. По крайней мере, аналогия с CD- или МD-плейером здесь ярко выражена.

Отрасль аудиоаппаратуры, которую многие изготовители определяют как «полупроводниковое аудио», бурно развивается и находится на этапе становления. При этом для поя­вляющихся уже многочисленных изделий используются такие названия, как полупроводниковые аудиоплейеры, портативное полупроводниковое аудио и т.д.

Объединяет эти устройства полупроводниковая память, которая использована для записи и хранения в цифровом виде звуковой информации. Изделия этого класса обеспечивают пользователям возможность записывать и воспроизводить музыкальные фрагменты. Эти устройства могут использоваться для загрузки аудио файлов, распространяемых через Интернет или находящихся на компакт- и мини-дисках. В качестве полупроводниковой памяти используется флэш-память, которая для удобства пользования встраивается в миниатюрные пластиковые корпуса, именуемые флэш-картами.

На рис.1.21 представлена структурная схема IC-аудиоплейера (обведена пунктирной линией).

IC-плейер состоит из пяти со­ставных частей. Основной является так называемая флэш-память. В некоторых моделях флэш-память является встроенной (ВФП), другие имеют слот или даже два для вставки внешней карты памяти (СФП). В не­которых видах используется как внеш­няя, так и внутренняя память. Многие модели оснащаются так называ­емым USB-кабелем (Universal Serial Bus), т.е. универсальной серийной ши­ной, предназначенной для подсоеди­нения аудиоустройства к персональ­ному компьютеру (ПК).

Второй составной частью является DSP (Digital Sound Processor), т.е. циф­ровой звуковой процессор, который входит в состав схемы обработки сигнала (СОС). Здесь осу­ществляется компрессия музыкально­го сигнала и его кодировка с целью за­щиты от несанкционированного ко­пирования и декодировка. Раскодированный сигнал трансформируется затем в оригиналь­ный цифровой сигнал.

Третьей составной частью является ЦАП, т.е. цифроаналоговый преобразо­ватель. Он осуществляет преобразова­ние цифрового сигнала в аналоговый.

В четвертой составной части, кото­рой являются аналоговый процессор и устройство для контроля сигнала (АП), осу­ществляется преобразование аналого­вых сигналов, которые будут усиливать­ся. В эту часть входят регулятор громко­сти, регулятор тембра, микрофоны и наушники, в которых электрический сигнал преобразуется в звуковой.

В аналоговом входе с микрофона осуществляется аналого-цифровое преобразование (АЦП) и компрессия сигна­ла перед его записью.

Пятая составная часть является контрольно-оперативной. В нее вхо­дят жидкокристаллический индика­тор, клавиши управления и интерфейс для подключения внешних устройств на микропроцессоре (МП).

На практике отдельные составные части бывают разделены на несколько блоков, состоящих из интегральных схем разных размеров. Специальная технология производства полупроводниковой аппаратуры позволяет изго­товлять очень легкие и миниатюрные устройства, работающие от источни­ков с низким напряжением и потреб­ляющие малые величины тока.

4.3.2. Системы компрессии. Проблемы, препятствующие дальней­шему развитию полупроводниковой аудиоаппаратуры, связаны с большим количеством систем распространения музыкальной продукции. В эту систе­му входят Electric Music Mangement System (EMMS) корпорации IBM, Win­dows Media Technologies корпорации Microsoft, а также Liquid Audio. К тому же на практике используются многочисленные системы кодирова­ния, технологии защиты от несанкци­онированного копирования и устрой­ства записи. В полупроводниковой ау­диоаппаратуре, имеющейся на рынке, представлены самые разнообразные форматы распределения, системы компрессии и записывающие средст­ва, хотя все фирмы по распростране­нию музыкальных услуг пользуются стандартами SDMI.

К системам кодирования, применя­емым в настоящее время для компрес­сии аудиофайлов как минимум до од­ной десятой их первоначальной величины, относятся: Windows Media Audio (WMA), разработанная компанией Microsoft; МРЗ – компания MPEG; ААС (Advanced Audio Coding, т.е. усовер­шенствованная система аудиокодирования, которая, кстати, уже стандарти­зована для цифрового видео вместо АС-3), применяемая компанией NTT; Twin VQ; ATRAC3, которая является мо­дернизированной версией системы ATRAC (Adaptive Transform Acoustic Coding), применяемой в мини-дисках; Liquid Audio, разработанная компани­ей Liquid Audio, Inc., а также Real Audio, разработанная компанией Real Net­works.

Системы компрессии данных МРЗ и ААС снижают объем данных до од­ной десятой их первоначальной вели­чины. Система ATRAC3 снижает объем данных до 1/4-1/5 их первоначаль­ной величины. Система WMA сжимает исходную информацию до 1/20. Сис­тема Twin VQ предлагает различные степени компрессии вплоть до 1/100.

В полупроводниковой аппаратуре, продаваемой в Японии фирмами Aiwa Co., Ltd., Casio Computer Co., Ltd. и Samsung Electronics Japan Co., Ltd., ис­пользуется система МРЗ. В аппаратах фирмы Hagiwara Syscom и Fuji Film Axia Co., Ltd. применяется система Twin VQ. Фирмы Sony Corp. и Sharp Corp. используют в своих моделях си­стему ATRAC3. Технология ААС приме­няется в изделиях фирмы Matsushita Electric Industral Co., Ltd., а фирма Toshiba Corp. применяет в одних моде­лях систему Twin VQ, в других – сис­тему ААС. На рынке появляются проду­кты согласования многочисленных систем компрессии. Например, в не­которых моделях полупроводниковой аудиопродукции фирм Sanyo Electric Co., Ltd. и других фирм-изготовителей используются системы МРЗ и ААС. Из европейских фирм, занимающихся звуковой аппаратурой, наибольший практический интерес к твердотель­ным плейерам проявляют Thomson, Philips и Grundig. Все используют фор­мат МРЗ, но у первой приняты еще и специальные меры по защите.

4.3.3. Формат сжатия MP-3. Более подробно рассмотрим формат сжатия MP3, который широко используется как на магнитных, так и немагнитных носителях. Кодирование звука и музыки осуществляется отдель­ным аудиокодером. По мере развития стандарта MPEG звуко­вые кодеры также совершенствовались, становясь все эффек­тивнее. В основе повышения «эффективности» — та же идея: сократить объем «второстепенной» для слушателя аудиоин­формации. В результате в составе стандарта MPEG1 было соз­дано семейство из трех звуковых кодеров, названных «слоя­ми»: Layer I, Layer II и Layer III. Все они, подобно видеокодерам, построены на несовершенстве «человеческого фактора»: пси­хоакустическая модель здесь эксплуатирует несовершенства слухового аппарата человека.

По мнению ученых, в несжатом звуке передается много «избыточной» информации. Избыточ­ной в том смысле, что человеческое ухо ее все равно не вос­принимает. Большой эффект для сжатия дает, например, явле­ние маскирования некоторых звуков. В частности, если снача­ла подать сильный звук на частоте 1000 Гц, то более слабый звук на частоте 1100 Гц уже не будет фиксироваться слухом. В модели используется и явление ослабления чувствительности человеческого уха на период в 5 мс - и до 100 мс - после возникновения сильного звука. Существуют похожие времен­ные эффекты маскирования; известны и более сложные вза­имодействия, когда временный эффект может выделить кон­кретную частоту или, наоборот, подавить. Психоакустическая модель - как свод правил - разбивает весь спектр на блоки, в которых уровень звука считается близким. Затем удаляет зву­ки, формально не воспринимаемые человеком в соответствии с описанными эффектами. Потом следует процедура «упаковки» методами, напоминающими по принципу компью­терные архиваторы (опять же - с устранением избыточно­сти), и, наконец, формируется цифровой информационный поток. Идеология сжатия всех «слоев» сходна, разница - в ме­тодах и в математике.

Первый «слой» (Layer I) был рассчитан на поток скоро­стью 192 кбит/с на канал. Алгоритм его в целом похож на си­стему сжатия звука ATRAC, которая реализована на мини-дис­ках Sony. Разновидность Layer I используется и в устройствах записи цифровых компакт-кассет DCC. Вариант Layer II, пред­назначенный для потоков до 128 кбит/с на канал, был разра­ботан как компромисс между качеством звука, величиной по­тока и сложностью кодера. В нем были, в первую очередь, усовершенствованы гребенчатые фильтры. Этот «слой» весь­ма сходен с известным аудиостандартом MUSICAM. Наиболь­шее применение Layer II нашел в сетях цифрового радиове­щания DAB (Digital Audio Broadcasting).

И, наконец, Layer III исходно был рассчитан на низкоско­ростные сети с потоком до 64 кбит/с на канал. Благодаря уси­лиям до того малоизвестного немецкого института информа­ционных технологий имени Фраунгофера (US Fraunhofer) в 1998 г. был осуществлен почти революционный прорыв. Усовер­шенствование математики в части алгоритма преобразова­ния Фурье и механизмов упаковки спектральных коэффици­ентов позволили сохранить «CD-качество» звука при низкой скорости потока. Естественно, такое достижение потребова­ло больших вычислительных ресурсов, но производительно­сти современных компьютеров к этому моменту уже хватало и на это. В результате появился формат сжатия аудиоинфор­мации МРЗ (полное его название - MPEG Audio Layer III, не путать с MPEG-3), ко­торый начал вполне самостоятельную жизнь. Тот же институт Фраунгофера выпустил первый аппаратный кодер, работаю­щий в реальном времени. За этим шагом последовали другие (МРЗ-Рго). Сегодня миниатюрные МРЗ-плейеры и диктофо­ны с флэш-картами разных мастей знакомы многим. Любой пользователь Интернета знает о распространении сжатого звука через сеть, знает о серверах, набитых музыкой в форма­те МРЗ.

4.3.4. Запись сжатой информации и флэш-карты. Цифровая запись музыки требует зна­чительного объема носителя инфор­мации по сравнению с обычным тек­стом. К примеру, для записи музыкаль­ного фрагмента продолжительностью всего в одну секунду необходимо не­сколько сотен килобайт. На обычной компьютерной гибкой дискете умеща­ется информация, содержащая всего лишь 20 секунд музыки. В обычных компакт-дисках (CD), как правило, не применяется компрессия данных, поэ­тому на CD диаметром 12 см можно записать чуть более 76 минут музы­кальной информации. Для записи ана­логичного объема информации мини­-диски (MD) диаметром 6,4 см нужда­ются в компрессии данных. В мини-­дисках применяется алгоритм ком­прессии данных, называемый ATRAC (Adaptive Transform Acoustic Coding).

Только при использовании технологии компрессии, исключающей излиш­нюю информацию и значительно сни­жающей объем информации, достига­ется возможность записи данных на миниатюрную флэш-карту памяти в полупроводниковой аудиоаппаратуре.

Информация, не столь важ­ная для качества звучания, в процессе компрессии данных устраняется. Сис­темы компрессии данных, применяе­мые при кодировании музыкальной информации, используют самые раз­личные степени компрессии и преоб­разования, что объясняет существен­ную разницу в качестве звучания. Во­обще говоря, чем выше степень ком­прессии и чем более продолжительно время записи, тем больше предпосы­лок для того, что произойдет какая-то потеря качества звучания.

Итак, если важна продолжитель­ность, то выбирают высокую степень компрессии, а если качество записи – низкую.

Флэш-память, применяемая для записи музыки, – это энергонезависи­мая память,на которой запись, вос­произведение и стирание информа­ции осуществляется электрически. Та­кое записывающее устройство обеспе­чивает возможность сохранять запи­санную информацию даже после отключения питания. Кроме того, в процессе записи и воспроизведения музыки флэш-карты не вращаются и вообще остаются неподвижными. Это означает, что в полу-проводниковых аудиопроигрывателях, в отличие от АМФ, CD- и MD-проигрывателей, а также в отличие от жест­кого диска персональных компьюте-ров нет необходимости в двигателях и механических приводах.

Сегодня конкуренция за лидерство в области цифрового аудио обостряет­ся. Реально за рынок сжатого аудио борются две карточки: Memory Stick и SD. Фирма Sony анонсировала первую версию своей Memory Stick в 1998 го­ду. При этом ее применение не огра­ничивается только областью звука: уже с самого начала она рассматрива­лась как IC-носитель AV-информации для целого ряда аппаратов. По оценке экспертов на японском рынке доля этой флэш-кар­ты составляет около 20% и она имеет устойчивую тенденцию роста. Memory Stick используется в цифровых фото­камерах, персональных компьютерах, цифровых камкордерах, портативной и стационарной звуковоспроизводя­щей аппаратуре, электронных органайзерах, мобильных телефонах, ав­томобильных навигационных систе­мах и т.д. Sony планирует разра­ботать в 2002-2003 годах карты емко­стью 258 МБ, 512 МБ и 1 ГБ. Габариты Memory Stick в момент ее разработки казались очень маленькими, но сегод­ня она проигрывает по этому показа­телю уже нескольким другим картам. Поэтому, ориентируясь на еще более миниатюрные аппараты, Sony плани­рует выпустить во втором полугодии Memory Stick Duo. Эта карточка в два раза короче, чем оригинал, а для сов­местимости с уже существующей ап­паратурой используется механиче­ский переходник, равный по разме­рам Memory Stick.

Второй формат Secure Digital (SD) Memory – плод совместной разработ­ки фирм Toshiba, Matsushita и San-Disk – меньше и обладает улучшен­ной системой защиты от несанкцио­нированного копирования музыкаль­ного и видеоконтента. Карта соответ­ствует требованиям спецификации SMDI для компактных носителей. Первые изделия с использованием SD-карт появились в 2000 году.

Kарты емкостью 256 и 512 МБ были выпущены к концу 2000 года, в 2001 году выпущены SD-карты с емкостью памяти 1 ГБ. Затем каждый год ожидается удвоение их емкости, так в 2004 году возможно появление карт емкостью уже 4 ГБ.

Отметим также, что изготовители и SD-карт, и Memory Stick уже сообщили о разработке соответствующих версий, совместимых с технологией Bluetooth – беспроводным цифровым интерфейсом ограниченной дальности, очень удобным для бытовых и офисных приложений.

Дата добавления: 2014-01-06