Лекция: ВОПРОС 14

Предстовление звуковых данных

в двоичном коде

Звук — это упругая продольная волна в воздушной среде. Чтобы ее представить в виде, читаемом компьютером, необходимо выполнить следующие преобразования (рис. 1.4.).

Звуковой сигнал преобразовать в электрический аналог звука с помощью микрофона. Электрический аналог получается в непрерывной форме и не пригоден для обработки на цифровом компьютере. Чтобы перевести сигнал в

цифровой код, надо пропустить его через аналого-цифровой преобразователь (АЦП). При воспроизведении происходит обратное преобразование — цифро-аналоговое (через ЦАП). Позже будет показано, что

конструктивно АЦП и ЦАП находятся в звуковой карте компьютера. Во время оцифровки сигнал дискретизируется по времени и по уровню (рис. 1.5.). Дискретизация по времени выполняется

следующим образом: весь период времени Т разбивается на малые интервалы времени At, точками t,, t2,… tn. Предполагается, что в течение интервала At уровень сигнала изменяется незначительно и может с некоторым допущением считаться постоянным. Величина v = 1/At называется частотой дискретизации. Она измеряется в герцах (Гц) — количество измерений в течение секунды.

Дискретизация по уровню называется квантованием и выполняется так: область изменения сигнала от самого малого значения X .min до самого большого значения Хmах разбивается на N равных квантов, промежутков величиной

Каждый квант связывается с его порядковым номером, т.е. целым числом, которое легко может быть представлено в двоичной системе счисления. Если сигнал после дискретизации по времени

(напомним, его принимаем за постоянную величину) попадает в промежуток то ему в соответствие ставится код i. Возникают две задачи: — первая', как часто по времени надо измерять сигнал,

— вторая', с какой точностью надо измерять сигнал, чтобы получить при воспроизведении звук удовлетворительного качества. Ответ на первую задачу дает теорема Найквиста, которая

утверждает, что, если сигнал оцифрован с частотой v, то высшая «слышимая» частота будет не более v/2. Вторая задача решается подбором числа уровней так, чтобы звук не имел высокого уровня шума и

«электронного» оттенка звучания (точнее, это характеризуется уровнем нелинейных искажений). Попутно заметим, что число уровней берется как 2n. Чтобы измерение занимало целое число байт; v

выбирают n = 8 или n = 16, т.е. каждое измерение занимает один или

два байта.

Высокое качество воспроизведения получается в формате лазерного аудиодиска при следующих параметрах оцифровки: частота дискретизации — 44,1 кгц, квантование — 16 бит, т.е. Таким образом, 1 с стереозвука займет 2 байт * 44100байт/с * 2 кан * 1 с = 176 400 байт дисковой памяти. Качество звука при этом получается очень высоким. Для телефонных переговоров удовлетворительное качество

получается при частоте дискретизации 8 кгц и частоте квантования 255 уровней, т.е. 1 байт, при этом 1 с звуковой записи займет на диске 1 байт * 8000 байт/с * 1 с = 8000 байт.