Кодирование звука

Кодирование звука

В отличие от графической информации, кодирование звука оказалось довольно-таки простым. С XIX века известны устройства, которые улавливают звуковые волны и преобразуют их в электрический ток. Устройства эти называются микрофонами. Точно такой же непрерывный, по-другому аналоговый, сигнал подается и в звуковые усилители, а затем на динамики — для воспроизведения звука. Задача состоит в том, чтобы придумать способ кодирования с помощью чисел аналогового сигнала, такого:

Для этого достаточно несколько раз (несколько десятков, сотен, тысяч раз) в секунду измерять величину аналогового сигнала и кодировать ее. Фактически мы разбиваем плоскость вертикальными и горизонтальными линиями и приближенно считаем, что график проходит в точности через узлы получившейся сетки, заменяя плавную линию ломаной

Разбиение вертикальными линиями называется дискретизацией (по времени) или оцифровкой аналогового сигнала и характеризуется частотой дискретизации. Важно и разбиение горизонтальными линиями. Чем мельче сетка, тем качественнее мы приблизим результат кодирования к аналоговому сигналу. Заметим, что преобразование аналогового сигнала в цифровой формат всегда сопряжено с некоторым искажением исходного сигнала. Именно поэтому некоторые ценители музыки до сих пор предпочитают компакт-дискам добрые старые пластинки.

Подсчитаем, сколько будет занимать в килобайтах одна минута записи на музыкальном компакт-диске. При 16-битном кодировании сигнала потребуется 2 байта на запись значения напряжения. Поскольку сигнал меряется 44 100 раз в секунду, потребуется 2 х 44 100 = 88 200 байт каждую секунду или примерно 86,1 Кбайта. За минуту это составит 86,1 х 60 = 5166 Кбайт или примерно 5,05 Мбайт. Поскольку сигнал стереофонический, это значение нужно умножить на 2. Проведя еще несколько аналогичных вычислений, получим таблицу 1.2, в которой указано, какой объем будет занимать закодированная таким образом одна минута звуковой информации.

Тип сигнала Частота ^ v. дискретизации	16 бит, стерео	16 бит, моно	8 бит, моно
44,1 КГц	10,1 Мбайт	5,05 Мбайт	2,52 Мбайт
22.05 КГц	5,05 Мбайт	2,52 Мбайт	1,26 Мбайт
11,025 КГц	2,52 Мбайт	1,26 Мбайт	630 Кбайт

Огромный размер получаемых файлов достаточно долгое время был серьезным препятствием для пересылки музыки по электрон ной почте и размещения ее в Интернете. Поэтому было предложено несколько способов их уменьшения. Так, большинство людей не слышат очень высокие звуки, и информацией о таких звуках вполне можно пожертвовать. Кроме того, человек воспринимает звуки с эффектом «послезвучания», т. е. даже после прекращения громкого звука он как бы слышит его. Стало быть, начало тихих звуковых фрагментов, следующих за громкими, тоже можно исключить. И таких ситуаций довольно много.

Следовательно, зная законы восприятия звука человеком, можно сжать информацию, уменьшив размер файла с музыкальной информацией в несколько раз. Конечно, качество музыки после такой операции ухудшится, но, во-первых, для большинства людей это будет практически незаметно, во-вторых, зачастую это единственный способ передавать такие файлы по компьютерным сетям, а в-третьих, вовсе не все равно, сколько музыки можно разместить в памяти музыкального плеера — на один час или на десять! Ради такого можно согласиться и на некоторое ухудшение качества. Наиболее популярными форматами сжатых музыкальных файлов сейчас являются форматы MP3 и WMA. Кстати, большинство цифровых телефонных автоответчиков (о которых мы говорили выше) и цифровых диктофонов как раз обрабатывают звук с целью сжатия информации в памяти.

Прочитать стр. 5-15 и 31-37

⇐ Предыдущая 1 2 34