zvučni
Odnosi se na zvučne valove s frekvencijom zvuka između 20 Hz i 20 kHz koje može čuti ljudsko uho.
Ako računalu dodate odgovarajuću zvučnu karticu - zvučnu karticu koju često govorimo, možemo snimiti sve zvukove, a akustičke karakteristike zvuka, poput razine zvuka, mogu se pohraniti kao datoteke na tvrdom računalu disk. Suprotno tome, također možemo koristiti određeni audio program za reprodukciju pohranjene audio datoteke za vraćanje prethodno snimljenog zvuka.
1 Format audio datoteke
Format audio datoteke posebno se odnosi na format datoteke koja pohranjuje audio podatke. Postoji mnogo različitih formata.
Općenita metoda dobivanja audio podataka je uzorkovanje (kvantiziranje) audio napona u određenom vremenskom intervalu i pohranjivanje rezultata u određenoj razlučivosti (na primjer, svaki uzorak CDDA ima 16 bita ili 2 bajta). Interval uzorkovanja može imati različite standarde. Na primjer, CDDA koristi 44,100 puta u sekundi; DVD koristi 48,000 ili 96,000 puta u sekundi. Stoga su [brzina uzorkovanja], [razlučivost] i broj [kanala] (na primjer, 2 kanala za stereo) ključni parametri formata audio datoteke.
1.1 Gubitak i gubitak
Prema procesu proizvodnje digitalnog zvuka, audio kodiranje može biti samo beskrajno blizu prirodnih signala. Barem trenutna tehnologija to može samo učiniti. Bilo koja shema digitalnog audio kodiranja ima gubitke jer se ne može u potpunosti obnoviti. U računalnim aplikacijama najviši stupanj vjernosti je PCM kodiranje, koje se široko koristi za očuvanje materijala i uvažavanje glazbe. Koristi se na CD-ima, DVD-ima i našim uobičajenim WAV datotekama. Stoga je PCM konvencionalno postao kodiranje bez gubitaka, jer PCM predstavlja najbolju razinu vjernosti u digitalnom zvuku.
Postoje dvije glavne vrste formata audio datoteka:
Formati bez gubitaka, poput WAV, PCM, TTA, FLAC, AU, APE, TAK, WavPack (WV)
Formati gubljenja, poput MP3, Windows Media Audio (WMA), Ogg Vorbis (OGG), AAC
Uvod 2 parametra
2.1 Stopa uzorkovanja
Odnosi se na broj uzoraka zvuka dobivenih u sekundi. Zvuk je zapravo vrsta energetskog vala, pa ima i karakteristike frekvencije i amplitude. Frekvencija odgovara vremenskoj osi, a amplituda osi razine. Val je beskrajno gladak i može se smatrati da se žica sastoji od bezbroj točaka. Budući da je prostor za pohranu relativno ograničen, točke niza moraju se uzorkovati tijekom postupka digitalnog kodiranja.
Postupak uzorkovanja je izdvajanje vrijednosti frekvencije određene točke. Očito je da što se više točaka izvuče u jednoj sekundi, dobiva se više informacija o frekvenciji. Da bi se vratio valni oblik, što je veća frekvencija uzorkovanja, to je bolja kvaliteta zvuka. Što je obnova stvarnija, ali istodobno zauzima više resursa. Zbog ograničene rezolucije ljudskog uha ne može se razlikovati previsoka frekvencija. Uobičajeno se koristi frekvencija uzorkovanja od 22050, 44100 je već kvaliteta zvuka CD-a, a uzorkovanje preko 48,000 96,000 ili 24 XNUMX više nije značajno za ljudsko uho. To je slično kao i XNUMX kadra u sekundi u filmovima. Ako je stereo, uzorak se udvostručuje, a datoteka gotovo udvostručuje.
Prema Nyquistovoj teoriji uzorkovanja, kako bi se osiguralo da zvuk nije iskrivljen, frekvencija uzorkovanja trebala bi biti oko 40 kHz. Ne trebamo znati kako je nastao ovaj teorem. Moramo samo znati da nam ovaj teorem govori da, ako želimo točno snimiti signal, naša frekvencija uzorkovanja mora biti veća ili jednaka dvostrukoj maksimalnoj frekvenciji audio signala. Zapamtite, to je maksimalna učestalost.
U području digitalnog zvuka, najčešće korištene brzine uzorkovanja su:
8000 Hz - stopa uzorkovanja koju koristi telefon, što je dovoljno za ljudski govor
Stopu uzorkovanja od 11025 Hz koju koristi telefon
Stopa uzorkovanja od 22050 Hz koja se koristi u radiodifuziji
32000 Hz - brzina uzorkovanja za miniDV digitalnu video kameru, DAT (LP način)
44100 Hz-Audio CD, također često korišten kao stopa uzorkovanja za MPEG-1 audio (VCD, SVCD, MP3)
Stopa uzorkovanja od 47250 Hz koju koriste komercijalni PCM snimači
48000 Hz - brzina uzorkovanja za digitalni zvuk koji se koristi u miniDV, digitalnom TV-u, DVD-u, DAT-u, filmovima i profesionalnom zvuku
Stopa uzorkovanja od 50000 Hz koju koriste komercijalni digitalni snimači
96000 Hz ili 192000 Hz - brzina uzorkovanja koja se koristi za DVD-Audio, neke LPCM DVD audio zapise, BD-ROM (Blu-ray Disc) audio zapise i HD-DVD (High Definition DVD) audio zapise
2.2 Broj bitova za uzorkovanje
Broj bitova uzorkovanja naziva se i veličina uzorkovanja ili broj bitova kvantizacije. To je parametar koji se koristi za mjerenje fluktuacije zvuka, odnosno razlučivosti zvučne kartice ili se može razumjeti kao razlučivost zvučne kartice koju obrađuje zvučna kartica. Što je vrijednost veća, razlučivost je veća i zvuk je realističniji snimljen i reproduciran. Bit zvučne kartice odnosi se na binarne znamenke digitalnog zvučnog signala koje zvučna kartica koristi prilikom prikupljanja i reprodukcije zvučnih datoteka. Bit zvučne kartice objektivno odražava točnost opisa digitalnog zvučnog signala ulaznog zvučnog signala. Uobičajene zvučne kartice uglavnom su 8-bitne i 16-bitne. Danas su svi glavni proizvodi na tržištu 16-bitne i veće zvučne kartice.
Svaki uzorkovani podatak bilježi amplitudu, a točnost uzorkovanja ovisi o broju bitova uzorkovanja:
1 bajt (odnosno 8-bitni) može zabilježiti samo 256 brojeva, što znači da se amplituda može podijeliti samo na 256 razina;
2 bajta (to jest 16-bitna) mogu biti manje od 65536, što je već CD standard;
4 bajta (odnosno 32-bitna) mogu podijeliti amplitudu na 4294967296 razina, što je stvarno nepotrebno.
2.3 Broj kanala
Odnosno, broj zvučnih kanala. Uobičajeni mono i stereo (dvokanalni) sada su se razvili u četiri zvuka (četverokanalni) i 5.1 kanala.
2.3.1 majmun
Mono je relativno primitivan oblik reprodukcije zvuka, a rane zvučne kartice koristile su ga češće. Mono zvuk može se zvučati samo jednim zvučnikom, a neki se također obrađuju u dva zvučnika za izlaz istog zvučnog kanala. Kada se monofonske informacije reproduciraju kroz dva zvučnika, jasno možemo osjetiti da zvuk dolazi iz dva zvučnika. Nemoguće je odrediti točno mjesto izvora zvuka koji se na naše uši prenosi iz sredine zvučnika.
2.3.2 stereo
Binauralni kanali imaju dva zvučna kanala. Načelo je da kad ljudi čuju zvuk, mogu prosuđivati specifičan položaj izvora zvuka na temelju fazne razlike između lijevog i desnog uha. Zvuk se tijekom postupka snimanja dodjeljuje na dva neovisna kanala kako bi se postigao dobar efekt lokalizacije zvuka. Ova je tehnika osobito korisna u cijenjenju glazbe. Slušatelj može jasno razlikovati smjer iz kojeg dolaze različiti instrumenti, što glazbu čini maštovitijom i bližim iskustvu na licu mjesta.
Trenutno se najčešće koriste dva glasa. U karaokama je jedno za puštanje glazbe, a drugo za glas pjevača; u VCD-u, jedna je sinkronizacija na mandarinskom, a druga na kantonskom.
2.3.3 Četverotonski surround
Četverokanalni surround definira četiri zvučne točke, prednju lijevu, prednju desnu, stražnju lijevu i stražnju desnu, a publika je okružena njima. Također se preporučuje dodavanje subwoofera kako bi se ojačala obrada reprodukcije niskofrekventnih signala (to je razlog zašto su 4.1-kanalni zvučnički sustavi danas široko popularni). Što se tiče ukupnog učinka, četverokanalni sustav može slušateljima donijeti surround zvuk iz više različitih smjerova, može steći slušno iskustvo boravka u različitim okruženjima i pružiti korisnicima potpuno novo iskustvo. Danas je četverokanalna tehnologija široko integrirana u dizajn različitih zvučnih kartica srednje i visoke klase, postajući glavni trend budućeg razvoja.
2.3.4 5.1 kanal
5.1 kanali su naširoko korišteni u raznim tradicionalnim i kućnim kinima. Neki od poznatijih formata kompresije zvučnog zapisa, poput Dolby AC-3 (Dolby Digital), DTS itd., Temelje se na 5.1 zvučnom sustavu. Kanal ".1" je posebno dizajnirani subwoofer kanal koji može proizvesti subwoofere u rasponu frekvencijskog odziva od 20 do 120 Hz. Zapravo, 5.1 zvučni sustav dolazi iz 4.1 surrounda, razlika je u tome što dodaje središnju jedinicu. Ova središnja jedinica odgovorna je za prijenos zvučnog signala ispod 80Hz, što je korisno za jačanje ljudskog glasa prilikom gledanja filma i koncentriranje dijaloga u sredini cijelog zvučnog polja kako bi se povećao ukupni efekt.
Trenutno su mnogi internetski playeri glazbe, poput QQ Music, osigurali 5.1-kanalnu glazbu za probno slušanje i preuzimanje.
2.4 okvir
Koncept audio okvira nije tako jasan kao video okviri. Gotovo svi formati kodiranja videozapisa mogu jednostavno zamisliti okvir kao kodiranu sliku. Međutim, audio okvir povezan je s formatom kodiranja, koji provodi svaki standard kodiranja.
Na primjer, u slučaju PCM (nekodirani audio podaci), uopće mu nije potreban koncept okvira, a može se reproducirati prema brzini uzorkovanja i točnosti uzorkovanja. Na primjer, za dvostruki zvuk s brzinom uzorkovanja od 44.1 kHZ i točnošću uzorkovanja od 16 bita, možete izračunati da je brzina prijenosa 44100162bps, a audio podaci u sekundi fiksnih 44100162/8 bajtova.
Amr okvir je relativno jednostavan. Propisuje da je svakih 20 ms zvuka okvir, a svaki okvir zvuka je neovisan i moguće je koristiti različite algoritme kodiranja i različite parametre kodiranja.
Mp3 okvir je malo složeniji i sadrži više informacija, poput brzine uzorkovanja, brzine prijenosa i raznih parametara.
2.5 ciklusa
Broj okvira koji je potreban audio uređaju za obradu odjednom, te pristup podacima audio uređaja i pohrana audio podataka temelje se na ovoj jedinici.
2.6 Isprepleteni način
Način pohrane digitalnog audio signala. Podaci se pohranjuju u kontinuirane okvire, odnosno prvo se snimaju uzorci lijevog i desnog kanala okvira 1, a zatim započinje snimanje okvira 2.
2.7 Neprepleteni način rada
Prvo snimite uzorke lijevog kanala svih okvira u razdoblju, a zatim snimite sve uzorke desnog kanala.
2.8 Bit rate (brzina prijenosa)
Brzina prijenosa naziva se i brzina prijenosa, koja se odnosi na količinu podataka koju glazba reproducira u sekundi. Jedinica se izražava bitom, što je binarni bit. bps je brzina prijenosa. b je bit (bit), s je drugo (drugo), p je svako (po), jedan bajt je ekvivalentan 8 binarnim bitovima. To će reći, veličina datoteke 4-minutne pjesme od 128bps izračunava se ovako (128/8) 460 = 3840kB = 3.8MB, 1B (Byte) = 8b (bit), općenito je mp3 koristan na oko 128 bit stopa, a vjerojatno je Veličina je oko 3-4 BM.
U računalnim aplikacijama najviša razina vjernosti je PCM kodiranje, koje se široko koristi za očuvanje materijala i uvažavanje glazbe. Koriste se CD-ovi, DVD-ovi i naše uobičajene WAV datoteke. Stoga je PCM konvencionalno postao kodiranje bez gubitaka, jer PCM predstavlja najbolju razinu vjernosti u digitalnom zvuku. To ne znači da PCM može osigurati apsolutnu vjernost signala. PCM može postići samo maksimalnu beskonačnu blizinu.
Izračun brzine prijenosa PCM audio toka vrlo je lak zadatak, vrijednost brzine uzorkovanja × vrijednost veličine uzorkovanja × broj kanala u sekundi. WAV datoteka s brzinom uzorkovanja od 44.1 KHz, veličinom uzorkovanja od 16 bita i dvokanalnim PCM kodiranjem, brzina prijenosa podataka iznosi 44.1 K × 16 × 2 = 1411.2 Kbps. Naš uobičajeni audio CD koristi PCM kodiranje, a kapacitet CD-a može sadržavati samo 72 minute glazbenih podataka.
Dvokanalni PCM kodirani audio signal zahtijeva 176.4 KB prostora u 1 sekundi i oko 10.34 M u 1 minuti. To je neprihvatljivo za većinu korisnika, posebno onih koji vole slušati glazbu na računalu. Zauzetost diska, postoje samo dvije metode, indeks smanjenja uzorka ili kompresija. Nije preporučljivo smanjivati indeks uzorkovanja, pa su stručnjaci razvili različite sheme kompresije. Najoriginalniji su DPCM, ADPCM, a najpoznatiji je MP3. Stoga je brzina koda nakon kompresije podataka mnogo niža od izvorne šifre.
2.9 Primjer izračuna
Na primjer, duljina datoteke "Windows XP startup.wav" iznosi 424,644 bajta, što je u formatu "22050HZ / 16bit / stereo".
Tada je njegova brzina prijenosa u sekundi (brzina prijenosa, koja se naziva i brzina prijenosa, brzina uzorkovanja) 22050162 = 705600 (bps), pretvorena u bajtnu jedinicu je 705600/8 = 88200 (bajtova u sekundi), vrijeme reprodukcije: 424644 (ukupno bajtova) / 88200 (bajtova u sekundi) ≈ 4.8145578 (sekundi).
Ali ovo nije dovoljno točno. Datoteka WAVE (* .wav) u standardnom PCM formatu ima najmanje 42 bajta podataka zaglavlja, koje treba ukloniti prilikom izračunavanja vremena reprodukcije, tako da postoji: (424644-42) / (22050162/8) ≈ 4.8140816 ( sekunde). Ovo je točnije.
3 PCM audio kodiranje
PCM je kratica za impulsnu modulaciju. U PCM procesu ulazni analogni signal uzorkuje se, kvantizira i kodira, a binarno kodirani broj predstavlja amplitudu analognog signala; prijemni kraj zatim vraća ove kodove na izvorni analogni signal. Odnosno, A / D pretvorba digitalnog zvuka uključuje tri procesa: uzorkovanje, kvantiziranje i kodiranje.
Stopa usvajanja glasovnog PCM-a je 8kHz, a broj bitova uzorkovanja 8bit, tako da je brzina koda glasovno digitalno kodiranog signala 8bit × 8kHz = 64kbps = 8KB / s.
3.1 Principi audio kodiranja
Svatko tko ima određene elektroničke temelje zna da je audio signal koji sakuplja senzor analogna veličina, ali ono što koristimo u stvarnom procesu prijenosa je digitalna veličina. A to uključuje postupak pretvaranja analognog u digitalni. Analogni signal mora proći kroz tri procesa, naime uzorkovanje, kvantiziranje i kodiranje, da bi se ostvarila tehnologija modulacije impulsnog koda (PCM, modulacija impulsnog kodiranja) digitalizacije glasa.
Proces pretvorbe
3.1.1 Uzorkovanje
Uzorkovanje je postupak izdvajanja uzoraka (brzina uzorkovanja) iz analognog signala na frekvenciji koja je više od 2 puta veća od širine pojasa signala (Lequist Sampling Theorem) i pretvaranje u diskretni signal za uzorkovanje na vremenskoj osi.
Brzina uzorkovanja: Broj uzoraka izvađenih iz kontinuiranog signala u sekundi da bi se stvorio diskretni signal, izražen u Hertz (Hz).
uzorak:
Na primjer, brzina uzorkovanja audio signala je 8000Hz.
Može se razumjeti da uzorak na gornjoj slici odgovara krivulji promjene napona s vremenom na slici tijekom 1 sekunde, a zatim donjem 1 2 3 ... 10, jer bi trebalo biti 1-8000 točaka, to jest 1 drugi se podijeli na 8000 dijelova, a zatim ih izvadi zauzvrat Vrijednost napona koja odgovara tom vremenu od 8000 točaka.
3.1.2 Kvantifikacija
Iako je uzorkovani signal diskretni signal na vremenskoj osi, on je i dalje analogni signal i njegova vrijednost uzorka može imati beskonačan broj vrijednosti unutar određenog raspona vrijednosti. Metoda "zaokruživanja" mora se usvojiti za "zaokruživanje" vrijednosti uzorka, tako da se vrijednosti uzorka unutar određenog raspona vrijednosti promijene iz beskonačnog broja vrijednosti u konačan broj vrijednosti. Taj se postupak naziva kvantifikacija.
Broj bitova za uzorkovanje: odnosi se na broj bitova korištenih za opisivanje digitalnog signala.
8 bitova (8 bita) predstavljaju 2 do 8. snage = 256, 16 bita (16 bita) predstavljaju 2 do 16. snage = 65536;
uzorak:
Na primjer, raspon napona koji sakuplja audio senzor je 0-3.3 V, a broj uzorkovanja je 8 bit (bit)
Odnosno, 3.3V / 2 ^ 8 = 0.0128 smatramo točnošću kvantizacije.
Podijelimo 3.3 v na 0.0128 kao koračnu os Y, kao što je prikazano na slici 3, 1 2 ... 8 postaje 0 0.0128 0.0256 ... 3.3 V
Na primjer, vrijednost napona točke uzorkovanja je 1.652 V (između 1280.128 i 1290.128). Zaokružujemo ga na 1.65 V i odgovarajuća razina kvantizacije je 128.
3.1.3 Kodiranje
Kvantizirani signal uzorkovanja pretvara se u niz decimalnih tokova digitalnih kodova raspoređenih prema slijedu uzorkovanja, odnosno decimalnom digitalnom signalu. Jednostavan i učinkovit podatkovni sustav je sustav binarnog koda. Stoga bi se decimalni digitalni kod trebao pretvoriti u binarni kôd. Prema ukupnom broju decimalnih digitalnih kodova može se odrediti broj bitova potreban za binarno kodiranje, odnosno duljinu riječi (broj bitova za uzorkovanje). Taj se postupak pretvaranja kvantiziranog uzorka signala u binarni tok koda zadane duljine riječi naziva kodiranjem.
uzorak:
Tada gornjih 1.65 V odgovara razini kvantizacije od 128. Odgovarajući binarni sustav je 10000000. Odnosno, rezultat kodiranja točke uzorkovanja je 10000000. Naravno, ovo je metoda kodiranja koja ne uzima u obzir pozitivne i negativne vrijednosti , a postoje mnoge vrste metoda kodiranja koje zahtijevaju specifičnu analizu određenih problema. (PCM kodiranje audio formata je A-law 13 polyline encoding)
3.2 PCM audio kodiranje
PCM signal nije prošao nikakvo kodiranje i kompresiju (kompresija bez gubitaka). U usporedbi s analognim signalima, na njega ne može lako utjecati nered i izobličenja prijenosnog sustava. Dinamički raspon je širok, a kvaliteta zvuka prilično dobra.
3.2.1 PCM kodiranje
Kodirano kodiranje je A-zakon 13 polilinijsko kodiranje.
Pojedinosti potražite u: PCM kodiranje glasa
3.2.2 kanala
Kanali se mogu podijeliti na mono i stereo (dvokanalni).
Svaka vrijednost uzorka PCM sadržana je u cijelom broju i, a duljina i je minimalni broj bajtova potreban za smještaj navedene duljine uzorka.
Veličina uzorka Format podataka Minimalna vrijednost Maksimalna vrijednost
8-bitni PCM nepotpisan int 0 225
16-bitni PCM int -32767 32767
Za mono zvučne datoteke podaci uzorkovanja su 8-bitni kratki cijeli broj (kratki int 00H-FFH), a podaci uzorkovanja pohranjuju se kronološkim redoslijedom.
Dvokanalna stereo zvučna datoteka, svaki podatak o uzorkovanju je 16-bitni cijeli broj (int), gornjih osam bitova (lijevi kanal) i donjih osam bitova (desni kanal) predstavljaju dva kanala, a podaci uzorkovanja su kronološkim redoslijedom Položite zamjenskim redoslijedom.
Isto vrijedi i kada je broj bitova uzorkovanja 16 bita, a pohrana je povezana s redoslijedom bajtova.
PCM format podataka
Svi mrežni protokoli koriste veliki endijski način prijenosa podataka. Stoga se metoda velikog endijana naziva i mrežnim redom bajtova. Kada dva hosta s različitim redoslijedom bajtova komuniciraju, moraju se pretvoriti u mrežni red bajtova prije slanja podataka prije slanja.
4 G.711
Općenito PCM, analogni signal prolazi određenu obradu (poput amplitudske kompresije) prije digitalizacije. Jednom digitaliziran, PCM signal obično se obrađuje dalje (poput digitalne kompresije podataka).
G.711 je standardni algoritam multimedijskog digitalnog signala (kompresija / dekompresija) koji modulira impulsni kod iz ITU-T. To je tehnika uzorkovanja za digitalizaciju analognih signala, posebno za audio signale. PCM uzorkuje signal 8000 puta u sekundi, 8KHz; svaki uzorak ima 8 bitova, ukupno 64Kbps (DS0). Postoje dva standarda za kodiranje razina uzorkovanja. Sjeverna Amerika i Japan koriste standard Mu-Law, dok većina drugih zemalja koristi standard A-Law.
A-zakon i u-zakon dvije su metode kodiranja PCM-a. A-law PCM koristi se u Europi i mojoj zemlji, a Mu-law koristi se u Sjevernoj Americi i Japanu. Razlika između ove dvije metode je metoda kvantiziranja. Zakon koristi kvantizaciju od 12 bita, a zakon u kvantizaciji od 13 bita. Učestalost uzorkovanja je 8KHz, a obje su 8-bitne metode kodiranja.
Jednostavno razumijevanje: PCM su izvorni audio podaci koje prikuplja audio oprema. G.711 i AAC dva su različita algoritma koji mogu komprimirati PCM podatke do određenog omjera, štedeći tako propusnost u mrežnom prijenosu.
Naš drugi proizvod:
