Цифровое представление сигналов – общие сведения

Цифровое представление сигналов – общие сведения

Я думаю не для кого не секрет, что цифровой звук уже давно вошел в нашу повседневную жизнь. Будь то MP3 плеер или просмотр видео роликов на YouTube, разговор по мобильному телефону или через Skype, различные манипуляции и эффекты или голосовые команды Google, с помощью которых пользователи могут искать интересующую их информацию. Примеров применения не счесть. Даже в криминалистике цифровой звук играет важную роль и помогает проанализировать и узнать важнейшие детали о подозреваемом, месте действия, времени суток, а также подтвердить или опровергнуть подлинность аудио записи. Эта информация может поспособствовать раскрытию преступления и даже возможно перевести подозреваемого в разряд обвиняемых или же наоборот оправдать его. Более подробно о применяемых при этом техниках и методах, вы можете прочесть в статье посвященной этой теме.

Непрерывно развивающиеся цифровые и компьютерные технологии делают все более и более доступными инструменты предназначенные для работы в данной области. Кроме того, цифровой формат стал самой распространенной формой хранения и передачи аудиоинформации. Эти тенденции только подчеркивают важность изучения данной области. Тем более в профессиональной среде, где недопонимание процессов, связанных с преобразованием сигналов, может привести к существенной деградации результата.

В серии статей о цифровом звуке будут рассмотренны технологии и процессы, связанные с цифровым представлением аудио сигналов. Автор постарается не использовать большого количества емких формул и математических выражений, где это возможно, а пользоваться интуитивно понятным языком.

Прежде чем...

Прежде чем приступить к освещению столь обширной и емкой темы, необходимо четко уяснить несколько ключевых моментов:

Цифровой сигнал является формой представления аналогового сигнала.

Это означает, что представить акустический сигнал сразу в цифровой форме не представляется возможным. Для этого, акустический сигнал необходимо прежде представить в аналоговой форме и только после этого станет возможным перевести его в цифровую. Таким образом, качество аналогового сигнала будет самым прямым образом влиять на качество конечного цифрового результата. По этой причине, применение качественного аналогового оборудования, использование симметричных линий, грамотная электроразводка, а также другие шаги, направленные на обеспечение качества аналогового сигнала, имеют критическое значение и не терпят пренебрежения.

Процесс представления аналоговых сигналов в цифровой форме и наоборот производится при помощи аналого-цифровых преобразователей (АЦП) и цифро-аналоговых преобразователей (ЦАП) соответственно. Как правило, они объединены в один прибор, способный производить оба действия. Для этого он должен включать в себя как аналоговые входы и выходы, так и цифровые, чтобы пользователь имел возможность работать с полученным цифровым сигналом - будь то сохранять информацию на цифровых носителях, жесткий диск, например,  или же с целью обработки, передачи и усиления сигнала в сфере живого звука.

Концепция - замер и удержание

Как известно, звуковая волна имеет три основных аспекта, определяющих ее характеристику: амплитуда, частота и фаза. Два последних являются функцией времени, тогда как амплитуда определяет динамический диапазон. Отсюда следует, что для того, чтобы корректно представить звуковой сигнал в какой либо форме, в том числе и цифровой, необходимо записать и передать информацию, касающуюся времени и амплитуды сигнала. То есть, изменения амплитуды как функцию времени.

В упрощенной форме, процесс представления сигнала в цифровой форме связан с замером мгновенных значений амплитуды аналогового сигнала (дискретизация по амплитуде) в определенные и постоянные моменты времени (дискретизация по времени).

Измерянные значения регистрируются в виде набора нулей и единиц (бинарная система). Количество таких нулей и единиц, или длинна цифрового слова (wordlength), доступных для записи одного дискретного замера определяет максимальную разрядность или разрешение (bit depth, resolution).

На  Схеме 1. показан общий принцип действия подобной системы.

digitizing, sampling

 

Грубо говоря весь процесс преобразования аналогового сигнала в цифровую форму можно логически разделить на две фазы, включающие в себя:

Временные аспекты

т.е. связанные со временем, такие как частота дискретизации, передискретизация, стабильность тактового генератора и джиттералиасинг и теорема Котельникова (Найквиста)

Амплитудные аспекты

связанные с динамическим диапазоном или амплитудой, такие как резолюция и разрядность, дискретизация по амплитуде и квантование, ошибки квантования и диттеринг

Вышеперечисленные аспекты играют важную роль в процессе преобразования и поэтому заслуживают детального рассмотрения в отдельных статьях.

 

 

Подпишись на E-mail рассылку

и получи эксклюзивную возможность прочесть краткое руководство на тему "Основы акустики, психоакустики и акустической оптимизации помещений" 

Я никогда и никому не передам и не продам адрес вашей электронной почты. Вы можете отписаться в любое время.

Похожие статьи


No Comments Yet.

Leave a comment