Дитеринг

Дитеринг

Дитерингом называют процесс подмешивания шума с целью оптимизации качества звучания цифрового аудио сигнала, как это не парадоксально звучит. Эта операция способствует снижению уровня искажений, возникающих в результате ограниченного количества доступных дискретных значений в процессе квантования аналогового сигнала.

Дитеринг_1

Дитеринг при записи

Для того, чтобы продемонстрировать этот эффект, представим сигнал, уровень которого ниже уровня LSB системы, то есть ниже порога срабатывания (более подробно об этом в статье оо основах бинарной системы) . В таком случае, сигнал просто будет проигнорирован системой, в результате неспособности интерпритировать столь низкий уровень.

Дитеринг_2

Теперь представим тот же сигнал, но только с подмешанным к ниму псевдослучайным шумом. Амплитуда шума, суммированная с амплитудой сигнала, в результате дают сигнал (сигнал + шум) с уровнем больше, чем LSB, что заставляет систему реагировать на этот сигнал. То есть, другими словами, с помошью подмешивания к сигналу шума, стало возможным записать сигнал, который ранее было бы невозможно записать.

Дитеринг_3

Таким образом, грамотное использование дитера позволяет кодировать сигналы, уровень которых ниже - 96 dB (16 bit). Данный эффект не может быть достигнут посредствам подмешивания шума после процесса дигитации, что означает, что дитеринг должен быть применен в процессе записи.

Вы спросите, и вполне оправданно, какой толк от сигнала с шумом? Психоакустические исследования показывают, что

Дитеринг и шум

Кроме того, для достижения оптимальных результатов используются различные алгоритмы генерации шума, способные эффективно маскировать его присутствие. Часть из них основана на нелинеарности слуха, то есть основаную энергию шума распределяют в области пониженной чувствительности ( 18 - 20 KHz), не говоря уже о неспособности многих электроакустических систем корректно воспроизводить данный диапазон.

При этом, чисто технически это приводит к снижению показателя сигнал/шум, что на первый взгляд разумеется имеет скорее негативный эффект. Использование дитера отбирает примерно 5 dB, но способно увеличить субъективно воспринимаемый динамический диапазон на 15 - 20 dB! Звучит пародоксально, но факт.

Все, что вы прочитали до сих пор является абсолютной правдой, однако справедливости ради следует отметить, что в настоящее время дитеринг при записи больше не используется. На это есть две основные причины:

1) возможность использования высокой разрядности, например 24-бит, что обеспечивает шаг квантования, достаточный для регистрации даже самых низких уровней аналогового аудио сигнала.

2) уровень собственных шумов абсолютного больсшинства аналоговых приборов находится выше уровня LSB современных АЦП и поэтому вполне может выступать в роле дитеринга.

Дитеринг при понижении разрядности

При понижении разрядности, например с 24 bit до 16 bit, происходит процесс, называемый транкэйтинг (truncating), сущность которого заключается в отбрасывании “лишних” младших битов в каждом цифровом слове. При этом теряется часть информации, имеющая низкий уровень, который был представлен этими самыми битами. Это особенно сказывается на фоновых шумах, хвостах реверберации и тому подобных сигналах, имеющих очень низкий уровень, но несущих слушателю важную информацию, касательно точной локализации источников и акустических свойств помещения. Чтобы избежать подобные явления, при понижении разряднсоти необходимо использовать дитеринг, то есть подмешивать  к сигналу псевдослучайный шум.

дитеринг3

Вы можете представить себе этот процесс следующим образом. Псокольку информация, закодированное с помощью восьми младших бит в 24-х битном сигнале, содержит аудио исключительно низкого уровня, его следует каким-то образом повысить, так чтобы он как минимум достигал уровня порога срабатывания 16-ти битной системы. Иначе эти сигналы будут просто напросто утеряны. Подмешав к восьми младшим битам некоторую долю шума, так, чтобы общий уровень (полезный сигнал + шум) превышал уровень порога срабатывания 16-ти битной системы (-96 dBFS), можно сохранить эту полезную информацию, хоть и с некоторой долей шума. Это конечно своего рода компромисс, но в данном случае это того стоит.

Дитеринг эффект

Существуют различные алгоритмы генерации шума. Одни из них больше подойдут для одного материала, другие для другого. Слушайте и анализируйте. Но в любом случае, применение дитера может очень эффективно избавить сигнал от искажений и грануляционного шума, являющихся результатом понижения разрядности. Представьте, что вам нужно уместить что-то с объемом 1.5 X  в объем X. Практически, это не представляется возможным. Однако грамотное использование вышеописанной техники может помочь преодолеть ограничения, связанные с длинной цифрового слова и динамическим диапазоном, продиктованным ею.

Однако, при всех плюсах и преимуществах использования дитеринга, не стоит забывать, что это влияет на отношение сигнал/шум, и не самым лучшим образом. Поэтому дитеринг должен применятся только один раз. Это означает, что стоит работать с максимально возможной разрядностью до конечных этапов проекта и произвести понижение до необходимой длинны слова лишь в конце и единыжды!

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

  • Аудио кодеки
    Кодеки сыграли в свое время если не ключевую, то очень существенную роль в дальнейщим развитии технологий в области цифрового звука....
  • 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...
  • Бинарная система
    Аналоговый сигнал представляет собой непрерывный сигнал, который теоретически может принимать бесконечное количество значений, поскольку, как известно, на непрерывной линии можно...
  • Aлиасинг и теорема Найквиста (Котельникова)
    Теорема Найквиста (известная также как теорема Котельникова) утверждает, что для корректной передачи и последующего воспроизведения всего спектра частот, содержащегося в...


No Comments Yet.

Leave a comment