Кодирование звуковой информации. Приемы и методы работы со звуковой информацией пришли в вычислительную технику наиболее поздно

Приемы и методы работы со звуковой информацией пришли в вычислительную технику наиболее поздно. К тому же, в отличие от числовых, текстовых и графических данных, у звукозаписей не было столь же длительной и проверенной истории кодирования. В итоге методы кодирования звуковой информации двоичным кодом далеки от стандартизации. Множество отдельных компаний разработали свои корпоративные стандарты, но если говорить обобщенно, то можно выделить два основных направления.

Метод FM (Frequency Modulation)основан на том, что теоретически любой сложный звук можно разложить на последовательность простейших гармонических сигналов разных частот, каждый из которых представляет собой правильную синусоиду, а, следовательно, может быть описан числовыми параметрами, то есть кодом. В природе звуковые сигналы имеют непрерывный спектр, то есть являются аналоговыми. Их разложение в гармонические ряды и представление в виде дискретных цифровых сигналов выполняют специальные устройства – аналогово-цифровые преобразователи (АЦП).

Обратное преобразование для воспроизведения звука, закодированного числовым кодом, выполняют цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП). При таких преобразованиях неизбежны потери информации, связанные с методом кодирования, поэтому качество звукозаписи обычно получается не вполне удовлетворительным и соответствует качеству звучания простейших электромузыкальных инструментов с окрасом, характерным для электронной музыки. В то же время, данный метод кодирования обеспечивает весьма компактный код, и потому он нашел применение еще в те годы, когда ресурсы средств вычислительной техники были явно недостаточны.

Метод таблично-волнового (Wave-Table)синтеза лучше соответствует современному уровню развития техники. Если говорить упрощенно, то можно сказать, что где-то в заранее подготовленных таблицах хранятся образцы звуков для множества различных музыкальных инструментов (хотя не только для них). В технике такие образцы называют сэмплами. Числовые коды выражают тип инструмента, номер его модели, высоту тона, продолжительность и интенсивность звука, динамику его изменения, некоторые параметры среды, в которой происходит звучание, а также прочие параметры, характеризующие особенности звука. Поскольку в качестве образцов используются «реальные» звуки, то качество звука, полученного в результате синтеза, получается очень высоким и приближается к качеству звучания реальных музыкальных инструментов.

Как и в случае с графическими данными (глубина цвета или интенсивность цвета), глубина звука (уровень громкости) представляется определенным количеством бит (8, 16). Кроме того, ещё одной характеристикой при кодировании звука является частота дискретизации непрерывного аналогового сигнала (8; 11,025; 12; 16; 20; 22,05; 24; 32; 44,1; 48 кГц). Человек может воспринимать звуковые колебания в частотном диапазоне примерно 20 Гц – 20 кГц. Поэтому для качественного воспроизведения звука достаточной является частота дискретизации 48 кГц.

Таким образом, например, для хранения 5-минутной аудиозаписи CD-качества (частота дискретизации – 48 кГц, глубина звука – 16 бит, режим – стерео) необходимый объем памяти составит:

48.000 Гц´16 бит´2 канала´300 с = 460.800.000 бит = 57.600.000 байт = 56.250 Кбайт =

= 55 Мбайт.

Тема 1.5 Основные понятия алгебры логики

Алгебра логики – это раздел математики, изучающий высказывания, рассматриваемые со стороны их логических значений (истинности или ложности) и логических операций над ними. Алгебра логики является теоретической основой построения электронных вычислительных машин и цифровых устройств. Логические двоичные функции получили название булевых по имени английского математика XIX в. Дж. Буля.