6. Кодирование звуковой информации

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 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 в кодировании звуковой информации.

Метод FM (Frequency Modulation) основан на том, что теоретически любой сложный звук можно представить в виде суммы простейших гармонических колебаний разных частот. Каждое из этих колебаний представляет собой синусоиду, следовательно, может быть описано числовыми параметрами, то есть кодом. В природе звуковые колебания имеют непрерывный спектр, то есть звуковые сигналы в природе являются аналоговыми. Разложение этих сигналов в гармонические ряды и представление в виде дискретных цифровых сигналов выполняют специальные устройства – аналого-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 методом FM обычно получается не вполне удовлетворительным и соответствует качеству звучания простейших электромузыкальных инструментов. В то же время данный метод кодирования обеспечивает весьма компактный код, и поэтому он применялся еще в 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 в заранее подготовленных таблицах хранятся образцы звуков для множества различных музыкальных инструментов (и не только для них). Такие образцы звуков 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 таблично-волнового синтеза, получается очень высоким и приближается к качеству звучания реальных музыкальных инструментов.

Лекция 9. Системы счисления. Представление чисел в различных системах счисления. Часть 1

1. Системы счисления

2. Десятичная система счисления

3. Двоичная система счисления

4. 8- и 16-ричная системы счисления

5. Смешанные системы счисления

6. Понятие экономичности системы счисления

Одним из основных направлений применения компьютеров были и остаются разнообразные вычисления. Обработка числовой информации ведется и при решении задач, на первый взгляд, не связанных с какими-то расчетами, например, при использовании компьютерной графики или звука. В связи с этим встает вопрос о выборе оптимального представления чисел в компьютере.

Безусловно, можно было бы использовать 8-битное (байтовое) кодирование отдельных цифр, а из них составлять числа. Однако такое кодирование не будет оптимальным, что легко увидеть из следующего простого примера. Пусть имеется двузначное число «13»; при 8-битном кодировании отдельных цифр в кодах ASCIIего представление выглядит следующим образом: 00110001 00110011, то есть код имеет длину 16 бит; если же воспользоваться представлением числа 13 в двоичнной системе счисления, то получим 4-битную цепочку: 1101.

Важно, что представление чисел определяет не только способ записи данных (букв или чисел), но и допустимый набор операций над ними. В частности, буквы могут быть только помещены в некоторую последовательность (или исключены из нее) без изменения их самих. Над числами же возможны операции, изменяющие само число (например, извлечение корня или сложение с другим числом).

Представление чисел в компьютере имеет следующие особенности:

• числа записываются в двоичной системе счисления (в отличие от привычной десятичной);

• для записи и обработки чисел отводится конечное количество разрядов (в «некомпьютерной» арифметике такое ограничение отсутствует)

Следствия, к которым приводят эти особенности, и будут нами рассмотрены далее.