Кодирование звуковой информации

Стандартов на кодирование звуковой информации двоичным кодом нет. Существуют отдельные корпо­ративные стандарты. Способы работы со зву­ком и видео получили название мультимедийных технологий.

Имеется два основных метода кодирования звука.

Метод FM (Frequency Modulation) – метод частотной модуляции. В нем используется разложение сложного звука на последовательность простейших гармонических сигналов разной частоты. Гармонический сигнал представляет собой правильную синусоиду, которую можно описать набором числовых параметров – амплитуды, фазы и ча­стоты.

Преобразование звука в цифровую форму или оцифровывание звука происходит следующим образом. В природе звуковые сигналы являются аналоговыми, т. е. непрерывными. В компьютере непрерывный звуковой сигнал заменяется дискретным и значение параметров, определяющих звуковые характеристики, определяются только в некоторые фиксированные моменты времени. Количество отсчетов сигнала в единицу времени называется частотой дискретизации, которую принимают равной 8, 11, 22 и 44 кГц. Например, частота дискретизации в 22 килогерца означает, что одна секунда непрерывного звучания заменяется набором из двадцати двух тысяч отдельных отсчетов сигнала. Чем выше частота дискретизации, тем лучше качество оцифро­ванного звука.

Качество преобразования звука в цифровую форму определяется также количеством битов памяти, используемых для записи амплитуды, фазы и ча­стоты для одного дискретного значения времени. Этот параметр принято называть разрядностью преобразо­вания. В настоящее время используется разрядность 8 бит 16 или 24 бит.

Аналогово-цифровые преобразова­тели (АЦП) выполняют разложение аналоговых сигналов в гармонические ряды, которые кодируются в виде дискретных цифровых сигналов. 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.

Используются следующие форматы кодирования звука.

Формат WAV (от WAVeform-audio — волно­вая форма аудио) кодирования звука. Получить запись звука в этом формате можно от подключаемых к компьютеру микрофона, проигрывателя, магнитофона, теле­визора и других стандартно используемых устройств работы со звуком. Однако формат WAV требует очень много памяти. Так, при записи стереофонического звука с частотой дискретизации 44 килогерца и разрядностью 16 бит — параметра­ми, дающими хорошее качество звучания, — на одну минуту записи требуется около десяти миллионов байтов памяти.

Широко применяется также формат с названием MIDI (Musical Instruments Digital Interface — цифровой интерфейс музыкальных инструментов). Фактически этот формат представляет собой набор инструкций, команд так называемого музыкального синтезатора — устройства, которое имитирует звучание реальных музыкальных инструментов. Команды син­тезатора фактически являются указаниями на высоту ноты, длительность ее зву­чания, тип имитируемого музыкального инструмента и т. д. Таким образом, по­следовательность команд синтезатора представляет собой нечто вроде нотной записи музыкальной мелодии. Получить запись звука в формате MIDI можно только от специальных электромузыкальных инструментов, которые поддержи­вают интерфейс MIDI. Формат MIDI обеспечивает высокое качество звука и тре­бует значительно меньше памяти, чем формат WAV.