Кодування звукової інформації

Будь-які процеси дійсності можуть бути перетворені в цифрову форму. Так, кодування звукової інформації за допомогою обчислювальних машин виконується за наступною схемою:

- коливання повітря реєструються чутливими пріборамі-

- виконується їх перетворення в електричний струм, в якому частота (амплітуда) змінюється відповідно-

- отриманий струм оцифровується, тобто відбувається його дискретизація (іноді говорять, що має місце двійкове кодування звукової інформації).

Отриманий електронний аналог вихідного звукового потоку тим якісніше, чим вище частота вибірок при дискретизації і глибина кодування.

Іншими словами, кодування звукової інформації - це процес перетворення знайомого багатьом аналогового сигналу в цифровий, призначеного для подальшої обробки на відповідних пристроях. Розглянемо докладніше етапи і способи оцифровки звуку.

Дискретизація за часовими рамками - це основа оцифровки. Згідно теоремі Котельникова, аналоговий електричний сигнал може бути перетворений в цифрову форму шляхом зчитування з певним кроком безперервного ряду значень його амплітуди. Частота таких зчитувань повинна як мінімум вдвічі перевищувати граничне значення частоти основного сигналу. При необхідності оцифровки аналогового «исходника» з робочою частотою 0-20 кГц вибірка повинна здійснюватися не рідше ніж 40 тис. Разів на секунду (40 кГц). Дискретизація вказує на кількість замірів за одну секунду вихідного аналогового сигналу (семплірованіє, частота вибірки). З ростом вибірок зростає не тільки якість, а й обсяг одержуваного потоку даних.

Також кодування звукової інформації може виконуватися іншими способами. Як, наприклад, оцифровка допомогою неоднорідного квантування, іноді званого логарифмическим. При його використанні вся амплітудна шкала умовно розбивається на ділянки з високими і низькими значеннями. Подальше кодування звукової інформації відбувається шляхом застосування великої кількості рівнів квантування на ділянках з малим значенням амплітуди (і навпаки). Проте відзначимо, що загальне число рівнів залишається таким же, як і в однорідному методі квантування (PCM).

Зовсім інший підхід реалізований в альтернативному способі кодування. Він носить назву «диференціальна імпульсно-кодова модуляція» (DPCM). При такому способі квантованию піддається не безпосередня амплітуда сигналу, а її відносні значення. В результаті вдається домогтися зменшення займаного даними об`єму, так як задіюється механізм передбачення подальших відліків вихідного сигналу.

Кодування і обробка звукової інформації, описувана в даній роботі, передбачає необхідність виконання перетворення «аналог-цифра». Цей процес здійснюється за допомогою АЦП (аналого-цифрового перетворювача). З роботою цього пристрою щодня стикається кожен власник комп`ютера, обладнаного звуковою картою (У цьому випадку має місце зворотний процес - отримання аналогового сигналу з цифрового потоку).

Функції АЦП полягають в наступному:

- У обмеження смуги частот, що пропускаються. За допомогою фільтрів відсікаються складові сигналу, частота яких - більше половини частоти дискретизації (причина описувалася раніше).

- Вибірка значень амплітуди через певні проміжки часу. В результаті аналоговий сигнал представляється послідовністю одиничних розрядів різної інтенсивності (дискретизація).

- Заміна величин отриманих розрядів їх найближчими значеннями з фіксованого набору (квантування).

- Перетворення кожного квантованного значення умовним числом рівня квантування (кожному значенню - свій порядковий номер). Це і є останнім етапом оцифровки.