Кодирование звука

1.4.4. Кодирование звука

Стр.68

Технология кодирования непрерывного сигнала

• Световые и звуковые сигналы являются естественными (существующими в природе) непрерывными сигналами. Для сохранения их в цифровом формате, они должны быть представлены в виде дискретной последовательности нулей и единиц – двоичных цифр.
• На рисунке представлена схема преобразования любого непрерывного сигнала в дискретный цифровой код

АЦП

• Аналого-цифровое преобразование заключается в измерениях величины электрического сигнала через определенные промежутки времени и сохранении результатов измерений в цифровом формате в устройстве памяти.

АЦП звука

• При записи звука в компьютер устройством, преобразующим звуковые волны в электрический сигнал, является микрофон .
• Аналого-цифровое преобразование производит электронная схема, размещенная на звуковой плате компьютера, к которой подключается микрофон.
• Есть два основных параметра кодирования звука: частота дискретизации и битовая глубина кодирования.

АЦП звука

• Измерение амплитуды сигнала производится через одинаковые промежутки времени. Величина такого временного интервала называют шагом дискретизации , он измеряется в секундах (обозначим t). Тогда частота дискретизации выразится формулой:

H=1/t (Гц)

АЦП звука

• Чем выше частота дискретизации, тем более подробно числовой код будет отражать изменение амплитуды сигнала со временем. Хорошее качество записи звука получается при частотах дискретизации 44,1 кГц и выше (1 кГц = 1000 Гц)
• Процесс дискретизации амплитуды звука называют квантованием звука . Количество уровней разбиения амплитуды сигнала можно назвать количеством уровней квантования звука

АЦП звука

• Битовая глубина кодирования – это длина двоичного кода, который будет представлять в памяти компьютера амплитуду сигнала.
• Битовая глубина кодирования звука – b
• Количество уровней квантования звука - K

K=2 b

• Значения измеряемой величины заносятся в регистр звуковой карт ы – специальную ячейку памяти этого устройства. Разрядность регистра = b (далее разрядность квантования ).

АЦП звука

• В графическом виде дискретизацию и квантование звука можно представить как переход от гладкой кривой к ломаной, состоящей из горизонтальных и вертикальных отрезков. Считается, что на каждом временном шаге значение измеряемой величины остаётся постоянным.

№ измерения

0

Код

1

001

011

2

3

100

4

100

5

010

6

010

100

7

110

8

9

111

110

АЦП звука

• Наименьший размер регистра у реальных звуковых карт – 8 разрядов. В таком случае одно измерение займёт 1 байт памяти компьютера, а число уровней квантования = 256. Измерения с таким регистром будут в 32 раза более точными, чем при 3-разрядном регистре.
• Дискретное цифровое представление аналогового сигнала тем точнее его отражает, чем выше частота дискретизации и разрядность квантования.

Теорема Найквиста-Котельникова

• При оцифровке периодического аналогового сигнала частота дискретизации АЦП должна быть не менее чем в 2 раза выше частоты сигнала.