Цифровая запись сигнала: Запись цифровых сигналов — Студопедия

Содержание

Запись цифровых сигналов — Студопедия

Общие сведения. Качество современной аналоговой магнитной записи достигло высокого уровня, но ей свойственны недостатки, устранение которых с помощью аналоговой техники трудноосуществимо, а иногда принципиально невозможно.

Запись ТВ сигналов в цифровой форме имеет ряд существенных преимуществ перед методом записи аналоговых сигналов. В первую очередь это возможность многократной перезаписи без накопления искажений. Если в аналоговых видеомагнитофонах уже при третьей-четвертой перезаписи растет уровень муара, увеличиваются линейные и нелинейные искажения сигнала, ухудшается отношение сигнал/помеха, то в цифровой видеозаписи число перезаписей одного и того же сюжета на магнитную ленту может быть многократно увеличено (до нескольких десятков раз) без существенного снижения качества изображения.

В цифровых видеомагнитофонах, так же как и в других цифровых системах, меньше влияние неидентичности и нестабильности аппаратурных характеристик на качество сигнала.

Облегчается обслуживание аппаратуры, так как не требуются регулировки и подстройки при эксплуатации. Одно из основных преимуществ цифровой записи обусловлено тем, что она практически не подвержена влиянию погрешностей, вызванных движением головок относительно ленты. Эти погрешности проявляются в системах аналоговой видеозаписи и вызывают повышение уровня шума, некоторую нестабильность изображения. Даже в тщательно настроенных системах аналоговой видеозаписи ухудшается резкость контуров и границ изображения в результате неравномерного вращения блока видеоголовок. Кроме того, малейшая деформация ленты, представляющая собой гибко-упругий элемент, приводит к взаимному смещению записанных участков.


При цифровой записи происходит исключение вредных эффектов, связанных с движением ленты и головок, так как в аналого-цифровом преобразовании при дискретизации аналоговый сигнал получает форму последовательных очень коротких импульсов-отсчетов, нестабильность уровня которых не сказывается на передаче сигнала.

В результате в цифровых системах записи и воспроизведения изображения оказываются стабильными, очень четкими и почти лишенными шума.

Запись цифровых ТВ сигналов на магнитную ленту является технически сложной задачей. Сложность в первую очередь заключается в необходимости записи высокоскоростных цифровых потоков. Запись больших цифровых потоков при том же расходе ленты, как при аналоговой записи, требует значительного увеличения поверхностной плотности записи (примерно в 10 раз). Если в студийном аналоговом видеомагнитофоне для записи видеосигнала с полосой частот 6,5 МГц требуется записывать ЧМ сигнал полосой частот около 12 МГц, то в цифровом видеомагнитофоне прямая запись цифрового сигнала без применения различных методов компрессии требует полосы частот более 120 МГц. Созданы цифровые видеомагнитофоны с уменьшенной длиной волны записываемого сигнала и высококачественной магнитной лентой с уменьшением ширины магнитных дорожек. Освоены технологии изготовления высококачественных головок и эффективные системы автоматического регулирования.

В настоящее время цифровые видеомагнитофоны обеспечивают более высокие технико-эксплуатационные характеристики, чем аналоговые.


Качество цифровой видеозаписи характеризуется достоверностью записи, определяемой вероятностью появления ошибки (сбоя). Ошибки могут быть одиночными, вызванными действием помех в канале записи-воспроизведения, и групповыми (пакеты ошибок), обусловленными выпадением сигнала.

Структурная схема канала записи-воспроизведения цифрового видеомагнитофона.

Для записи цифрового сигнала на магнитную ленту необходимо предусмотреть ряд мероприятий, связанных со структурой ТВ сигнала. Аналоговый видеомагнитофон записывает циклические сигналы. Все его следящие системы и устройства коммутации работают от строчных и кадровых синхронизирующих импульсов. В цифровой последовательности эти сигналы отсутствуют, поэтому для нормальной работы видеомагнитофона сигналы синхронизации следует включить в структуру цифрового сигнала. Кроме того, записанный сигнал должен содержать импульсы тактовой частоты следования двоичных символов, которые после выделения и воспроизведения обеспечат правильное декодирование цифрового сигнала. Спектр записываемого сигнала должен быть согласован с полосой пропускания канала изображения видеомагнитофона. При цифровой магнитной видеозаписи используют различные методы цифровой модуляции, в том числе частотную модуляцию, или канальное кодирование. Следует учесть, что из методов модуляции цифровых сигналов применим тот, который обеспечивает выделение импульсов тактовой синхрочастоты непосредственно из записанного цифрового сигнала.

Так как цифровая магнитная запись осуществляется распараллеливанием цифрового потока, структура цифрового видеомагнитофона в основном определяется числом необходимых каналов записи-воспроизведения. Число каналов записи определяется скоростью и плотностью записи. На существующих магнитных лентах для записи аналоговых сигналов плотность записи выше 2 кбит/мм получить затруднительно. В металлопорошковых или металлизированных лентах можно получить плотность записи 3 кбит/мм с достаточно высоким отношением сигнал/помеха при ширине дорожки записи 12,5 мкм. Если считать, что скорость записи не должна превышать предельную скорость 50 м/с при плотности записи 3 кбит/мм, то оказывается возможным использовать два канала записи. При повышении скорости записи выше 50 м/с увеличиваются износ головок и центробежные усилия в блоке головок. Естественно стремление к уменьшению числа каналов записи, так как каждый дополнительный канал записи усложняет электронную часть видеомагнитофона, добавляя системы защиты от ошибок, канального кодирования, синхронизации и т.д. Звуковые сигналы могут записываться на тех же дорожках, которые служат для записи видеосигнала. В этом случае используется общий тракт записи и канального кодирования. Между видеосигналом и звуковым сигналом, а также между каждым из звуковых сигналов оставляются небольшие интервалы, во время которых коммутируются токи записи и стирания в процессе монтажа. Канальное кодирование существует для согласования с каналом записи-воспроизведения. При магнитной записи это означает, что энергетический спектр телевизионных сигналов преобразуется в соответствии со спектральными характеристиками ограниченного по частоте канала записи-воспроизведения, который может быть представлен в виде полосового фильтра.

При оптимальном согласовании сигнал проходит по ограниченному по частоте каналу с минимальными искажениями.

Формирование входного сигнала цифрового видеомагнитофона в соответствии с рекомендацией на цифровой код студии способом БВН (без возврата к нулю). При этом методе носитель записи перемагничивается до насыщения в двух противоположных направлениях – при переходе к 1 или 0. Однако этот код не может быть использован непосредственно для записи на магнитную ленту. Это связано с тем, что АЧХ канала записи-воспроизведения имеет спад в области верхних и нижних частот. Спад в области низких частот обусловлен дифференцирующим действием магнитной головки индукционного типа и наличием вращающегося трансформатора. Спад в области высоких частот обусловлен в основном волновыми потерями (щелевыми, контактными, алойными). Поскольку исходный код БВН может содержать длинные последовательности 1 и 0, то постоянная составляющая кодовой последовательности изменяется в больших пределах: от 0 до 100 % размаха сигнала.

Если такой сигнал записать, то при воспроизведении возникнут большие искажения в форме импульсов из-за подавления низкочастотных компонентов. Искажения проявляются в протяженных однополярных последовательностях импульсов и в смещениях средней линии сигналов в результате потери постоянной составляющей. Это исключает пороговое обнаружение 1 и 0 в воспроизводимом сигнале, поэтому делает код БВН непригодным для записи. Исходя из этого вытекают основные требования, предъявляемые к выбору канального кода: длительность непрерывных последовательностей 1 и 0 должна быть минимальной для обеспечения самосинхронизируемости кода, т.е. возможности выделения из нее тактовой частоты; спектр должен иметь неизменную постоянную составляющую и небольшой уровень низкочастотных составляющих; энергетический спектр кода должен иметь полосовой характер, согласующийся с полосой пропускания канала записи-воспроизведения, и др.

Реальные цифровые сигналы могут содержать в некоторые моменты времени длинные серии одинаковых символов – единиц или нулей. В этом случае нарушается работа систем АРУ, тактовой синхронизации и усилительных устройств с реактивными разделительными элементами. Это вызвано тем, что в сигнале отсутствуют изменения в каждом такте элементов сигнала, которые используются для подстройки перечисленных устройств, что приводит к увеличению фазового дрожания цифрового сигнала и даже к полному нарушению синхронизации приемного устройства.

Для устранения длинных последовательностей 0 и 1 в исходном коде БВН производится так называемое скремблирование (перемешивание), которое заключается в логическом сложении цифрового сигнала с псевдослучайной последовательностью сигналов (ПСП). В этом случае длинные серии одинаковых символов сигнала приобретают структуру соответствующего отрезка ПСП. При скремблировании передаваемый сигнал независимо от свойств источника приобретает структуру, близкую к случайной, а код БВН – приближается по свойствам к случайному сигналу (рандомизируется), т.е., имея неслучайную природу генерирования, отвечает всем свойствам псевдослучайных сигналов. Такой сигнал имеет в своем составе составляющие с тактовой частотой, которые отфильтровываются и служат для автоподстройки тактового синхрогенератора и для управления системой АРУ. Скремблер – устройство для преобразования структуры цифрового сигнала без изменения скорости передачи символов этого сигнала для приближения его свойств к свойствам случайного сигнала. При воспроизведении применяется

дескремблер – устройство, предназначенное для восстановления исходной структуры цифрового сигнала, преобразованной скремблером. Скремблирование может также использоваться в сочетании с определенным видом канального кодирования, а также является эффективным средством согласования цифрового сигнала с характеристикой канала, но при этом закон перемешивания должен быть жестко задан.

В настоящее время известно множество кодов, применяемых в цифровой магнитной записи. Каждый из них в той или иной степени соответствует поставленным требованиям. Однако нельзя выделить какой-то один код, который имел бы явные преимущества по сравнению с другими, поэтому, де-факто, существует несколько общепризнанных международных стандартов на канальное кодирование. В цифровых видеомагнитофонах используются различные канальные коды, удовлетворяющие частным требованиям разработчиков. Основным фактором, влияющим на снижение достоверности записи, является выпадение сигнала. Для защиты от ошибок в цифровой видеозаписи используют два способа: маскирование ошибок и коррекция ошибок.

Метод маскирования ошибок аналогичен методу компенсации выпадения сигнала в аналоговых видеомагнитофонах и сводится к обнаружению искаженного кодового слова и замене его интерполированным кодовым словом предыдущей и последующей строк. Таким образом возможно маскирование и внутри строки. Однако при многократной перезаписи маскирование не удовлетворяет требованиям, предъявляемым к качеству изображения, что сводит на нет основное преимущество цифровой видеозаписи. В связи с этим наряду с маскированием широко применяется коррекция ошибок, обеспечивающая точное восстановление потерянной информации методами помехоустойчивого кодирования, которое предполагает введение избыточности при кодировании. Коды, обнаруживающие и исправляющие ошибки, широко используются в технике связи. Суть их заключается в следующем. Предназначенная для передачи кодовая комбинация дополняется в соответствии с определенным алгоритмом проверочными символами, которые располагаются в определенной последовательности. Отсюда следует: чем эффективнее система защиты от ошибок, тем большее количество информации необходимо передать. Но для этого следует увеличивать число символов, передаваемых в единицу времени, которое ограничено конечной полосой пропускания канала. Необходимость поиска компромисса между степенью коррекции ошибок, обеспечивающей необходимое качество изображения, и компрессией цифровых сигналов, позволяющей сократить объем данных при заданной пропускной способности канала ведет к появлению новых форматов цифровой видеозаписи. На начало 2002 г. известно около двух десятков цифровых форматов записи ТВ сигналов на магнитную ленту, из которых наиболее широко распространены форматы семейства DV, DVCAM, DVCPRO, DVCPRO50, а также Digital Betacam, Betacam SX (табл. 18.1).

Упрощенная структурная схема цифрового видеомагнитофона формата D2 показана на рис. 18.17. На вход видеомагнитофона поступает аналоговый композитный полный цветовой телевизионный сигнал и в АЦП преобразуется в цифровой. Далее, цифровой сигнал подвергается помехоустойчивому кодированию в кодере Кд и скремблированию в скремблере Ск. Синхрогенератор (СГ) обеспечивает систему записи необходимыми сигналами управления. Для введения синхроимпульсов в структуру записываемого цифрового сигнала служат блоки буферных запоминающих устройств с последовательным доступом БЗУ1 и БЗУ2 (если используются ЗУ с произвольным доступом записи и считывания, объем требуемой буферной памяти может быть уменьшен вдвое). Цифровая последовательность в БЗУ подвергается сжатию во времени. Цифровой сигнал сжимается благодаря различной скорости записи и воспроизведения его с БЗУ. Действительно, если скорость считывания информации с БЗУ больше скорости записи, то в выигранном интервале времени можно разместить импульсы синхронизации.

Работой БЗУ1 и БЗУ2 управляют два коммутатора К1 и К2, связанные с генератором импульсов (ГИ). Тактовые импульсы, необходимые для работы БЗУ, вырабатывает специальный генератор тактовых импульсов (СГ). Цифровой сигнал вместе с тактовыми и синхронизирующими импульсами поступает на вход канального кодера (КК), с помощью которого согласуются характеристики записываемой информации с характеристиками канала записи-воспроизведения. Канальный кодер выполняет те же функции, что и модулятор в обычном аналоговом видеомагнитофоне.

Сформированный код подается на усилитель записи УЗ, и сигнал записывается на магнитную ленту универсальной головкой.

В режиме воспроизведения происходит преобразование цифрового сигнала в аналоговый в обратном порядке. После усиления в У цифровой сигнал поступает на декодер Дк и дескремблер Дс, преобразующий канальный код в исходную структуру сигнала. Для восстановления исходной скорости передачи используются блоки БЗУ3и БЗУ4, работающие поочередно. Скорость записи информации в них больше, чем скорость считывания, причем частота считывания выбирается равной тактовой частоте входного сигнала. В результате такой работы БЗУ3 и БЗУ4 цифровой поток вновь оказывается непрерывным. Коммутаторы К3 и К4 предназначены для переключения БЗУ, а генератор тактовых импульсов ГТИ – для выборки информации из БЗУ с тактовой частотой.

Таблица 18.1

Формат записи Тип записи Сигнал Тип ленты Ширина ленты Скорость движения ленты Стандарт кодиро- вания Компрессия Отно-шение сигнал/ шум,
        мм мм/с     дБ
U-matic Аналоговая Y/C Оксидная 19,01 95,3   -
VHS Аналоговая Композитный Оксидная 12,65 23,39   -
S-VHS Аналоговая Y/C Оксидная 12,65 23,39   -
Hi8 Аналоговая Y/C Металлопорошковая 20,5   -
МП Аналоговая Компонентный Металлопорошковая 12,65 66,2   -
Betacam Аналоговая Компонентный Оксидная 12,65 101,5   -
Betacam SP Аналоговая Компонентный Металлопорошковая 12,65 101,5   -
Dl Цифровая Компонентный Оксидная 19,01 286,9 4:2:2 -
D2 Цифровая Композитный Металлопорошковая 19,01 131,7 4fsc -
D3 Цифровая Композитный Металлопорошковая 12,65 83,88 4fsc  
D5 Цифровая Компонентный Металлопорошковая 12,65 167,228 4:2:2 Для ТВЧ 4:1
Digital Betacam Цифровая Компонентный Металлопорошковая 12,65 96,7 4:2:2 2:1 (внутриполе- вой метод DCT)
Betacam SX Цифровая Компонентный Металлопорошковая 12,65 59,575 4:2:2 10:1 (MPEG-2 4:2:2 [email protected]) >51
DV Цифровая Компонентный С напылением металла 6,35 18,831 4:2:0 (PAL) 4:1:1 (NTSC) 5:1 (внутри- кадровый метод DCT)
DVCPRO Цифровая Компонентный Металлопорошковая 6,35 33,813 4:1:1 5:1 (внутри- кадровый метод DCT)
DVCPRO50 Цифровая Компонентный Металлопорошковая 6,35 67,626 4:2:2 5:1 (внутри- кадровый метод DCT)
DVCAM Цифровая Компонентный С напылением металла 6,35 28,2 4:2:0 (PAL) 4:1:1 (NTSC) 5:1 (внутри- кадровый метод DCT)
Digital-S Цифровая Компонентный Металлопорошковая 12,65 57,8 4:2:2 3,3:1 (внутри- кадровый метод DCT)

Рис. 18.17 Структурная схема цифрового видеомагнитофона

После БЗУ цифровой сигнал поступает на декодер корректирующего кода (ДкКК), в котором обнаруживаются и корректируются ошибки. Процессы детектирования и декодирования синхронизируются тактовыми импульсами, выделенными из воспроизводимого кода. В заключение в ЦАП происходит преобразование цифрового сигнала в аналоговый, после чего он поступает на выход канала изображения.

В канале воспроизведения синхроимпульсы с помощью специального устройства отделяются от общего цифрового сигнала и подаются в соответствующие цепи управления. На структурной схеме не показан целый ряд узлов и блоков цифрового видеомагнитофона, предназначенных для коррекции искажений, как цифрового сигнала, так и искажений, характерных для записи на магнитную ленту.

Исследования в области цифровой записи телевизионных сигналов позволили МККР принять рекомендации на некоторые параметры цифровой записи. Исходя из международного стандарта на параметры цифрового телевидения предусматривалась дискретизация раздельных яркостного и цветоразностных сигналов и с частотами 13,5 и 6,75 МГц соответственно (стандарт 4:2:2). В этом случае суммарный цифровой поток сигнала изображения равен 216 Мбит/с при 8 битах на один отсчет. Для записи звукового сопровождения рекомендовалось использовать четыре канала с частотой дискретизации 48 кГц, квантованные равномерно при 20 разрядах на отсчет. Суммарный цифровой поток звукового сигнала равен примерно 4 Мбит/с.

В 1986 г. на пленарном заседании МККР был утвержден формат цифровой видеозаписи D1. Рассмотрение принципов работы этого формата позволяет разобраться в существе технических решений, которые лежат в основе функционирования систем цифровой магнитной записи.

В формате D1 телевизионный сигнал и звуковые сигналы записываются на одной наклонно-строчной магнитной дорожке. Записываются только активные строки по 300 строк в каждом поле для стандарта 625/50 и по 250 строк в каждом поле для стандарта 525/60. Число отсчетов изображения, приходящихся на активную часть телевизионной строки, равно 720 для сигнала яркости E’Yи 2×360 для цветоразностных сигналов и Одно телевизионное поле в системе 625/50 записывается на 12 дорожках (в 24 видеосекторах или шести сегментах), а в системе 525/60 – на 10. Звуковое сопровождение записывается в 48 звукосекторах, образующих три сегмента.

Используется магнитная лента шириной 19,01 мм. Магнитный слой образован из окиси металла, он позволяет записывать сигнал с минимальной длиной волны 0,9 мкм. Продольная плотность записи 2,2 кбит/мм. На магнитной ленте располагаются три продольные дорожки (рис. 18.18). Первая дорожка шириной 0,7 мм предназначена для записи сигналов монтажа звукового сопровождения для слухового поиска фрагментов фонограммы. На второй дорожке записывается цифровой сигнал адресно-временного кода, ширина дорожки 0,5 мм. И наконец, на третьей дорожке записывается цифровой сигнал управления, ширина дорожки 0,3 мм.

На магнитной ленте под углом 5°24’02» к базовому краю расположены дорожки записи шириной 40 мкм (защитный промежуток 5 мкм) и длиной 170 мм, на которых записываются видео- и звуковые сигналы. Любая наклонная дорожка содержит два видеосектора, каждый длиной 77,79 мм, а также четыре звукосектора в центральной части шириной по 2,56 мм и с промежутком 1,24 мм, а затем снова видеосектор. В стандарте разложения 625 строк на 12 дорожках (одно телевизионное поле) размещается 24 видеосектора и 48 звуковых секторов. При таком расположении информации влияние растяжения и механических повреждений магнитной ленты на качество воспроизводимого звука минимально. Скорость перемещения магнитной ленты 286,9 мм/с.

Рис. 18.18. Формат записи D1 компонентного цифрового ТВ сигнала

При внедрении цифровой записи в технологию видеопроизводства важно обеспечить возможность цифровой обработки ТВ сигналов в любом из существующих в настоящее стандартах, в том числе для разных частот разверток. В этом случае обеспечивается совместимость стандартов разверток при записи и воспроизведении в международном масштабе.

Рассмотрим, как достигается это требование в цифровых видеомагнитофонах. Как известно, плотность записи определяется продольной и поперечной плотностями записи и выражается соотношением . где т – коэффициент плотности записи, бит/мкм’, h – шаг записи, мкм: если обозначить через с скорость записи сигнала, бит/с, то зная расход носителя записи р, мкм/с, получим . В этом случае длина дорожки, мкм, необходимая для записи временного интервала, равного длительности одного ТВ поля с частотой , будет . Если в это выражение подставить реальные значения, то получим длину записи одного ноля L, равную нескольким метрам. Отсюда следует, что реализовать компонентную магнитную запись цифрового сигнала возможно только путем сегментации на S наклонных дорожек записи или разделения сигнала на N параллельных каналов. Следовательно, длина отдельной дорожки записи . Если принять, что скорость записи с соответствует Рекомендации МККР 11/601 по компонентному цифровому кодированию, число каналов N постоянно (число головок записи и воспроизведения постоянно), а частота полей равна 50 и 60 Гц. необходимо соблюдение соотношения Наличие одинакового чиста сегментов с различной плотностью записи m в системах 625/50 и 525/60 нецелесообразно, так как это приводит к увеличению расхода носителя, вызывает конструктивные трудности, изменяется полоса частот в системах 625/50 и 525/60, а это предъявляет различные требования к коррекции. Поэтому продольная плотность записи сохраняется постоянной величиной, а требование совместимости системы 625/50 и 525/60 реализуется изменением числа сегментов в отношении 6:5.

Цифровая запись видеосигналов на диски — Студопедия

Первые разработки систем записи видеоинформации на видеодиски появились в начале 70-х годов. Прежде появились системы, использующие механическую запись, затем емкостную и, наконец, оптическую. Устройства для записи и воспроизведения изображений, видеофильмов и ТВ программ на видеодиски свободны от недостатков, присущих системам записи на магнитную ленту. Достаточно высокая плотность записи, произвольный и быстрый доступ к любому фрагменту записи, возможность практически неограниченного числа воспроизведений без потери информации являются несомненным преимуществом таких систем, благодаря чему они, наряду с кассетными цифровыми видеомагнитофонами становятся все более популярными. Другим важным преимуществом видеодисков является низкая стоимость носителя записи. Ресурс работы в оптических видеопроигрывателях (не менее 5000 ч) при бесконтактном считывании информации ограничен в основном ресурсом считывающей (записывающей) лазерной оптической головки. Быстрый доступ к любому участку записанной на диске информации позволяет увеличить быстродействие систем поиска информации. Возможность воспроизведения относи­тельно простыми средствами ускоренного, замедленного и неподвижного изображений – еще одно достоинство дисковых систем.


Звуковые компакт-диски появились в 1982 г., а в 1997 г. – диски DVD (Digital Versatible Disk). Им предшествовали аналоговые лазерные видеодиски (Laser Vision Discs), очень близкие к цифровым дискам CD и DVD по технологии изготовления, устройству и принципу действия. Однако они не удовлетворяли требованиям к качеству воспроизводимого изображения и плотности записи. С появлением в компьютерной технике дисков CD-ROM возникла необходимость унификации как параметров записи, так и размеров дисков. Развитие оптической записи пошло по пути совершенствования как механизма оптической записи, так и метода записи. Использовались более современные материалы для дисков и лазеры для видеопроигрывателей, совершенствовались методы цифровой записи.

Независимо от записываемого сигнала, аналогового или цифрового, процесс оптической записи имеет дискретный характер. На рабочем слое диска записываются два уровня, соответствующие двум возможным состояниям активного слоя.

Цифровой многопрофильный диск DVD представляет собой класс новых оптических дисковых устройств, применяемых в видео-, аудио-, мультимедиа- и компьютерных системах. Возможность широкого применения системы DVD обеспечивается ее физическими параметрами, а также ее информационной емкостью. Именно в DVD технологиях наиболее полно воплотились основные преимущества дисковых систем – высокая информационная плотность записи, быстрая произвольная выборка необходимого фрагмента программы. высокое качество изображения и звука, простота обращения и возможность массового тиражирования без потери качества. В настоящее время видеодисковые системы широко применяются в информационных, интерактивных учебных центрах, в видеопроизводстве и ТВ-вещании, в быту. DVD позволяют воспроизводить изображения, снятые с различных ракурсов (если они записаны на диске), выбирать различные сюжетные версии видеофильмов, в зависимости от действий пользователя (варианты интерактивного просмотра программ), вводить многоязычное звуковое сопровождение или субтитры, в любой момент ускорять или «замораживать» изображения без потери качества. Все эти операции могут осуществляться с помощью органов дистанционного управления видеопроигрывателем. Цифровой стереозвук или многоканальное звуковое сопровождение – «звук вокруг» – повышают эффект присутствия.


Длительность записи цифрового ТВ сигнала вещательного качества на диске DVD информационной емкостью 4,7 Гбайт без применения разработанных в настоящее время методов компрессии (в виде линейного ИКМ сигнала при 8-битовом квантовании и скорости цифрового потока 216 Мбит/с) составит всего t = (4700 · 8)/216 = 174 с мин (только сигнала изображения). Следовательно, записать цифровую видеоинформацию без использования современных методов компрессии сигнала практически нереально. В системе DVD применяется способ компрессии по стандарту MPEG-2. Используя стандарт MPEG-2, удается записать на диск DVD телевизионную программу длительностью 120 мин и более (односторонний диск с одним рабочим слоем). Для повышения плотности записи, сохраняя высокое качество изображения, сигнал предварительно обрабатывается и компрессируется. Применение компрессии сигналов по способу MPEG-2, повышение качества коррекции ошибок по сравнению с обычным компакт-диском (CD) обеспечивают высокое качество изображения и звука и позволяют записывать на диске полнометражный художественный фильм с высоким качеством изображения, многоканальным звуком и дополнительной информацией. Широкая область возможных применений DVD дисков дает основание называть их многопрофильными. Это и высококачественная запись кинофильмов со стереофоническим или «сэроунд»-звуком, запись только звука – больших концертов с высокими характеристиками звукопередачи, компьютерные программы и другие комбинации изображений звуков и текстов. Диски с записью видеофильмов называют DVD-Video, с записью только аудиопрограмм – DVD-Audio, компьютерных программ – DVD-ROM.

Внешне диски DVD и CD очень похожи: имеют одинаковые размеры (диаметр 120 мм, толщину 1,2 мм и диаметр посадочного отверстия 15 мм) и отличаются только меньшим шагом витков дорожки записи и меньшими размерами питов (pit – углубление, впадина, ямка) у DVD. Информационная емкость диска DVD значительно больше, чем у дисков CD, и составляет у однослойных, односторонних дисков 4,7 Гбайт или примерно 37,6 Гбит. Дорожка записи располагается на диске DVD с шагом а = 0,74 мкм. Приблизительно полную длину дорожки записи можно определить из следующих соображений. Если R и r – радиусы внешней и внутренней границ записи на диске, то при R = 58 мм и = 23 мм получим: ; ; число дорожек . Полная длина дорожек записи (364,24 · 47297 + 144,44 · ·47297)/2 = (17227,459 + 6810,768)/2 = 24038,227/2 = 12019 м или 12 км. Отсю­да определяется минимальная протяженность элементарной ячейки (минимальная длина пита): 12 · 109/37,6 ·109 = 0,32 мкм/бит.

Практически реализуемая минимальная длина питов в дисках DVD составляет значение порядка 0,4 мкм. (В дисках CD шаг записи а = 1,6 мкм, а минимальная длина пита 0,83 мкм). Питы могут располагаться вдоль концентрических круговых дорожек или вдоль одной спиральной дорожки диска. Информация воспроизводится в первом случае с постоянной угловой скоростью, во втором – с постоянной линейной скоростью. Для записи ТВ сигналов первый случай более предпочтителен, так как на одной окружности размещается один кадр. При этом достигается соответствие номера кадра и номера дорожки, легко и быстро осуществляется поиск необходимого фрагмента, возможны разные режимы работы, такие как стоп-кадр и др. Однако при записи-воспроизведении с постоянной угловой скоростью практически вдвое уменьшается объем записанной информации. Это объясняется тем, что при постоянной угловой скорости с увеличением радиуса дорожки размеры пита пропорционально возрастают, следовательно, падает плотность записи. Поэтому, если существен объем информации, используют режим с постоянной линейной скоростью. Очевидно, что в этом случае размеры питов сохраняются одинаковыми на всех участках записи, поэтому максимальной остается плотность записи. Но в этом случае телевизионный кадр занимает полную окружность только на самой близкой к центру диска дорожке, на всех остальных дорожках – только часть окружности. Угловая скорость в этом случае не постоянна, а падает с увеличением радиуса круговой дорожки. Следовательно это усложняет конструкцию приводов, затрудняет поиск требуемых фрагментов, а воспроизведение стоп-кадра возможно только через кадровый накопитель.

Аббревиатура ROM обозначает Read Only Memory (записанную на диске информацию можно только считывать – нельзя стирать и вновь записывать). Практически большинство дисков DVD имеют запись, сделанную изготовителем, и ее можно только воспроизводить. Кроме не перезаписываемых дисков получают распространение диски DVD-R (Recordable – записываемый). На этих дисках пользователь может записать информацию только один раз и многократно воспроизводить. Диски DVD-RW (Rewritable) или DVD-RAM (Random Access Memory) предназначены для многократной записи, воспроизведения и стирания информации непосредственно пользователем. Перед записью информации (видео-, аудио-, текстов и др.) на диски DVD сигналы специально обрабатывают: преобразуют в цифровую форму, подвергают компрессии и т.п. Каждый из записываемых сигналов обрабатывается отдельно и записывается на отдельных магнитных носителях. После компрессии все сигналы сводятся на один магнитный носитель, образуя дорожку с одной последовательностью цифровых импульсов. На этой дорожке попеременно записываются все сигналы, сгруппированные в блоки. Каждый блок содержит весь набор сигналов (видео, аудио и др.), передаваемый в короткий промежуток времени.

При воспроизведении необходимо предусмотреть возможность выделения из передаваемых блоков данных каждого сигнала, состыковать эти сигналы и распределить по своим каналам, обеспечивая синхронизацию изображения и звука. Такую операцию возможно производить без ухудшения качества воспроизведения благодаря высокой скорости передачи сигналов (до 9,8 Мбит/с). Для согласования этих потоков при записи сигналы в каждом блоке разделены импульсами управления и программирования. С обработанного и подготовленного магнитного носителя осуществляется перезапись сигналов на оригинал диска. Поток данных поступает на аппарат оптической записи оригинала. Подложкой оригинала является тщательно отполированный стеклянный диск с очень тонким слоем фоторезиста в виде жидкой затвердевающей композиции, толщина которого составляет 0,12 мкм, что соответствует глубине питов (рис. 18.21). Сигнал модулирует излучение ультрафиолетового газового лазера с диаметром пятна менее 0,4 мкм. Газовые лазеры, крупногабаритные и дорогостоящие, обеспечивают фокальное пятно малого диаметра. Остросфокусированный луч когерентного монохроматического света лазера позволяет получить на поверхности диска метки микронного размера. Применяются электрооптические модуляторы света. Принцип действия таких модуляторов основан на повороте плоскости поляризации света при изменении величины напряжения приложенного сигнала. Если на электроды подан сигнал, то возникающая напряженность электрического поля вызывает поворот плоскости поляризации света, обеспечивая его прохождение. При отсутствии сигнала плоскость поляризации не меняется и свет не проходит. В результате модуляции света и при вращении диска на фоторезисте возникают засвеченные и незасвеченные участки, соответствующие питам и промежуткам между ними.

После окончания записи диск промывается в жидкости, растворяющей засвеченные и не растворяющий незасвеченные участки фоторезиста. В результате этого на диске возникают дорожки записи. Слой фоторезиста покрывают тонкой пленкой серебра. Затем этот диск проходит этапы технологического процесса, в результате которого изготавливаются матрицы для прессования дисков.

Рис. 18.21. Структура диска: а— разрез вдоль дорожки; 1— прозрачная подложка; 2-питы; 3-отражательный слой; б- вид сверху Рис. 18.22. Фрагмент радиального разреза диска: 1 – прозрачная подложка; 2- пит; 3- отражающий слой; 4- попадание луча лазера на участок диска без питов; 5- попадание луча лазера на пит

Вначале получают заготовку диска, которая представляет собой подложку из поликарбоната (термопластик с оптимальным для дисков DVD сочетанием физико-механических и оптических свойств) толщиной 0,6 мм с отпечатанными питами. Методом напыления в вакууме заготовки покрывают слоем алюминия толщиной в несколько долей микрометра (отражательный слой), поверх наносят непрозрачный защитный (холостой) слой также из пластмассы толщиной 0,6 мм (рис. 18.21). В результате такой технологии изготовления рабочий слой оказывается защищенным с одной стороны прозрачной пленкой, а с другой – защитным слоем.

В системах DVD для воспроизведения в видеопроигрывателях используют полупроводниковые лазеры (лазерные диоды), которые являются приборами массового применения, обладают малыми размерами, низкой стоимостью и длительным сроком службы. Такие лазеры используют в аппаратуре с однократной и многократной записью.

Таблица 18.2

Характеристика DVD-ROM DVD-R DVD-RW
Информационная емкость, Гбайт 4,7 на одну сторону 3,9 односторонний; 7,9 двусторонний 2,6 односторонний; 5,2 двусторонний
Диаметр, см 12 и 8
Толщина, мм 1,2 1,2 1,2
Принцип работы Записанные питы Изменение фазового расстояния рабочего слоя Модуляция интенсивности света лазера
Длина волны 650- воспроизведение 635- запись; 650- воспроизведение 650- запись и воспроизведение
Шаг записи, мкм 0,74 0,8 0,74
Формат дорожек Последовательность питов Канавки с выступами по краям Канавки с выступами по краям

Записываемые видеодиски подобны DVD только внешне. Они имеют другое строение и другую форму сигналограммы. Оптическая запись на этих дисках происходит непосредственно под воздействием лазерного луча и не требует обработки. Запись лазерным лучом происходит на том же носителе, с которого потом воспроизводится. При изготовлении DVD-R и DVD-RW на поверхности диска-заготовки из поликарбоната формируются непрерывные круговые канавки с выступами между ними. Выступы покрываются отражательным слоем, а в канавках находится рабочий слой. Выступы и канавки используются в системах автотрекинга и автофокусировки и служат для позиционирования лазерного луча. Основные характеристики дисков DVD-ROM, DVD-R и DVD-RW приведены в табл. 18.2.

Диски для однократной записи DVD-R представляют собой основу из прозрачного материала, на поверхность которого нанесен рабочий слой и защитное покрытие. Запись основана на изменении фазового состояния рабочего слоя носителя. Сигнал регистрируется на очень тонком рабочем слое носителя остросфокусированным лучом лазера. Под воздействием тепла от лазерного излучения состояние пленки переходит из кристаллической фазы в аморфную, в результате чего меняется коэффициент отражения света пленкой. Образующиеся при этом питы представляют собой чередование кристаллических и аморфных участков пленки, которые отличаются отражательной способностью. Такой принцип записи-воспроизведения принят как в дисках DVD-R, так и DVD-RW, с тем отличием, что в дисках DVD-R рабочий слой изготовлен из органического материала, допускающего только однократную запись, т.е. однократное изменение фазового состояния слоя.

Существуют и другие технологии записи-воспроизведения на дисках DVD-RW, при которых требуются особые приемы обработки рабочей поверхности диска. Один из них – использование эффекта Фарадея при считывании информации с дисков. Этот эффект состоит в том, что свет, отраженный от поверхности намагниченных участков рабочего слоя диска, меняет плоскость поляризации. Принцип записи информации на такой диск основан на том, что некоторые материалы намагничиваются при малой напряженности внешнего магнитного поля, если они предварительно были нагреты до температуры, равной или большей точки Кюри. В качестве носителя информации используют материалы, обладающие магнитооптической памятью. Запись производится одновременно воздействием на рабочий слой магнитным полем и лазерным лучом. Постоянное магнитное поле создается специальными катушками в точке фокусировки оптической системы на рабочей поверхности диска.

Рис. 18.23. Оптическое устройство системы с многократной перезаписью изображения

Для осуществления записи импульсами возбуждается лазерный диод (ЛД) (рис. 18.23), и световой поток фокусируется оптической системой в пятно диаметром 1…2 мкм на рабочей поверхности диска (Д). Свойства рабочего слоя таковы, что зона нагрева ограничивается размерами сфокусированного пятна Ф. При этом происходит локальное повышение температуры материала примерно до 200 °С в месте контакта со световым потоком, и он намагничивается. Длительность импульсов, поступающих от блока управления (БУ), определяется параметрами сигнала записи. Стирание записанной на диске информации осуществляется с БУ изменением на обратное направления магнитного поля с помощью катушки (К) и диода ЛД, нагревающего слой диска. При считывании сигнала на поверхность диска направляется с помощью поляризатора света (П) плоскополяризованный луч лазера, который, отражаясь от поверхности диска, попадает в анализатор А, оптически связанный с фотоприемником (ФП). Вследствие того, что диск намагничен по закону изменения сигнала изображения, происходит поворот плоскости поляризации отраженной световой волны. В результате этого на выходе анализатора происходят колебания энергии светового потока. Фотоприемник регистрирует изменение светового потока, пропорциональное изменению значения записанного на диске сигнала.

Информационная емкость дисков DVD-R и DVD-RW в полтора-два раза ниже емкости дисков DVD-ROM, а стоимость значительно больше, поэтому эти диски пока не находят широкого применения.

Для повышения информационной емкости DVD разработаны диски с двумя рабочими слоями на одной стороне (рис. 18.24). Первый слой 1 – полупрозрачный, изготовлен из напыленного золота, второй слой 2 – полностью отражающий, изготовлен из алюминия.

Рис. 18.24. Принцип устройства диска с двумя рабочими слоями на одной стороне :

1 – первый рабочий слой (полупрозрачный): 2 – второй рабочий слой (отражающий): 3 – разделительный слой

Рис. 18.25. Оптическая система лазерной головки:

1 – лазерный диод; 2 – поляризационный расщепитель; 3 – коллиматорная линза;

4 – четвертьволновая пластинка; 5 – объектив; 6 – диск; 7 – светоприемник.

Такое устройство увеличивает информационную емкость двухслойного диска, но его суммарная емкость оказывается меньше удвоенной емкости однослойного диска (из-за накопления ряда погрешностей при изготовлении) и составляет 8,5 Гбайт. Такая конструкция диска удобна, так как при длительных записях диск не требуется менять. Видеоплейер может иметь одну лазерную головку с регулируемой глубиной фокусировки. Другой тип диска – двусторонний с рабочими слоями по одному на каждой стороне. Такой диск представляет собой два односторонних диска, склеенных тыльными сторонами. Его суммарная информационная емкость равна удвоенной емкости одностороннего диска (9,4 Гбайт). Чтобы не переворачивать диск, требуются две лазерные головки (снизу и сверху). Двусторонний диск с двумя рабочими слоями на каждой стороне представляет собой два односторонних диска с двумя рабочими слоями, склеенных тыльными сторонами. Информационная емкость такого диска 17,0 Гбайт.

Основой видеопроигрывателя является лазерная головка с оптической системой, преобразующей информацию, заключенную в питах, в видеосигнал. Конструктивно особенности лазерной головки зависят от ее назначения, применяемого носителя, а также от принятого способа управления (автотрекинг, автофокусировка).

При воспроизведении луч лазерного диода 1 (рис. 18.25) проходит через поляризационный расщепитель 2, линзу коллиматора 3, четвертьволновую пластинку 4 и фокусируется объективом 5 на отражающем слое диска 6. Отраженный свет, промоделированный питами на диске, через объектив, четвертьволновую пластинку, коллимируюшую линзу и призму поляризационного расщепителя попадает на светоприемник 7. Линза коллиматора расширяет пучок лучей для полного использования апертуры входного зрачка фокусирующей линзы. Поляризационный расщепитель пропускает линейно поляризованный свет лазера к диску и не пропускает идущий обратно отраженный луч к лазеру, так как плоскость поляризации его перпендикулярна прямому лучу. Перпендикулярность плоскостей поляризации прямого и отраженного света достигается четвертьволновой пластинкой. В результате почти весь отраженный диском свет от расщепителя попадает в светоприёмник.

Лазерная головка выполняет также функции автотрекинга и автофокусировки. При отсутствии системы автотрекинга незначительный эксцентриситет диска или его привода приводит к радиальному биению диска и к сбою процесса записи и воспроизведения. Существуют несколько способов автотрекинга, так же как и в системах магнитной записи, но в отличие от них при оптической записи и воспроизведении необходимо не только точно вести фокальное пятно по дорожке, но и точно поддерживать расстояние между ним и фокусирующей линзой, т.е. обеспечивать оптимальный диаметр луча на диске, что осуществляется системой автофокусировки. Если отсутствуют условия динамической фокусировки, неизбежные осевые биения диска могут привести к значительным расфокусировкам лазерного луча, что, естественно, ухудшит качество изображения.

Системы автотрекинга и автофокусировки представляют собой устройства автоматического регулирования, основными узлами которых являются механизм выработки сигнала ошибки и исполнительный механизм. Принцип работы механизма выработки сигнала ошибки заключается в получении разностного сигнала, который равен нулю при правильном расположении лазерного пятна на дорожке (автотрекинг) и при оптимальной его фокусировке (автофокусировка). При отклонении луча от оптимальных значений параметров устройство вырабатывает разностный сигнал, который является дву-полярным. В зависимости от величины и полярности сигнала ошибки исполнительный механизм корректирует положение лазерной головки, смещая ее вправо или влево в радиальном направлении в системе автотрекинга и вверх и вниз относительно поверхности диска в системе автофокусировки. Исходя из этих условий, фотоприемник в данном случае должен выполнять следующие функции: детектирование видеосигнала, выделение информации для работы автотрекинга и автофокусировки. Следовательно, фотоприемники должны быть многосекционными, обеспечивающими получение пазностного сигнала при отклонении оптической системы лазерной головки от центра дорожки записи и оптимального расстояния до диска.

Так как лазерная головка имеет определенную массу, быстрое и точное управление ее перемещением вследствие инерционности системы затруднено. В видеопроигрывателях используют пьезоэлектрическую систему вместе с компенсирующим поворотным зеркалом (автотрекинг) и электродинамический механизм перемещения линзы (автофокусировка).

Рис. 18.26. Передача видеоинформации методом ЧМ (а) и ИКМ (б)

Специальные эффекты: ускоренное, замедленное воспроизведение изображения, стоп-кадр – достигается качающимся зеркалом, с помощью которого читающий луч может перебрасываться с одной дорожки на другую.

Для записи на магнитный или оптический носитель видеосигнал необходимо преобразовать в ЧМ или ИКМ сигнал. Основное отличие цифрового сигнала от аналогового состоит в образовании последовательности дискретных импульсов, форма которых не зависит от амплитуды сигнала изображения и определяется только временной или пространственной (на носителе) комбинацией импульсов.

При ЧМ информация передается распределением нулевых пересечений. Так как расстояние между точками нулевых пересечений изменяется плавно, частотный модулятор является аналоговым преобразователем (рис. 18.26,а). При цифровой записи информация также передается нулевыми пересечениями, но расстояние между ними изменяется только дискретно, кратно числу полных периодов бита (рис. 18.26,б). Таким образом реализуется цифровое представление информации.

Информация на первых лазерных видеодисках, разработанных еще в 70-е годы, так же как в DVD, представляла собой последовательность питов, но длина и расстояние между ними определялись нулевыми пересечениями ЧМ сигнала, т.е. это были аналоговые видеодиски. Такую запись можно рассматривать и как широтно-импульсную модуляцию (ШИМ) – аналоговый способ модуляции.

Таким образом, в современных видеодисках, в том числе и DVD, видео-, аудио- и другие сигналы записываются в цифровой форме. Воспроизводятся, обрабатываются и разделяются в плеере на составляющие видео-, звуковые и другие сигналы также в цифровой форме. Однако видеосигнал подается на телевизор преобразованным в аналоговую форму. Плеер должен сформировать сигналы изображения в виде аналоговых композитных и (или) компонентных сигналов. Многие DVD-плейеры могут записывать и воспроизводить аудиосигналы двух форматов – многоканального «сэрроунд-звука»: Долби АС-3 и «MPEG-2-Audio.

Значение рынка дисков DVD возрастает, так как они широко применяются в различных сферах деятельности, отсюда большая заинтересованность в их производстве. Это обстоятельство стимулирует разработку высокоразрешающих дисков и, следовательно, аппаратов для их применения, как производителей технических средств, так и потребителей. Появились новые разработки дисков, получивших название HD-DVD (High Density – высокая плотность). Новые диски обеспечивают информационную емкость 15 Гбайт на сторону (это 133 мин программы ТВЧ). Если у DVD (красный лазер) минимальная длина питов 0,40 мкм, а шаг дорожек 0,74 мкм, то для DVD (голубой лазер) 0,26 мкм – минимальная длина питов, а шаг дорожек 0,44 мкм. Лучшие результаты получены после разработки новых полупроводниковых лазеров более коротковолнового спектра (ультрафиолетовый, с длиной волны 351 нм) и новых способов нанесения на диск фотослоя толщиной 90 нм, что обеспечивает получение еще более мелкой и резко очерченной структуры питов (без размытости границ). В этих экспериментальных устройствах поток данных в видеоплейере преобразуется четырьмя декодерами MPEG-2 и подается на формирователь сигналов ТВЧ, где частичные изображения составляются вместе и поступают на монитор.

Диаметр диска HD-DVD аналогичен диаметру диска DVD – 12 см. Внутренний радиус зоны записи, как и для DVD, составляет 24 мм, а внешний – 58 мм. Нормализованная скорость воспроизведения увеличена с 3,49 до 4,72 м/с, канальная скорость передачи данных при нормализованной скорости воспроизведения составляет от 26,16 до 54,41 Мбит/с. Полезная скорость передачи данных при нормализованной скорости воспроизведения увеличена с 10,08 до 23,04 Мбит/с. Для записи звука предлагается применение линейной ИКМ, а также Долби АС-3, MPEG-1 и MPEG-2.

Разработки по созданию дисков с повышенной плотностью записи интенсивно ведутся фирмами Pioneer, Sony и др. При использовании магнитооптических материалов или материалов, изменяющих свое фазовое состояние под воздействием лазерного луча (Phase-Change), в настоящее время получены диски с однократной (реверсивные) и с многократной записью для широкого потребительского рынка (DVD-RW диски), которые позволили создать DVD-камкордеры, записывающие и монтажные станции.

Контрольные вопросы

1. Чем отличаются форматы бытовой видеозаписи от форматов профессиональной магнитной записи?

2. Недостатки аналоговой магнитной записи.

3. Преимущества цифровой магнитной видеозаписи перед аналоговой.

4. Четкость изображения, достигается при магнитной видеозаписи в бытовых и профессиональных ВМ.

5. Объяснить механизм ускоренного и замедленного воспроизведения в бытовых видеомагнитофонах. Какие при этом возникают искажения?

6. Работа ВМ в режиме записи по высокой и низкой частоте.

7. Работа ВМ в режиме воспроизведения по высокой и низкой частоте.

8. Конструктивные особенности ВМ в формате VHS-C.

9. Видеомагнитофоны с композитной и компонентной записью видеосигналов.

10. Устройство магнитной видеоленты.

11. Принцип цифровой видеозаписи.

12. Преимущества цифровой видеозаписи на диски (DVD-Video).

Цифровое аудио от А до Я

Перейти к материалуГлавное менюSONY
  • SONY
  • Сайты Sony
  • Фирменный магазин
  • ЭлектроникаЭлектроникаТелевизоры и домашние кинотеатры
    • Все телевизоры и домашние кинотеатры
    • Телевизоры
    • Домашние кинотеатры и саундбары
    • Проигрыватели Blu-ray и DVD
    Просмотреть всеАудио
    • Все аудиотовары
    • Наушники
    • MP3-плееры
    • Аудио высокой четкости
    • Беспроводные АС
    • 360 Reality Audio
    • Акустические системы
    • Аудиосистемы
    • Аудиосистемы
    • Цифровые средства записи голоса
    • Бумбоксы, радио и портативные CD проигрыватели
    • Домашний кинотеатр
    Просмотреть всеФотокамеры
    • Все фотокамеры
    • Камеры со сменной оптикой
    • Объективы
    • Компактные камеры
    Просмотреть всеМобильные
    • Все мобильные телефоны, планшеты и смарт-устройства
    • Смартфоны
    • Аксессуары
    Просмотреть всеВидеокамеры
    • Все видеокамеры
    • Видеокамеры
    • Камеры Action Cam
    • Профессиональные видеокамеры
    Просмотреть всеАвтомобильная электроника
    • Все устройства для автомобилей и яхт
    • Автомагнитолы
    • АС и усилители
    Просмотреть всеНакопители и кабели
    • Все кабели, устройства хранения и источники питания
    • Накопители и карты памяти
    • Кабели
    Просмотреть всеВся электроникаСмотреть профессиональные продукты и решенияВсе акции SonyОзнакомьтесь с текущими акциями Sony и партнеров Все акции SonyПроект α ПрофессионалПосмотрите, как известные фотографы России используют технику Sony. Сайт проекта
  • PlayStation®
  • РазвлеченияРазвлечения
    • Sony Pictures Television
    • PlayStation Store
    BRAVIA теперь с Android TV™Лучшие фильмы, игры и музыка с Android TV для Sony BRAVIA.Совместимые модели телевизоров
  • ПоддержкаПоддержка
    • Поддержка
    • My Sony
    • Сообщество
    Оставайтесь в курсе событий с Sony: узнавайте последние новости, получайте выгодные предложения и уведомления о рекламных акциях.Зарегистрируйтесь сейчас
Выс.
  • РегистрацияВойти
    • Избранное
    • Все акции от Sony
    • Зарегистрировать новый продукт
    • Данные учетной записи
    • Настройки рассылки
    • Сообщество
    • Избранное
    Выйти
  • Избранное
  • Искать Sony

Основные сведения о цифровом представлении звуковой информации. Определение звука. Запись звука.

Тема: Основные сведения о цифровом представлении звуковой информации. Определение звука. Запись звука.

Звукфизическое явление, представляющее собой распространение в виде упругих волн механических колебаний в твёрдой, жидкой или газообразной среде. В узком смысле под звуком имеют в виду эти колебания, рассматриваемые в связи с тем, как они воспринимаются органами чувств животных.

Звукозапись — процесс записи звуковой информации с целью ее сохранения и последующего воспроизведения. Звукозапись производится по схеме: микрофон — усилитель электрических колебаний — устройство, воздействующее на носитель записи.

1. Понятие и основные характеристики цифрового звука.

Цифровой звук — это аналоговый (т.е. непрерывный) звуковой сигнал, представленный посредством дискретных (т.е. отдельных) численных значений его амплитуды.

Характеристика цифрового звука:

1. Частота дискретизацииэто количество измерений громкости звука за одну секунду. Чем выше частота, тем выше звучание. Высота звука измеряется в герцах (Гц, Hz) или килогерцах (КГц, KHz). 1 Гц = 1/с. То есть колебание в 1 Гц соответствует волне с периодом в 1 секунду.

2. Глубина кодирования звука — это количество информации, которое необходимо для кодирования дискретных уровней громкости цифрового звука (измеряется в битах).

Чем больше частота и глубина дискретизации звука, тем более качественным будет звучание оцифрованного звука.

2. Преобразование и воспроизведение звуковой информации.

Процесс преобразования звуковых волн в двоичный код в памяти компьютера:

Аудиоадаптер (звуковая плата) – специальное устройство, подключаемое к компьютеру, предназначенное для преобразования электрических колебаний звуковой частоты в числовой двоичный код при вводе звука и для обратного преобразования (из числового кода в электрические колебания) при воспроизведении звука.

В процессе записи звука аудиоадаптер с определенным периодом измеряет амплитуду электрического тока и заносит в регистр двоичный код полученной величины. Затем полученный код из регистра переписывается в оперативную память компьютера.

Частота дискретизации – это количество измерений входного сигнала за 1 секунду. Частота измеряется в герцах (Гц). Одно измерение за 1 секунду соответствует частоте 1 Гц. 1000 измерений за 1 секунду – 1 килогерц (кГц) = 1000 Гц. Характерные частоты дискретизации аудиоадаптеров: 11 кГц, 22 кГц и др.

Разрядность регистра – число бит в регистре аудиоадаптера. Разрядность определяет точность измерения входного сигнала. Чем больше разрядность, тем меньше погрешность каждого отдельного преобразования величины электрического сигнала в число и обратно. Если разрядность равна 8 (16), то при измерении входного сигнала может быть получено 28 = 256 (216 = 65536) различных значений. Очевидно, что 16 – разрядный аудиоадаптер точнее кодирует и воспроизводит звук, чем 8 – разрядный.

Процесс воспроизведения звуковой информации, сохраненной в памяти ЭВМ:

Звуковой файл – файл, хранящий звуковую информацию в числовой двоичной форме. Как правило, информация в звуковых файлах подвергается сжатию.

Процесс оцифровки звука выполняется аналогово-цифровыми преобразователями (АЦП).

Аналого-цифровой преобразователь (АЦП, англ. Analog-to-digital converter, ADC) — устройство, преобразующее входной аналоговый сигнал в дискретный код (т.е. цифровой сигнал). Обратное преобразование осуществляется при помощи ЦАП (цифро-аналогового преобразователя).

Как правило, АЦП — электронное устройство, преобразующее напряжение в двоичный цифровой код. Тем не менее, некоторые неэлектронные устройства с цифровым выходом, следует также относить к АЦП, например, некоторые типы преобразователей угол-код. Простейшим одноразрядным двоичным АЦП является компаратор.

  1. Принципы оцифровки звука.

Оцифровка звука — технология преобразования аналогового звукового сигнала в цифровой вид. Заключается в осуществлении замеров амплитуды сигнала с определенным временным шагом и последующей записи полученных значений в численном виде. Другое название оцифровки звука — аналогово-цифровое преобразование звука.

Оцифровка звука включает в себя два процесса:

  • процесс дискретизации (осуществление выборки) сигнала по времени

  • процесс квантования по амплитуде.

Процесс дискретизации по времени — процесс получения значений сигнала, который преобразуется, с определенным временным шагом — шагом дискретизации. Количество замеров величины сигнала, осуществляемых в одну секунду, называют частотой дискретизации или частотой выборки, или частотой сэмплирования (от англ. «sampling» — «выборка»). Чем меньше шаг дискретизации, тем выше частота дискретизации и тем более точное представление о сигнале будет получено. Основная трудность оцифровки заключается в невозможности записать измеренные значения сигнала с идеальной точностью.

Линейное (однородное) квантование амплитуды

Отведём для записи одного значения амплитуды сигнала в памяти компьютера N бит. Значит, с помощью одного N -битного слова можно описать 2N разных положений. Пусть амплитуда оцифровываемого сигнала колеблется в пределах от −1 до 1 некоторых условных единиц. Представим этот диапазон изменения амплитуды — динамический диапазон сигнала — в виде 2N −1 равных промежутков, разделив его на 2N уровней — квантов. Теперь, для записи каждого отдельного значения амплитуды, его необходимо округлить до ближайшего уровня квантования. Этот процесс носит название квантования по амплитуде. Квантование по амплитуде — процесс замены реальных значений амплитуды сигнала значениями, приближенными с некоторой точностью. Каждый из 2N возможных уровней называется уровнем квантования, а расстояние между двумя ближайшими уровнями квантования называется шагом квантования. Если амплитудная шкала разбита на уровни линейно, квантование называют линейным (однородным).

Точность округления зависит от выбранного количества (2N) уровней квантования, которое, в свою очередь, зависит от количества бит (N), отведенных для записи значения амплитуды. Число N называют разрядностью квантования (подразумевая количество разрядов, то есть бит, в каждом слове), а полученные в результате округления значений амплитуды числа — отсчетами или сэмплами (от англ. «sample» — «замер»). Принимается, что погрешности квантования, являющиеся результатом квантования с разрядностью 16 бит, остаются для слушателя почти незаметными.

Таким образом, способ оцифровки сигнала — дискретизация сигнала во времени в совокупности с методом однородного квантования — называется импульсно-кодовой модуляцией, ИКМ (англ. Pulse Code Modulation — PCM).

Оцифрованный сигнал в виде набора последовательных значений амплитуды уже можно сохранить в памяти компьютера. В случае, когда записываются абсолютные значения амплитуды, такой формат записи называется PCM (Pulse Code Modulation). Стандартный аудио компакт-диск (CD-DA), применяющийся с начала 80-х годов 20-го столетия, хранит информацию в формате PCM с частотой дискретизации 44.1 кГц и разрядностью квантования 16 бит.

Задача 1. Определить информационный объем стерео аудио файла длительностью звучания 1 секунда при высоком качестве звука (16 битов, 48 кГц).

Запись условия

T=1 сек

I=16 бит

D= 48 кГц

Стерео — ×2

A=?

Решение

A= 2 x T ×I × D

A=1 ×16 × 48 000 × 2= 1536000 бит/8 = 192000 байт/1024 =

187,5 Кбайт

Задача 2. Определить информационный объем цифрового аудио файла длительностью звучания, которого составляет 10 секунд при частоте дискретизации 22,05 кГц и разрешении 8 битов.

Запись условия

T=10 сек

I=8 бит

H= 22,05 кГц

Моно- ×1

V=?

Решение

V= T ×I × H × 1

V=10 ×8 × 22,05 × 1=10 × 8 × 22 050 бит/8 =

220500 байт/1024 = 215,332/1024 Кбайт = 0,21 Мбайт

Задача 3. Определить объем памяти для хранения цифрового аудиофайла, время звучания которого составляет две минуты при частоте дискретизации 44,1 кГц и разрешении 16 битов.

Запись условия

T=2 мин

I= 16 бит

H= 44,1 кГц

Моно- ×1

V=?

Решение

V= T ×I × H × 2

V=2×60 ×16 × 44,1 × 1= (120 × 16 × 44010) бит =

84672000 бит/8= 10584000байт/1024 =

10335,9375 Кбайт/102 = 10,09 Мбайт

Задача 4. В распоряжении пользователя имеется память объемом 2,6 Мб. Необходимо записать цифровой аудиофайл с длительностью звучания 1 минута. Какой должна быть частота дискретизации и разрядность?

Запись условия

V=2,6 Мб

T=1 мин

Моно- ×1

I= ?

H= ?

Решение

V= T ×I × H × 1; I × H= V /  T

I × H= 2,6 Мб/1 мин. =

2,6×1024×1024×8 бит/ 60 сек=21810380,8/60=

363506,237

363506,237/8=45438,3

363506,237/16=22719,15

Ответ.

Если I=8 ,бит, то H=44,1 кГц.

Если I=16 бит, то H=22,05 кГц.

Домашнее задание: Решить задачи 5-9.

Задача 5. Объем свободной памяти на диске — 5,25 Мб, разрядность звуковой платы — 16 бит. Какова длительность звучания цифро­вого аудиофайла, записанного с частотой дискретизации 22,05 кГц?

Задача 6. Одна минута записи цифрового аудиофайла занимает на диске 1,3 Мб, разрядность звуковой платы — 8. С какой частотой дискретизации записан звук?

Задача 7. Какой объем памяти требуется для хранения цифрового аудиофайла с записью звука высокого качества при условии, что время звучания составляет 3 минуты?

Задача 8. Две минуты записи цифрового аудиофайла занимают на диске 5,05 Мб. Частота дискретизации — 22 050 Гц. Какова разрядность аудиоадаптера?

Задача 9. Объем свободной памяти на диске — 0,1 Гб, разрядность звуковой платы — 16. Какова длительность звучания цифрового аудиофайла, записанного с частотой дискретизации 44 100 Гц?

Звукозапись и воспроизведение — Sound recording and reproduction

запись звука и его воспроизведение

«Диктофон» перенаправляется сюда. Информацию о компьютерной программе аудиозаписи см. В разделе Диктофон (Windows) .

Звукозапись и воспроизведение — это электрическая , механическая , электронная или цифровая запись и воссоздание звуковых волн, таких как разговорный голос, пение, инструментальная музыка или звуковые эффекты . Двумя основными классами технологий звукозаписи являются аналоговая запись и цифровая запись .

Акустическая аналоговая запись достигается с помощью диафрагмы микрофона, которая воспринимает изменения атмосферного давления, вызванные акустическими звуковыми волнами, и записывает их как механическое представление звуковых волн на носителе, таком как запись фонографа (в которой стилус прорезает бороздки на пластинке) . При записи на магнитную ленту звуковые волны вибрируют диафрагму микрофона и преобразуются в переменный электрический ток , который затем преобразуется в переменное магнитное поле с помощью электромагнита , который создает представление звука в виде намагниченных участков на пластиковой ленте с магнитное покрытие на нем. Воспроизведение аналогового звука — это обратный процесс, когда диафрагма громкоговорителя большего размера вызывает изменения атмосферного давления с образованием акустических звуковых волн.

Цифровая запись и воспроизведение преобразует аналоговый звуковой сигнал, уловленный микрофоном, в цифровую форму посредством процесса дискретизации . Это позволяет хранить и передавать аудиоданные с помощью более широкого спектра носителей. Цифровая запись хранит звук в виде последовательности двоичных чисел (нулей и единиц), представляющих выборки амплитуды звукового сигнала через равные интервалы времени, с частотой дискретизации, достаточно высокой для передачи всех звуков, которые можно услышать . Цифровой звуковой сигнал должен быть переделан для аналоговой формы во время воспроизведения , прежде чем он будет усилен и подключен к громкоговорителю для воспроизведения звука.

До развития звукозаписи существовали механические системы, такие как заводные музыкальные шкатулки, а затем и пианино , для кодирования и воспроизведения инструментальной музыки.

Ранняя история

Механический орган, 1650 г.

Задолго до того, как звук был впервые записан, музыка была записана — сначала с помощью нотной записи , затем также с помощью механических устройств (например, заводных музыкальных шкатулок , в которых механизм вращает шпиндель, который выщипывает металлические зубцы, воспроизводя таким образом мелодию ). Автоматическое воспроизведение музыки восходит к IX веку, когда братья Бану Муса изобрели самый ранний из известных механических музыкальных инструментов, в данном случае гидроэнергетический (приводимый в действие водой) орган, который играл на сменных цилиндрах. Согласно Чарльзу Б. Фаулеру, этот «… цилиндр с выступающими штырями на поверхности оставался основным устройством для механического воспроизведения и воспроизведения музыки до второй половины девятнадцатого века». Братья Бану Муса также изобрели автоматический флейтист , который, похоже, был первым программируемым устройством .

Резьба в Росслинской капелле 1560-х годов может представлять собой раннюю попытку записать звуковые узоры Хладни на каменных изображениях, хотя эта теория не была окончательно доказана.

В XIV веке во Фландрии появился механический звонок, управляемый вращающимся цилиндром . Подобные конструкции появились в шарманках (15 век), музыкальных часах (1598), бочковых роялях (1805) и музыкальных шкатулках (ок. 1800). Музыкальная шкатулка — это автоматический музыкальный инструмент, который издает звуки с помощью набора штифтов, помещенных на вращающийся цилиндр или диск, чтобы выщипать настроенные зубцы (или ламели ) стального гребня.

В ярмарочном органе , разработанном в 1892 году, использовалась система перфорированных картонных книг, сложенных гармошкой. В пианино , впервые продемонстрированном в 1876 году, использовался свиток из перфорированной бумаги, в котором можно было хранить длинные музыкальные произведения. Самые сложные пианино исполнялись «вручную», что означало, что они были дубликатами мастер-ролла, который был создан на специальном пианино, которое пробивало отверстия в мастере, когда живой исполнитель играл песню. Таким образом, рулон представляет собой запись фактического выступления человека, а не просто более распространенный метод перфорации мастер-ролла посредством транскрипции нот. Эта технология записи живого исполнения на рояль не была разработана до 1904 года. Пианино находилось в непрерывном массовом производстве с 1896 по 2008 год. В деле об авторском праве в 1908 году Верховный суд США отметил, что только в 1902 году было от 70 000 до 75 000 исполнителей. произведено пианино и произведено от 1 000 000 до 1 500 000 рулонов пианино.

Фонавтограф

Первым устройством, которое могло записывать реальные звуки, когда они проходят по воздуху (но не могло их воспроизводить — целью было только визуальное исследование), был фонавтограф , запатентованный в 1857 году парижским изобретателем Эдуард-Леон Скотт де Мартинвиль . Самыми ранними известными записями человеческого голоса являются фонавтографические записи, называемые фонавтограммами , сделанные в 1857 году. Они состоят из листов бумаги с белыми линиями, модулированными звуковой волной, созданными вибрирующим стилусом, который прорезает слой сажи по мере прохождения бумаги. под ним. Фонавтограмма 1860 года французской народной песни Au Clair de la Lune впервые была воспроизведена как звук в 2008 году путем ее сканирования и использования программного обеспечения для преобразования волнообразной линии, которая графически кодировала звук, в соответствующий цифровой аудиофайл. .

Фонограф

Цилиндр фонографа

30 апреля 1877 года французский поэт, писатель-юморист и изобретатель Шарль Кро представил запечатанный конверт с письмом в Академию наук в Париже, полностью объясняя предложенный им метод, названный палеофоном. Хотя никаких следов работающего палеофона так и не было найдено, историки помнят Кроса как первого изобретателя звукозаписывающей и воспроизводящей машины.

Первым практическим устройством записи и воспроизведения звука был механический цилиндр фонографа , изобретенный Томасом Эдисоном в 1877 году и запатентованный в 1878 году. Изобретение вскоре распространилось по всему миру, и в течение следующих двух десятилетий коммерческая запись, распространение и продажа звукозаписей стали это растущая новая международная индустрия, в которой к началу 1900-х годов были проданы миллионы наименований. Развитие методов массового производства позволило цилиндрическим пластинкам стать основным новым потребительским товаром в индустриальных странах, а цилиндры были основным форматом потребителей с конца 1880-х годов примерно до 1910 года.

Дисковый фонограф

Запись голоса Белла на восковом диске 1885 года, идентифицирована в 2013 году [подробнее] Эмиль Берлинер с граммофоном пластинки

Следующим крупным техническим достижением было изобретение граммофонной пластинки , которую обычно приписывают Эмилю Берлинеру и запатентовали в 1887 году, хотя другие демонстрировали аналогичные дисковые устройства ранее, в первую очередь Александр Грэм Белл в 1881 году. Диски было проще производить, транспортировать и хранить. и у них было дополнительное преимущество — они были немного громче, чем цилиндры. Продажи граммофонной пластинки превысили цилиндр ок. 1910 г., а к концу Первой мировой войны диск стал доминирующим коммерческим форматом записи. Эдисон, который был основным производителем цилиндров, создал Edison Disc Record в попытке вернуть себе рынок. Двусторонний (номинально 78 об / мин) диск из шеллака был стандартным потребительским музыкальным форматом с начала 1910-х до конца 1950-х годов. В различных вариациях формат аудиодиска стал основным носителем для потребительских звукозаписей до конца 20 века.

Хотя общепринятой скорости не существовало, и различные компании предлагали диски, которые воспроизводились на нескольких разных скоростях, основные звукозаписывающие компании в конечном итоге остановились на фактическом промышленном стандарте номинально 78 оборотов в минуту. Указанная скорость составляла 78,26 об / мин в Америке и 77,92 об / мин во всем остальном мире. Разница в скоростях происходила из-за разницы в тактовых частотах переменного тока, питавшего стробоскопы, используемые для калибровки записывающих станков и поворотных столов. Номинальная скорость формата диска послужила причиной его общего прозвища «семьдесят восемь» (хотя только после того, как стали доступны другие скорости). Диски изготавливались из шеллака или подобных хрупких материалов, похожих на пластик, и игрались иглами из различных материалов, включая низкоуглеродистую сталь, шип и даже сапфир. У дисков был явно ограниченный срок службы, который варьировался в зависимости от того, как они были изготовлены.

Раньше чисто акустические методы записи имели ограниченную чувствительность и частотный диапазон. Ноты среднечастотного диапазона можно было записать, но нельзя было записать очень низкие и очень высокие частоты. Такие инструменты, как скрипка, было трудно перенести на диск. Один из способов справиться с этим заключается в использовании скрипки Стро, в которой используется конический рог, соединенный с диафрагмой, которая, в свою очередь, соединяется со скрипичным мостом. Когда была разработана электрическая запись, рог больше не понадобился.

Долгоиграющие 33 1 / 3 оборотов в минуте микроканавки LP запись , была разработана в Columbia Records , и введена в 1948 году короткие игр , но удобно 7 дюймов (18 см) 45 оборотов в минуте микроканавка винил сингл была введена RCA Victor в 1949 году. В США и наиболее развитых странах к концу 1950-х годов два новых виниловых формата полностью заменили диски из шеллака со скоростью вращения 78 об / мин, но в некоторых уголках мира 78-й формат сохранился до 1960-х годов. Винил был намного дороже шеллака, что было одним из факторов, делавших его использование для пластинок со скоростью вращения 78 об / мин очень необычным, но с долгоиграющим диском добавленная стоимость была приемлемой. Компактный формат 45 требует очень мало материала. Винил обеспечивает улучшенные характеристики как при штамповке, так и при воспроизведении. Виниловые пластинки излишне оптимистично рекламировались как «небьющиеся». Это не так, но они были гораздо менее хрупкими, чем шеллак, который когда-то рекламировался как «небьющийся» по сравнению с восковыми цилиндрами.

Электрическая запись

RCA-44, классический ленточный микрофон, представленный в 1932 году. Подобные устройства широко использовались для записи и радиовещания в 1940-х годах и иногда используются до сих пор.

Звукозапись началась как чисто механический процесс. За исключением нескольких грубых записывающих устройств на базе телефона без средств усиления, таких как телеграфон , он оставался таковым до 1920-х годов. Между изобретением фонографа в 1877 году и первыми коммерческими цифровыми записями в начале 1970-х, возможно, самой важной вехой в истории звукозаписи было введение того, что тогда называлось электрической записью , в которой микрофон использовался для преобразования звука. звук в электрический сигнал, который усиливался и использовался для приведения в действие записывающего стилуса. Это нововведение устранило характерные для акустического процесса резонансы «звука рожка», позволило получить более четкие и полные записи за счет значительного расширения полезного диапазона звуковых частот и позволило захватывать ранее не записываемые далекие и слабые звуки. За это время несколько связанных с радио разработок в электронике сошлись, чтобы произвести революцию в процессе записи. К ним относятся улучшенные микрофоны и вспомогательные устройства, такие как электронные фильтры, все зависит от электронного усиления, чтобы их можно было использовать при записи.

В 1906 году Ли Де Форест изобрел вакуумную лампу на триоде Audion , электронный клапан, который мог усиливать слабые электрические сигналы. К 1915 году он использовался в междугородных телефонных сетях, что делало разговоры между Нью-Йорком и Сан-Франциско практичными. Усовершенствованные версии этой лампы были основой всех электронных звуковых систем до коммерческого внедрения первых аудиоустройств на основе транзисторов в середине 1950-х годов.

Во время Первой мировой войны инженеры в Соединенных Штатах и ​​Великобритании работали над способами записи и воспроизведения, среди прочего, звука немецкой подводной лодки в учебных целях. Методы акустической записи того времени не могли точно воспроизводить звуки. Первые результаты не были обнадеживающими.

Первая электрическая запись, выпущенная для публики без особой помпы, была сделана 11 ноября 1920 года на похоронах Неизвестного воина в Вестминстерском аббатстве в Лондоне. Инженеры звукозаписи использовали микрофоны того типа, который используется в современных телефонах. Четверо были незаметно установлены в аббатстве и подключены к записывающему оборудованию в автомобиле снаружи. Хотя использовалось электронное усиление, звук был слабым и нечетким. Однако в результате процедуры была получена запись, которая в других обстоятельствах была бы невозможна при данных обстоятельствах. В течение нескольких лет этот малоизвестный диск оставался единственной выпущенной электрической записью.

Несколько звукозаписывающих компаний и независимых изобретателей, в частности Орландо Марш , экспериментировали с оборудованием и методами электрической записи в начале 1920-х годов. Электрически записанные Autograph Records уже продавались публике в 1924 году, за год до первых таких предложений от крупных звукозаписывающих компаний, но их общее качество звука было слишком низким, чтобы продемонстрировать какое-либо очевидное преимущество перед традиционными акустическими методами. Микрофонная техника Марша была своеобразной, и его работа практически не повлияла на системы, разрабатываемые другими.

Гигант телефонной индустрии Western Electric имел исследовательские лаборатории с материальными и человеческими ресурсами, с которыми не могла сравниться ни одна звукозаписывающая компания или независимый изобретатель. У них был лучший микрофон конденсаторного типа, разработанный там в 1916 году и значительно улучшенный в 1922 году, а также лучшие усилители и испытательное оборудование. Они уже запатентовали электромеханический рекордер в 1918 году, а в начале 1920-х годов они решили интенсивно применить свое оборудование и знания для разработки двух современных систем для электронной записи и воспроизведения звука: в одной использовались обычные диски, а в другой — записанные оптически на кинопленку. Их инженеры первыми начали использовать механические аналоги электрических цепей и разработали превосходный рекордер с «резиновой линией» для вырезания канавки в восковой мастере в системе записи дисков.

К 1924 году был достигнут такой значительный прогресс, что Western Electric организовала демонстрацию для двух ведущих звукозаписывающих компаний, Victor Talking Machine Company и Columbia Phonograph Company . Оба вскоре лицензировали систему и оба сделали свои первые опубликованные электрические записи в феврале 1925 года, но ни одна из них не выпустила их только несколько месяцев спустя. Чтобы не сделать существующие каталоги мгновенно устаревшими, два давних главных соперника согласились в частном порядке не публиковать новый процесс до ноября 1925 года, когда к этому времени будет доступно достаточно электрически записанного репертуара для удовлетворения ожидаемого спроса. В течение следующих нескольких лет более мелкие звукозаписывающие компании лицензировали или разработали другие электрические записывающие системы. К 1929 году только бюджетный лейбл Harmony все еще выпускал новые записи, сделанные с помощью старого акустического процесса.

Сравнение некоторых сохранившихся тестовых записей Western Electric с ранними коммерческими релизами показывает, что звукозаписывающие компании искусственно уменьшили частотный диапазон записей, чтобы не перегружать неэлектронное воспроизводящее оборудование, которое воспроизводило очень низкие частоты как неприятный дребезжание и быстро изнашивало диски. сильно записал высокие частоты.

Другие форматы записи

В 1920-х годах Phonofilm и другие звуковые системы ранних фильмов использовали технологию оптической записи , при которой аудиосигнал графически записывался на фотопленку. Изменения амплитуды, составляющие сигнал, использовались для модуляции источника света, который отображался на движущейся пленке через узкую щель, что позволяло фотографировать сигнал как изменения плотности или ширины звуковой дорожки . В проекторе использовался постоянный свет и фотодетектор, чтобы преобразовать эти изменения обратно в электрический сигнал, который усиливался и отправлялся в громкоговорители за экраном. Оптический звук стал стандартной аудиосистемой для кинофильмов во всем мире и остается таковой для театральных фильмов, несмотря на попытки в 1950-х годах заменить магнитные саундтреки. В настоящее время все печатные издания на 35-миллиметровой кинопленке включают аналоговую оптическую звуковую дорожку, обычно стерео с шумоподавлением Dolby SR . Кроме того, вероятно, будет присутствовать оптически записанная цифровая звуковая дорожка в формате Dolby Digital и / или Sony SDDS. Также обычно включается оптически записанный временной код для синхронизации компакт-дисков, содержащих саундтрек DTS.

В этот период также произошло несколько других исторических событий, включая введение первой практической системы магнитной звукозаписи, магнитного записывающего устройства , которое было основано на работе датского изобретателя Вальдемара Поульсена . Магнитные записывающие устройства были эффективны, но качество звука было плохим, поэтому в период между войнами они в основном использовались для записи голоса и продавались как диктофоны для бизнеса. В 1924 году немецкий инженер Курт Стилле усовершенствовал Телеграфон с помощью электронного усилителя. В следующем году Людвиг Блаттнер начал работу, которая в конечном итоге произвела Blattnerphone, в котором вместо проволоки использовалась стальная лента. BBC начал использовать Blattnerphones в 1930 году для записи радиопрограмм. В 1933 году компания пионера радио Гульельмо Маркони приобрела права на Blattnerphone, и недавно разработанные магнитофоны Marconi-Stille были установлены в студии BBC Maida Vale в марте 1935 года. Лента, используемая в магнитофонах Blattnerphones и Marconi-Stille, была тем же материалом. использовались для изготовления бритвенных лезвий, и неудивительно, что устрашающие рекордеры Маркони-Стилле считались настолько опасными, что техническим специалистам приходилось управлять ими из другой комнаты в целях безопасности. Из-за требуемых высоких скоростей записи они использовали огромные катушки диаметром около одного метра, и тонкая лента часто рвалась, отправляя зазубренные куски острой стали летать по студии.

Магнитная лента

Магнитные аудиокассеты: ацетатная основа (слева) и полиэфирная основа (справа)

Запись на магнитную ленту использует усиленный электрический звуковой сигнал для создания аналогичных вариаций магнитного поля, создаваемого ленточной головкой , которое воздействует на соответствующие вариации намагниченности движущейся ленты. В режиме воспроизведения путь сигнала меняется на противоположный, головка ленты действует как миниатюрный электрический генератор, когда по ней проходит лента с различным намагничиванием. Первоначальная прочная стальная лента была заменена гораздо более практичной бумажной лентой с покрытием, но вскоре ацетат заменил бумагу в качестве стандартной основы ленты. Ацетат имеет довольно низкую прочность на разрыв, и если он очень тонкий, он легко сломается, поэтому его, в свою очередь, в конечном итоге вытеснил полиэстер. Эта технология, лежащая в основе почти всей коммерческой записи с 1950-х по 1980-е годы, была разработана в 1930-х годах немецкими звукоинженерами, которые также заново открыли принцип смещения переменного тока (впервые использованный в 1920-х годах для проводных магнитофонов ), который значительно улучшил частоту отклик магнитофонных записей. K1 Magnetophon был первым практичным магнитофоном, разработанным AEG в Германии в 1935 году. Технология была усовершенствована сразу после Второй мировой войны американским звукорежиссером Джоном Т. Маллиным при поддержке Bing Crosby Enterprises. Первые рекордеры Маллина были модификациями трофейных немецких магнитофонов. В конце 1940-х годов компания Ampex выпустила первые магнитофоны, коммерчески доступные в США.

Типичная компакт-кассета

Магнитная лента привела к радикальным изменениям как в радио, так и в звукозаписывающей индустрии. Звук можно было записывать, стирать и повторно записывать на одну и ту же ленту много раз, звуки можно было дублировать с ленты на ленту с незначительной потерей качества, а записи теперь можно было очень точно редактировать, физически разрезая ленту и соединяя ее.

Через несколько лет после появления первого коммерческого магнитофона — модели Ampex 200 , выпущенной в 1948 году, — американский музыкант-изобретатель Лес Пол изобрел первый многодорожечный магнитофон , положив начало новой технической революции в звукозаписывающей индустрии. Лента позволила сделать первые звукозаписи, полностью созданные с помощью электронных средств, открыв путь для смелых звуковых экспериментов школы Musique Concrète и таких авангардных композиторов, как Карлхайнц Штокхаузен , что, в свою очередь, привело к созданию новаторских записей поп-музыки таких исполнителей, как The Битлз и пляжные парни .

Простота и точность монтажа на магнитной ленте по сравнению с громоздкими процедурами редактирования с диска на диск, которые ранее использовались ограниченно, вместе с неизменно высоким качеством звука на магнитной ленте, наконец, убедили радиосети регулярно предварительно записывать свои развлекательные программы, большая часть которых раньше была в прямом эфире. Кроме того, впервые вещательные компании, регулирующие органы и другие заинтересованные стороны получили возможность проводить комплексную аудиозапись ежедневных радиопередач. Такие инновации, как мультитрекинг и ленточное эхо, позволили создавать радиопрограммы и рекламу с высоким уровнем сложности и сложности. Сочетание таких инноваций, как картридж с бесконечным циклом вещания, привело к значительным изменениям в ритме и стиле производства содержания радиопрограмм и рекламы.

Стерео и Hi-Fi

В 1881 году во время экспериментов по передаче звука из Парижской оперы было замечено, что за движением певцов на сцене можно было следить, если наушники, подключенные к разным микрофонам, были поднесены к двум ушам. Это открытие было коммерциализировано в 1890 году с помощью системы Théâtrophone , которая проработала более сорока лет до 1932 года. В 1931 году Алан Блюмлейн , британский инженер-электронщик, работавший в EMI , разработал способ заставить звучание актера в фильме повторять его движения. по экрану. В декабре 1931 года он подал заявку на патент, включая идею, и в 1933 году он стал патентом Великобритании под номером 394325. В течение следующих двух лет Блюмлейн разработал стереомикрофоны и стереонарезную головку для дисков и записал несколько короткометражных фильмов со стереофоническими звуковыми дорожками.

В 1930-х годах эксперименты с магнитной лентой позволили разработать первые практические коммерческие звуковые системы, которые могли записывать и воспроизводить стереофонический звук высокой точности . Эксперименты со стерео в 1930-е и 1940-е годы затруднялись проблемами с синхронизацией. Большой прорыв в практическом стереозвуке был сделан Bell Laboratories , которая в 1937 году продемонстрировала практическую систему двухканального стерео, используя двойные оптические звуковые дорожки на пленке. Крупные киностудии быстро разработали трех- и четырехдорожечные звуковые системы, и первая стереозвук для коммерческого фильма была сделана Джуди Гарланд для фильма MGM « Слушай, дорогая» в 1938 году. Первым коммерчески выпущенным фильмом со стереофоническим саундтреком был Fantasia Уолта Диснея , выпущенная в 1940 году. В выпуске 1941 года Fantasia использовалась звуковая система » Fantasound «. Эта система использовала отдельную пленку для звука, синхронизированную с пленкой, несущей изображение. Звуковой фильм имел четыре оптических звуковых дорожки двойной ширины, три для левого, центрального и правого звука, а четвертый в качестве «контрольной» дорожки с тремя записанными тонами, которые контролировали громкость воспроизведения трех звуковых каналов. Из-за сложного оборудования, необходимого для этой системы, Дисней представил фильм как выездное шоу, и только в Соединенных Штатах. В регулярных выпусках фильма использовалась стандартная моно-оптическая 35-миллиметровая пленка до 1956 года, когда Дисней выпустил фильм со стереофонической звуковой дорожкой, в которой использовалась четырехдорожечная магнитная звуковая система Cinemascope .

Немецкие звукоинженеры, работавшие над магнитной лентой, разработали стереозапись к 1941 году, хотя в 1939 году существовала двухтрековая монофоническая двухтактная техника. Из 250 стереофонических записей, сделанных во время Второй мировой войны, сохранились только три: 5-й фортепианный концерт Бетховена с Уолтером Гизекингом и Артуром Ротером , Серенада Брамса и последняя часть 8-й симфонии Брукнера с фон Караяном. Общество звукоинженеров выпустило все эти записи на компакт-дисках . ( Варез Сарабанда выпустила концерт Бетховена на LP, и с тех пор он несколько раз переиздавался на компакт-дисках). Считается, что другие ранние немецкие стереофонические записи были уничтожены в результате бомбардировок. Только после того, как Ampex представила первые коммерческие двухдорожечные магнитофоны в конце 1940-х, запись на магнитную ленту стала коммерчески возможной. Однако, несмотря на доступность многодорожечной ленты, стерео не стало стандартной системой для коммерческой записи музыки в течение нескольких лет и оставалось специализированным рынком в течение 1950-х годов. EMI (Великобритания) была первой компанией, выпустившей коммерческие стереофонические ленты. Они выпустили свою первую кассету Stereosonic в 1954 году. За ними быстро последовали и другие под лейблами His Master’s Voice и Columbia. Было выпущено 161 стереозвука, в основном записи классической музыки или лирических записей. RCA импортировала эти ленты в США.

Двухдорожечные стереофонические кассеты были более успешными в Америке во второй половине 1950-х годов. Они дублировались в реальном времени (1: 1) или с удвоенной нормальной скоростью (2: 1), тогда как более поздние 4-дорожечные ленты часто дублировались со скоростью до 16 раз выше нормальной, что во многих случаях приводило к более низкому качеству звука. Ранние американские двухдорожечные стереофонические ленты были очень дорогими. Типичным примером является прайс-лист на катушки Sonotape / Westminster: 6,95 долларов США, 11,95 долларов США и 17,95 долларов США для серий 7000, 9000 и 8000 соответственно. Некоторые кассеты HMV, выпущенные в США, также стоят до 15 долларов. История стереозаписи изменилась после того, как в конце 1957 года был выпущен стереофонический диск Westrex , в котором использовался формат канавок, разработанный ранее Блюмлейном. Компания Decca Records в Англии выпустила в 1940-х годах FFRR (запись в полном частотном диапазоне), которая стала международно признанным мировым стандартом более качественной записи на виниловые пластинки. Ансерма запись Игорь Стравинский «s Петрушки была ключевой в развитии полных записей частотного диапазона и оповещением прослушивания общественности к высокой верности в 1946 году.

Звукозаписывающие компании сводили самые популярные музыкальные синглы в монофонический звук до середины 1960-х годов, а затем обычно выпускали основные записи как в моно, так и в стерео до начала 1970-х. Многие поп-альбомы 1960-х, доступные только в стерео, в 2000-х были первоначально выпущены только в моно, и звукозаписывающие компании производили «стерео» версии этих альбомов, просто разделяя два трека на основной кассете, создавая «псевдостерео». В середине шестидесятых, когда стереозвук стал более популярным, многие монофонические записи (например, The Beach Boys ‘ Pet Sounds ) были ремастерированы с использованием так называемого метода « фальшивого стерео », который распределял звук по стерео-полю, направляя более высокие частоты. звук в один канал, а низкочастотные звуки в другой.

1950-е по 1980-е годы

Магнитная лента изменила индустрию звукозаписи. К началу 1950-х годов большая часть коммерческих записей была сделана на магнитной ленте вместо записи непосредственно на диск. Лента позволяла манипулировать в процессе записи, что было непрактично для миксов и нескольких поколений непосредственно записанных дисков. Ранним примером является запись Les Paul 1951 года How High the Moon , на которой Пол сыграл восемь наложенных гитарных треков. В 1960-х Брайан Уилсон из The Beach Boys , Фрэнк Заппа и The Beatles (с продюсером Джорджем Мартином ) были одними из первых популярных артистов, которые исследовали возможности многодорожечной записи и эффектов на своих знаковых альбомах Pet Sounds , Freak Out! , и сержант. Группа клуба одиноких сердец Пеппера .

Следующим важным нововведением были ленточные системы на основе небольших картриджей , наиболее известной из которых является компактная кассета , выпущенная на рынок компанией Philips Electronics в 1964 году. Первоначально формат с низкой точностью воспроизведения речи и непригодный для воспроизведения музыки, после ряда улучшений он полностью заменил конкурирующие форматы: более крупную 8-дорожечную ленту (используемую в основном в автомобилях) и довольно похожую «Deutsche Cassette» разработан немецкой компанией Grundig. Эта последняя система не была особенно распространена в Европе и практически неслыханной в Америке. Компактная кассета стала основным потребительским аудиоформатом, а достижения в области электронной и механической миниатюризации привели к разработке Sony Walkman , карманного кассетного плеера, представленного в 1979 году. Walkman был первым персональным музыкальным плеером, который дал серьезный толчок развитию продажи предварительно записанных кассет, которые стали первым широко успешным форматом выпуска, в котором использовался перезаписываемый носитель: виниловая пластинка была носителем только для воспроизведения и коммерчески предварительно записанными кассетами для катушечных кассетных магнитофонов , с которыми многие потребители столкнулись с трудностями в эксплуатации , никогда не были более чем необычным нишевым товаром на рынке.

Ключевым достижением в области качества звука стала система шумоподавления Dolby A , изобретенная Рэем Долби и представленная в профессиональных студиях звукозаписи в 1966 году. Она подавляла свет, но иногда довольно заметный устойчивый фон шипения, который был единственным легко слышимым недостатком мастеринга. на ленту вместо записи непосредственно на диск. Конкурирующая система dbx , изобретенная Дэвидом Блэкмером, также нашла успех в профессиональном аудио. Более простой вариант системы шумоподавления Dolby, известный как Dolby B, значительно улучшил звук при записи на кассету, уменьшив особенно высокий уровень шипения, вызванного уменьшенным форматом кассеты. Он и его варианты со временем нашли широкое применение в звукозаписывающей и киноиндустрии. Dolby B сыграл решающую роль в популяризации и коммерческом успехе кассеты как домашнего носителя записи и воспроизведения, и он стал стандартной функцией на быстрорастущем рынке домашних и автомобильных стереосистем в 1970-х годах и позже. Формат компактной кассеты также получил огромную выгоду от усовершенствований самой ленты, поскольку были разработаны покрытия с более широкими частотными характеристиками и меньшим собственным шумом, часто на основе оксидов кобальта и хрома в качестве магнитного материала вместо более обычного оксида железа.

Многодорожечный аудиокартридж широко использовался в радиопромышленности с конца 1950-х до 1980-х годов, но в 1960-х предварительно записанный 8-дорожечный картридж был запущен как потребительский аудиоформат Биллом Лиром из авиастроительной компании Lear Jet. (и хотя его правильное название было «Реактивный патрон Лира», оно редко упоминалось как таковое). Направленные в первую очередь на автомобильный рынок, они были первыми практичными и доступными автомобильными Hi-Fi системами, которые могли обеспечивать качество звука, превосходящее качество звука на компактных кассетах. Однако меньший размер и большая долговечность, дополненная возможностью создавать домашние музыкальные «компиляции», поскольку 8-трековые рекордеры были редкостью, сделали кассету доминирующим потребительским форматом для портативных аудиоустройств в 1970-х и 1980-х годах.

Эксперименты с многоканальным звуком проводились в течение многих лет — обычно для специальных музыкальных или культурных мероприятий, — но первое коммерческое применение этой концепции появилось в начале 1970-х годов с появлением квадрафонического звука. Эта побочная разработка многодорожечной записи использовала четыре трека (вместо двух, используемых в стерео) и четыре динамика для создания звукового поля на 360 градусов вокруг слушателя. После выпуска первых потребительских 4-канальных систем Hi-Fi было выпущено несколько популярных альбомов в одном из конкурирующих четырехканальных форматов; Среди наиболее известны Майк Олдфилд «s Колокола и Pink Floyd » s Темная сторона Луны . Квадрафонический звук не имел коммерческого успеха, отчасти из-за конкурирующих и в некоторой степени несовместимых четырехканальных звуковых систем (например, CBS , JVC , Dynaco и другие имели свои системы) и в целом низкого качества, даже при воспроизведении по назначению на правильном оборудовании. выпущенная музыка. В конце концов он исчез в конце 1970-х годов, хотя это раннее предприятие проложило путь к возможному внедрению домашних систем объемного звучания в домашних кинотеатрах, которые приобрели огромную популярность с момента появления DVD. Это широкое распространение произошло, несмотря на путаницу, вызванную множеством доступных стандартов объемного звука.

Аудио компоненты

Замена относительно хрупкого термоэлектронного клапана ( вакуумная трубки ) с помощью меньшего, более легкого веса, охладитель-бега, менее дорогой, более надежные и менее энергоемкого транзистор также ускоряется продажа потребительской высокой верности « Привет-Fi » звуковые системы с 1960-х годов. В 1950-х годах большинство проигрывателей были монофоническими и имели относительно низкое качество звука. Немногие потребители могли позволить себе высококачественные стереофонические звуковые системы. В 1960-х годах американские производители представили новое поколение «модульных» Hi-Fi компонентов — отдельные проигрыватели виниловых пластинок, предварительные усилители, усилители, объединенные как интегрированные усилители, магнитофоны и другое вспомогательное оборудование, такое как графический эквалайзер , которое можно было подключить. вместе, чтобы создать полноценную домашнюю аудиосистему. Эти разработки были быстро подхвачены крупными японскими производителями электроники, которые вскоре наводнили мировой рынок относительно доступными высококачественными транзисторными аудиокомпонентами. К 1980-м годам такие корпорации, как Sony, стали мировыми лидерами в индустрии записи и воспроизведения музыки.

Цифровая запись

Графическое представление звуковой волны в аналоговом (красный) и 4-битном цифровом (синий) виде.

Появление цифровой звукозаписи, а затем и компакт-диска (CD) в 1982 году принесло значительные улучшения в долговечность потребительских записей. Этот компакт-диск инициировал новую волну масштабных изменений в индустрии потребительской музыки, и к середине 1990-х виниловые пластинки фактически отошли к небольшой нише рынка. Однако звукозаписывающая индустрия яростно сопротивлялась внедрению цифровых систем, опасаясь массового пиратства на носителе, способном производить идеальные копии оригинальных выпущенных записей.

Цифровой диктофон от Sony

Самые последние и революционные достижения относятся к цифровой записи, включая развитие различных форматов несжатых и сжатых цифровых аудиофайлов , процессоров, способных и достаточно быстрых для преобразования цифровых данных в звук в реальном времени , и недорогого запоминающего устройства . Это привело к появлению новых типов портативных цифровых аудиоплееров . Минидиск игрок, используя ATRAC сжатие на небольших, дешево, повторно записываемые дисках был введен в 1990 — х годах , но стал устаревают в качестве твердотельной энергонезависимой флэш — памяти упал в цене. По мере того, как становятся доступными технологии, увеличивающие объем данных, которые могут храниться на одном носителе, например Super Audio CD , DVD-A , Blu-ray Disc и HD DVD , на один диск помещаются более длинные программы более высокого качества. Звуковые файлы легко загружаются из Интернета и других источников и копируются на компьютеры и цифровые аудиоплееры. Цифровые аудиотехнологии теперь используются во всех областях звука, от случайного использования музыкальных файлов среднего качества до самых требовательных профессиональных приложений. Появились новые приложения, такие как интернет-радио и подкастинг .

Технологические разработки в области записи, редактирования и потребления изменили индустрию звукозаписи , кино и телевидения за последние десятилетия. Редактирование звука стало возможным с изобретением записи на магнитную ленту , но такие технологии, как MIDI (цифровой интерфейс музыкальных инструментов), синтез звука позволили композиторам и артистам лучше контролировать. Эти технологии цифрового звука и запоминающие устройства снизили затраты на запись и маркетинг, поэтому высококачественные цифровые записи могут производиться в небольших студиях.

Сегодня процесс создания записи разделен на трекинг, микширование и мастеринг . Многодорожечная запись позволяет захватывать сигналы с нескольких микрофонов или с разных дублей на ленту, диск или запоминающее устройство с максимальным запасом мощности и качеством, обеспечивая ранее недоступную гибкость на этапах микширования и мастеринга.

Программного обеспечения

Существует множество различных программ для записи и обработки цифрового звука, работающих под управлением нескольких компьютерных операционных систем для всех целей, от обычных пользователей (например, человек из малого бизнеса, записывающий свой список дел на недорогом цифровом записывающем устройстве) до серьезных любителей ( неподписанная «инди» группа, записывающая демо на ноутбуке) профессиональным звукорежиссерам , которые записывают альбомы, музыку к фильмам и занимаются звуковым дизайном для видеоигр . Полный список приложений для цифровой записи доступен в статье о цифровых рабочих станциях . Программное обеспечение для цифровой диктовки для записи и расшифровки речи имеет разные требования; разборчивость и гибкие возможности воспроизведения являются приоритетами, тогда как широкий частотный диапазон и высокое качество звука — нет.

Культурные эффекты

Многие представители СМИ используют диктофоны для записи замечаний.

Развитие аналоговой звукозаписи в девятнадцатом веке и ее широкое распространение в двадцатом веке оказали огромное влияние на развитие музыки. До того, как была изобретена аналоговая звукозапись, большую часть музыки слушали, слушая живое выступление, пение или исполнение песни или произведения. На протяжении средневековья , эпохи Возрождения , барокко , классической музыки и большей части эпохи романтической музыки основной способ «записи» песен и инструментальных произведений заключался в записи произведения в нотной записи . Хотя нотная запись указывает высоту мелодии и ее ритм, она не похожа на звукозапись 2010 года. Действительно, в средневековую эпоху григорианское пение не указывало на ритм пения. В эпоху барокко в инструментальных пьесах часто отсутствует указание темпа, и обычно никакие орнаменты не записывались. В результате каждое исполнение песни или пьесы будет немного отличаться.

Однако с развитием аналоговой звукозаписи исполнение могло быть постоянно фиксированным во всех его элементах: высоте, ритме, тембре, орнаменте и экспрессии. Это означало, что многие другие элементы выступления будут записаны и распространены среди других слушателей. Развитие звукозаписи также позволило гораздо большему количеству людей услышать известные оркестры, оперы, певцов и группы, потому что даже если небогатый человек не мог позволить себе послушать живой концерт, он или она могли бы позволить себе это. купить запись. Таким образом, наличие звукозаписи помогло распространить музыкальные стили в новые регионы, страны и континенты. Культурное влияние шло по разным направлениям. Звукозаписи позволили западным меломанам услышать настоящие записи азиатских, ближневосточных и африканских групп и исполнителей, повысив осведомленность о незападных музыкальных стилях. В то же время звукозаписи позволили любителям незападной музыки услышать самые известные североамериканские и европейские группы и певцов.

Легальное положение

В законе об авторском праве «фонограмма» или «звукозапись» — это произведение, которое является результатом фиксации звуков на носителе. В уведомлении об авторском праве на фонограмме используется символ авторского права на звукозапись , который в Женевской конвенции о фонограммах определяется как ℗ (буква P в полном круге). Обычно он сопровождает уведомление об авторских правах на основную музыкальную композицию, в которой используется обычный символ ©.

Запись отделена от песни, поэтому авторские права на запись обычно принадлежат звукозаписывающей компании. Художник или продюсер реже владеет этими правами. Авторское право на записи существует с 1972 года, в то время как авторское право на музыкальные композиции или песни существует с 1831 года. Споры по поводу семплирования и «битов» продолжаются.

НАС

Закон об авторском праве США определяет «звукозаписи» как «произведения, которые являются результатом записи серии музыкальных, разговорных или других звуков», кроме саундтрека к аудиовизуальному произведению. До Поправки о звукозаписи (SRA), которая вступила в силу в 1972 году, авторское право на звукозаписи регулировалось на уровне нескольких штатов. Федеральный закон об авторском праве вытесняет большинство законов штата об авторском праве, но позволяет сохранять авторское право штата на звукозаписи в течение одного полного срока авторских прав после даты вступления в силу SRA, что означает 2067 год.

Великобритания

С 1934 года закон об авторском праве в Великобритании рассматривал звукозаписи (или фонограммы ) иначе, чем музыкальные произведения . Закон 1988 г. об авторском праве, образцах и патентах определяет звукозапись как (а) запись звуков, из которой эти звуки могут быть воспроизведены, или (б) запись всего или любой части литературного, драматического или музыкального произведения с какие звуки, воспроизводящие произведение или часть, могут воспроизводиться независимо от носителя, на котором сделана запись, или метода, с помощью которого воспроизводятся или производятся звуки. Таким образом, он охватывает виниловые пластинки, кассеты, компакт-диски , цифровые аудиокассеты и MP3-файлы, содержащие записи.

Ноты

Рекомендации

дальнейшее чтение

  • Барлоу, Санна Моррисон. Горное пение: история записей Евангелия на Филиппинах. Гонконг: Alliance Press, 1952. 352 с.
  • Carson, BH; Берт, AD; Рейскинд и Х.И., «Рекордсмен и запись о дополнительном дизайне» , RCA Review , июнь 1949 г.
  • Коулман, Марк, Воспроизведение: от Victrola до MP3, 100 лет музыки, машин и денег , Da Capo Press, 2003.
  • Гайсберг, Фредерик В. , «Музыка идет кругом», [Эндрю Фаркас, редактор], Нью-Хейвен, Эйер, 1977.
  • Гелатт, Роланд. Сказочный фонограф, 1877-1977 . Вторая ревизия. изд., [также являясь] изданием First Collier Books, в серии Sounds of the Century . Нью-Йорк: Collier, 1977. 349 с., Ил. ISBN   0-02-032680-7
  • Гронов, Пекка, «Индустрия звукозаписи: рост масс-медиа» , Popular Music , Vol. 3, Производители и рынки (1983), стр. 53–75, Cambridge University Press.
  • Гронов, Пекка и Саунио, Илпо, «Международная история звукозаписывающей индустрии», [перевод с финского Кристофером Мозли], Лондон; Нью-Йорк: Касселл, 1998. ISBN   0-304-70173-4
  • Липман, Сэмюэл, «Дом музыки: искусство в эпоху институтов», 1984. См. Главу «Как попасть на запись», стр. 62–75, о ранней звукозаписывающей индустрии, Фреде Гайсберге, Уолтере Легге и FFRR ( Запись в полном частотном диапазоне).
  • Миллард, Андре Дж., «Америка в записи: история записанного звука», Кембридж; Нью-Йорк: Cambridge University Press, 1995. ISBN   0-521-47544-9
  • Миллард, Андре Дж., «От Эдисона до iPod» , UAB Reporter, 2005 г., Университет Алабамы в Бирмингеме .
  • Милнер, Грег, «Навсегда совершенствовать звук: слуховая история записанной музыки» , Faber & Faber; 1 издание (9 июня 2009 г.) ISBN   978-0-571-21165-4 . Ср. п. 14 о Х. Стите Беннетте и » записи сознания «.
  • Мугк, Эдвард Бальтазар. Откатите годы назад: история канадской звукозаписи и ее наследие, от Genesis до 1930 года . Оттава, Онтарио: Национальная библиотека Канады, 1975. NB .: Частично также биодискография; изд. в твердом переплете. поставляется с «фонодиском с историческими канадскими записями» (33 1/3 об / мин, моно, 17 см), что 1980 pbk. перепечатка отсутствует. ISBN   0-660-01382-7 ( PBK .)
  • Мугк, Эдит Кэтрин. Указатель названий канадских произведений, включенных в серию Эдварда Б. Мугка «Вернуть годы назад, история канадской звукозаписи, Бытие до 1930» , CAML Occasional Papers , no. 1. Оттава, Онтарио: Канадская ассоциация музыкальных библиотек, 1988. Примечание : название и предисловие также на французском языке; дополняет указатель в книге Э. Б. Мугка. ISBN   0-9690583-3-0
  • Рид, Оливер и Уолтер Л. Уэлч, От оловянной фольги к стерео: эволюция фонографа , второе издание, Индианаполис, штат Индиана: HW Same & Co., 1976. NB .: Это исторический отчет о развитии фонографа . технология звукозаписи. ISBN   0-672-21205-6 pbk.
  • Рид, Оливер, Запись и воспроизведение звука , Индианаполис, штат Индиана: HW Sams & Co., 1952 г. Примечание : Это новаторское инженерное исследование технологии звукозаписи.
  • «История технологии записи: примечания отредактированы Стивеном Шенхерром от 6 июля 2005 г.» в Wayback Machine (архивировано 12 марта 2010 г.), Университет Сан-Диего
  • Сен-Лоран, Жиль, «Заметки об ухудшении качества звукозаписей», Национальная библиотека [Канады] Новости , том. 13, нет. 1 (январь 1991 г.), стр. 1, 3–4.
  • Вейр, Боб и др. Век звука: 100 лет записанного звука, 1877-1977 . Исполнительный писатель Боб Вейр; Сценаристы проекта: Брайан Горман, Джим Саймонс, Марти Мелхуиш. [Торонто?]: Производство Studio 123, коп. 1977 г. Примечание : Издано по случаю выставки, посвященной столетию записи звука, проводившейся на территории ежегодной Канадской национальной выставки в Торонто, Онтарио, как одно из мероприятий CNE 1977 года. Без ISBN
  • Маквильямс, Джерри. Сохранение и восстановление звукозаписей . Нэшвилл, Теннесси: Американская ассоциация истории штатов и местного населения, 1979. ISBN   0-910050-41-4

внешние ссылки

В Wikiquote есть цитаты, связанные с: записью

ЦИФРОВАЯ ЗАПИСЬ • Большая российская энциклопедия

  • В книжной версии

    Том 34. Москва, 2017, стр. 359-360

  • Скопировать библиографическую ссылку:


Авторы: Б. С. Введенский

ЦИФРОВА́Я ЗА́ПИСЬ, спо­соб за­пи­си ин­фор­ма­ции, при ко­то­ром ре­ги­ст­ри­руе­мые на но­си­те­ле сиг­на­лы пре­об­ра­зу­ют­ся в по­сле­до­ва­тель­ность ко­до­вых (циф­ро­вых) ком­би­на­ций им­пуль­сов. По срав­не­нию с сис­те­ма­ми ана­ло­го­вой за­пи­си и вос­про­из­ве­де­ния ин­фор­ма­ции сис­те­мы Ц. з. обес­пе­чи­ва­ют су­ще­ст­вен­но бо­лее вы­со­кое ка­че­ст­во (дос­то­вер­ность) вос­про­из­во­ди­мых сиг­на­лов, а так­же до­пус­ка­ют воз­мож­ность мно­го­крат­ной пе­ре­за­пи­си без по­те­ри ка­че­ст­ва. Ме­то­ды Ц. з. ши­ро­ко ис­поль­зу­ют­ся в элек­тро­свя­зи, вы­чис­лит. и зву­ко­за­пи­сы­ваю­щей тех­ни­ке, те­ле­ви­де­нии, те­ле­мет­рии и др.

В ос­но­ву циф­ро­вой пе­ре­да­чи и за­пи­си ана­ло­го­вых сиг­на­лов по­ло­же­на им­пульс­но-ко­до­вая мо­ду­ля­ция (ИКМ), вклю­чаю­щая в се­бя две осн. опе­ра­ции, осу­ще­ст­в­ляе­мые с по­мо­щью ана­ло­го-циф­ро­во­го пре­об­ра­зо­ва­те­ля, – дис­кре­ти­за­цию и ко­ди­ро­ва­ние. При дис­кре­ти­за­ции (см. Кван­то­ва­ние сиг­на­ла) ис­ход­ный ана­ло­го­вый сиг­нал пре­об­ра­зу­ет­ся в по­сле­до­ва­тель­ность его мгно­вен­ных фик­си­ров. зна­че­ний (от­счё­тов), вы­де­лен­ных по оп­ре­де­лён­но­му за­ко­ну и в со­во­куп­но­сти ото­бра­жаю­щих (с за­ра­нее ус­та­нов­лен­ной ошиб­кой) ис­ход­ный сиг­нал. При ко­ди­ро­ва­нии ка­ж­дый вы­де­лен­ный в про­цес­се дис­кре­ти­за­ции от­счёт за­ме­ня­ет­ся со­от­вет­ст­вую­щим ко­до­вым сло­вом, сим­во­лы ко­то­ро­го име­ют обыч­но два зна­че­ния – 0 или 1 (дво­ич­ный код). В ре­зуль­та­те ис­ход­ный ана­ло­го­вый сиг­нал пре­об­ра­зу­ет­ся в ИКМ-сиг­нал, ко­то­рый мо­жет быть за­пи­сан на циф­ро­вом но­си­те­ле. При вос­про­из­ве­де­нии счи­ты­вае­мый с но­си­те­ля ИКМ-сиг­нал под­вер­га­ет­ся об­рат­но­му пре­об­ра­зо­ва­нию с по­мо­щью циф­роа­на­ло­го­во­го пре­об­ра­зо­ва­те­ля: по­сле­до­ва­тель­ность ко­до­вых слов пре­об­ра­зу­ет­ся в по­сле­до­ва­тель­ность фик­си­ров. от­счё­тов, низ­ко­час­тот­ная со­став­ляю­щая ко­то­рой пред­став­ля­ет со­бой вос­ста­нов­лен­ный ана­ло­го­вый сиг­нал. Точ­ность пе­ре­да­чи ИКМ-сиг­на­лов за­ви­сит от па­ра­мет­ров пре­об­ра­зо­ва­ния: час­то­ты дис­кре­ти­за­ции fд и ша­га (ко­ли­че­ст­ва уров­ней) кван­то­ва­ния. Ве­ли­чи­на fд долж­на быть не ни­же 2FВ, где FВ – верх­няя час­то­та спек­тра ана­ло­го­во­го сиг­на­ла (тео­ре­ма Ко­тель­ни­ко­ва). При ко­ли­че­ст­ве уров­ней кван­то­ва­ния N=2n (n – раз­ряд­ность дво­ич­но­го ко­да) макс. от­но­ше­ние сиг­нал/шум дос­ти­га­ет ≈6n (в дБ).

По­верх­но­ст­ная плот­ность за­пи­си в циф­ро­вых уст­рой­ст­вах мо­жет быть весь­ма вы­со­кой (до 100 Мбит/см2 и бо­лее), по­это­му на дос­то­вер­ность сиг­на­лов силь­но влия­ют мик­ро­ско­пич. по­вре­ж­де­ния или де­фек­ты но­си­те­ля, вы­зы­ваю­щие вы­па­де­ние по­лез­ных (не­су­щих ин­фор­ма­цию) или по­яв­ле­ние лож­ных им­пуль­сов и на­ру­шаю­щие ра­бо­ту ка­на­ла вос­про­изве­де­ния. Для за­щи­ты от ука­зан­ных оши­бок за­пи­сы­вае­мый сиг­нал под­вер­га­ют до­пол­нит. по­ме­хо­за­щит­но­му ко­ди­ро­ва­нию с по­мо­щью спец. ко­дов, по­зво­ляю­щих кор­рек­ти­ро­вать ошиб­ки, свя­зан­ные с де­фек­та­ми но­си­те­ля. В сис­те­мах вы­со­ко­плот­ной Ц. з. обыч­но ис­поль­зу­ют т. н. код Ри­да – Со­ло­мо­на с пе­ре­ме­же­ни­ем: ис­ход­ный циф­ро­вой сиг­нал раз­би­ва­ют пу­тём ма­те­ма­тич. и ло­гич. пре­об­ра­зо­ва­ний на бло­ки, в ка­ж­дый из ко­то­рых вво­дят­ся из­бы­точ­ные би­ты ин­фор­ма­ции, по­зво­ляю­щие при вос­про­из­ве­де­нии скор­рек­ти­ро­вать поя­вив­шие­ся ошиб­ки; суть пе­ре­ме­же­ния за­клю­ча­ет­ся в «рас­тя­ги­ва­нии» ин­фор­ма­ции отд. бло­ка вдоль до­рож­ки за­пи­си или по пло­ща­ди но­си­те­ля.

См. так­же Им­пульс­ная мо­ду­ля­ция, Пре­об­ра­зо­ва­тель пред­став­ле­ния ве­ли­чин.

Руководство для начинающих по цифровой обработке сигналов (DSP) | Дизайн-центр

Что такое DSP?

Цифровые сигнальные процессоры (DSP)

принимают реальные сигналы, такие как голос, аудио, видео, температура, давление или положение, которые были оцифрованы, а затем математически обрабатывают их. DSP разработан для очень быстрого выполнения математических функций, таких как «сложение», «вычитание», «умножение» и «деление».

Сигналы необходимо обрабатывать, чтобы информацию, которую они содержат, можно было отображать, анализировать или преобразовывать в другой тип сигнала, который может быть полезен. В реальном мире аналоговые устройства обнаруживают такие сигналы, как звук, свет, температура или давление, и управляют ими. Преобразователи, такие как аналого-цифровой преобразователь, затем принимают реальный сигнал и преобразуют его в цифровой формат единиц и нулей. Отсюда DSP захватывает оцифрованную информацию и обрабатывает ее.Затем он возвращает оцифрованную информацию для использования в реальном мире. Это делается одним из двух способов: в цифровом или аналоговом формате с помощью цифро-аналогового преобразователя. Все это происходит на очень высоких скоростях.

Для иллюстрации этой концепции на схеме ниже показано, как DSP используется в аудиоплеере MP3. Во время фазы записи аналоговый звук вводится через ресивер или другой источник. Этот аналоговый сигнал затем преобразуется в цифровой сигнал аналого-цифровым преобразователем и передается на DSP.DSP выполняет кодирование MP3 и сохраняет файл в памяти. Во время фазы воспроизведения файл берется из памяти, декодируется DSP, а затем преобразуется обратно в аналоговый сигнал через цифро-аналоговый преобразователь, чтобы его можно было выводить через акустическую систему. В более сложном примере DSP будет выполнять другие функции, такие как регулировка громкости, эквализация и пользовательский интерфейс.

Информация DSP может использоваться компьютером для управления такими вещами, как безопасность, телефон, системы домашнего кинотеатра и сжатие видео.Сигналы могут быть сжаты, чтобы их можно было быстро и более эффективно передавать из одного места в другое (например, телеконференции могут передавать речь и видео по телефонным линиям). Сигналы также могут быть усилены или обработаны для улучшения их качества или предоставления информации, не воспринимаемой людьми (например, эхоподавление для сотовых телефонов или компьютерные медицинские изображения). Хотя реальные сигналы могут обрабатываться в их аналоговой форме, цифровая обработка сигналов обеспечивает такие преимущества, как высокая скорость и точность.

Благодаря тому, что DSP является программируемым, он может использоваться в самых разных приложениях. Вы можете создать собственное программное обеспечение или использовать программное обеспечение, предоставленное ADI и ее третьими сторонами, для разработки решения DSP для приложения. Для получения более подробной информации о преимуществах использования DSP для обработки сигналов реального мира, пожалуйста, прочтите Часть 1 статьи из Analog Dialogue под названием: Зачем использовать DSP? Цифровая обработка сигналов 101 — Вводный курс по проектированию систем DSP.

Цифровая обработка сигналов 101 Вводный курс по проектированию систем DSP: Часть 1

Много слыша о технологии цифровой обработки сигналов (DSP), вы, возможно, хотели узнать, что можно сделать с помощью DSP, выяснить, почему DSP предпочтительнее аналоговая схема для многих типов операций и узнайте, как научиться достаточно, чтобы разработать свою собственную систему DSP.Эта статья, первая из серии, дает возможность сделать существенный первый шаг к поиску ответов на ваши вопросы. Эта серия представляет собой введение в темы DSP с точки зрения разработчиков аналоговых систем, которым нужны дополнительные инструменты для обработки аналоговых сигналов. Дизайнеры, читающие эту серию, могут узнать о возможностях DSP для работы с аналоговыми сигналами и о том, где найти дополнительные источники информации и помощи.

Что такое [a] DSP? Вкратце, DSP — это процессоры или микрокомпьютеры, оборудование, программное обеспечение и наборы команд которых оптимизированы для приложений высокоскоростной обработки чисел, необходимых для обработки цифровых данных, представляющих аналоговые сигналы в реальном времени.Что делает DSP, очень просто. Например, работая в качестве цифрового фильтра, DSP принимает цифровые значения на основе выборок сигнала, вычисляет результаты функции фильтра, работающей с этими значениями, и предоставляет цифровые значения, которые представляют выходной сигнал фильтра; он также может предоставлять сигналы управления системой на основе свойств этих значений. Высокоскоростное арифметическое и логическое оборудование DSP запрограммировано на быстрое выполнение алгоритмов, моделирующих преобразование фильтра.

Комбинация арифметических операторов элементов дизайна, обработки памяти, набора команд, параллелизма и адресации данных, которые обеспечивают эту возможность, составляет ключевое отличие DSP от других типов процессоров.Понимание взаимосвязи между сигналами реального времени и скоростью вычислений DSP дает некоторое представление о том, насколько особенной является эта комбинация. Сигнал в реальном времени поступает на DSP в виде последовательности отдельных отсчетов от аналого-цифрового преобразователя (АЦП). Чтобы выполнять фильтрацию в реальном времени, DSP должен завершить все вычисления и операции, необходимые для обработки каждой выборки (обычно обновляя процесс, включающий множество предыдущих выборок), прежде чем поступит следующая выборка. Чтобы выполнить фильтрацию высокого порядка реальных сигналов, имеющих значительную частотную составляющую, необходимы действительно быстрые процессоры.

Зачем нужен DSP?

Чтобы получить представление о типах вычислений, которые выполняет DSP, и о том, как аналоговая схема сравнивается с системой DSP, можно сравнить две системы с точки зрения функции фильтрации. В привычном аналоговом фильтре используются резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности, усилители. Он может быть дешевым и простым в сборке, но сложным в калибровке, модификации и обслуживании, который экспоненциально возрастает с порядком фильтрации. Для многих целей проще проектировать, модифицировать фильтры и полагаться на них с помощью DSP, поскольку функция фильтрации в DSP является программной, гибкой и повторяемой.Кроме того, для создания гибко настраиваемых фильтров с характеристиками более высокого порядка требуются только модификации программного обеспечения без дополнительных аппаратных средств, в отличие от чисто аналоговых схем. Идеальный полосовой фильтр с частотной характеристикой, показанной на рисунке 1, имел бы следующие характеристики:

  • полностью плоский отклик в полосе пропускания с нулевым сдвигом фазы
  • бесконечное затухание в полосе задерживания.
    Полезные дополнения:
  • Настройка полосы пропускания и контроль ширины
  • Контроль спада полосы задерживания.

Как показано на рисунке 1, аналоговый подход с использованием фильтров второго порядка потребует довольно много ступенчатых секций с высокой добротностью; можно представить себе сложность настройки и регулировки.

Рисунок 1. Идеальный полосовой фильтр и приближения второго порядка.

При использовании программного обеспечения DSP существует два основных подхода к проектированию фильтров: конечная импульсная характеристика (FIR) и бесконечная импульсная характеристика (IIR). Временная характеристика КИХ-фильтра на импульс представляет собой прямую взвешенную сумму настоящего и конечного числа предыдущих входных выборок.При отсутствии обратной связи его реакция на данный образец заканчивается, когда образец достигает «конца линии» (рис. 2). Частотная характеристика КИХ-фильтра не имеет полюсов, только нули. БИХ-фильтр, для сравнения, называется бесконечным, потому что это рекурсивная функция: его выход представляет собой взвешенную сумму входов и выходов. Поскольку он рекурсивен, его ответ может продолжаться бесконечно. Частотная характеристика БИХ-фильтра имеет как полюса, так и нули.

Рисунок 2. Уравнения фильтра и представление линии задержки.

x s — входные выборки, y s — выходные выборки, a s — веса входных выборок и b s — веса выходных выборок. n — это текущее время выборки, а M и N — количество запрограммированных выборок (порядок фильтра ). Обратите внимание, что арифметические операции, указанные для обоих типов, представляют собой просто суммы и произведения в потенциально большом количестве. Фактически, умножение и сложение характерно для многих алгоритмов DSP, которые представляют математические операции большой сложности и сложности.

Аппроксимация идеального фильтра заключается в применении передаточной функции с соответствующими коэффициентами и достаточно высоким порядком, или числом отводов (учитывая последовательность входных отсчетов как линию задержки с отводами).На рис. 3 показан отклик КИХ-фильтра с 90 отводами в сравнении с чебышевскими фильтрами с резкой отсечкой разных порядков. Пример с 90 нажатиями показывает, насколько фильтр может приблизиться к идеальному фильтру. В системе DSP программирование КИХ-фильтра с 90 отводами, подобного показанному на рисунке 3, не является сложной задачей. Для сравнения, было бы нерентабельно пытаться приближение такого уровня с чисто аналоговой схемой. Еще один важный момент в пользу использования DSP для приближения идеального фильтра — долговременная стабильность.С FIR (или IIR, имеющим достаточное разрешение, чтобы избежать нарастания ошибок усечения), программируемый DSP обеспечивает один и тот же отклик раз за разом. Характеристики чисто аналогового фильтра высокого порядка становятся менее стабильными со временем.

Рис. 3. Отклик КИХ-фильтра с 90 отводами в сравнении с характеристиками фильтров Чебышева с резкой отсечкой

Теория и практика математического преобразования являются основным требованием для создания приложений DSP и понимания их ограничений. В этой серии статей рассматриваются несколько примеров анализа и обработки сигналов для ознакомления с концепциями DSP.В серии также приведены ссылки на тексты для дальнейшего изучения и определены программные инструменты, упрощающие разработку программного обеспечения для обработки сигналов.

Выборка реальных сигналов

Явления реального мира являются аналогом непрерывно изменяющихся уровней энергии физических процессов, таких как звук, свет, тепло, электричество, магнетизм. Преобразователь преобразует эти уровни в управляемые сигналы электрического напряжения и тока, а АЦП выбирает и преобразует эти сигналы в цифровые для обработки.Скорость преобразования или частота дискретизации АЦП критически важна при цифровой обработке реальных сигналов.

Эта частота дискретизации определяется объемом информации о сигнале, который необходим для адекватной обработки сигналов для данного приложения. Для того чтобы АЦП мог предоставить достаточно выборок для точного описания реального сигнала, частота дискретизации должна быть как минимум в два раза выше самой высокочастотной составляющей аналогового сигнала. Например, чтобы точно описать аудиосигнал, содержащий частоты до 20 кГц, АЦП должен дискретизировать сигнал с частотой минимум 40 кГц.Поскольку поступающие сигналы могут легко содержать составляющие частоты выше 20 кГц (включая шум), их необходимо удалить перед дискретизацией, пропустив сигнал через фильтр нижних частот перед АЦП. Этот фильтр, известный как сглаживающий фильтр , предназначен для удаления частот выше 20 кГц, которые могут повредить преобразованный сигнал.

Однако фильтр сглаживания имеет конечный спад частоты, поэтому для переходной полосы фильтра должна быть предусмотрена дополнительная полоса пропускания.Например, при полосе пропускания входного сигнала 20 кГц можно разрешить от 2 до 4 кГц дополнительной полосы пропускания.

Рисунок 4. Идеальный отклик сглаживающего фильтра.

На рисунке 4 показан фильтр, необходимый для подавления любых сигналов с частотами выше половины частоты дискретизации 48 кГц. Подавление означает ослабление до менее чем 1/2 младшего значащего бита (LSB) разрешения АЦП. Одним из способов достижения такого уровня подавления без сложного аналогового фильтра является использование преобразователя с передискретизацией , такого как сигма-дельта АЦП.Обычно он получает отсчеты с низким разрешением (например, 1 бит) на мегагерцовых частотах, намного быстрее, чем удвоенная составляющая самой высокой частоты, что значительно снижает потребность в аналоговом фильтре перед преобразователем. Внутренний цифровой фильтр (DSP в действии!) Восстанавливает необходимое разрешение и АЧХ. Для многих приложений преобразователи передискретизации сокращают усилия и затраты на проектирование системы.

Обработка сигналов реального мира

Частота дискретизации АЦП зависит от ширины полосы дискретизируемого аналогового сигнала.Эта частота дискретизации устанавливает скорость, с которой образцы доступны для обработки. После того, как требования к полосе пропускания системы определяют частоту дискретизации аналого-цифрового преобразователя, разработчик может приступить к изучению требований к скорости процессора DSP.

Скорость обработки при требуемой частоте дискретизации зависит от сложности алгоритма. Как правило, DSP должен завершить все операции, относящиеся к первой выборке, до получения второй выборки. Время между выборками — это бюджет времени, в течение которого DSP выполняет все задачи обработки.Для аудио примера частота дискретизации 48 кГц соответствует интервалу дискретизации 20,833 мкс. На рисунке 5 показаны аналоговый сигнал и частота дискретизации цифрового сигнала.

Рисунок 5. Последовательность отбора проб и время обработки.

Затем рассмотрим связь между скоростью DSP и сложностью алгоритма (программное обеспечение, содержащее преобразование или другой набор числовых операций). Сложные алгоритмы требуют большего количества задач обработки. Поскольку время между выборками фиксировано, более высокая сложность требует более быстрой обработки.Например, предположим, что алгоритм требует выполнения 50 операций обработки между выборками. Используя частоту дискретизации 48 кГц в предыдущем примере (интервал дискретизации 20,833 мкс), можно вычислить минимальную требуемую скорость процессора DSP в миллионах операций в секунду (MOPS) следующим образом:

Таким образом, если все время между выборками доступно для операций по реализации алгоритма, требуется процессор с уровнем производительности 2,4 MOPS. Обратите внимание, что два общих рейтинга для DSP, основанные на операциях в секунду (MOPS) и инструкциях в секунду (MIPS), не совпадают.Процессор с рейтингом 10 MIPS, который может выполнять 8 операций на инструкцию, в основном имеет такую ​​же производительность, что и более быстрый процессор с рейтингом 40 MIPS, который может выполнять только 2 операции на инструкцию.

Выборка различных сигналов реального мира

Существует два основных способа сбора данных: по одной выборке за раз или по одному кадру за раз (непрерывная обработка или пакетная обработка). Системы на основе выборки, такие как цифровой фильтр, собирают данные по одной выборке за раз. Как показано на рисунке 6, при каждом такте часов в систему поступает образец, а обработанный образец выводится.Форма выходного сигнала развивается непрерывно.

Рисунок 6. Пример непрерывной обработки образцов в цифровом фильтре.

Системы на основе кадров, такие как анализатор спектра, который определяет частотные компоненты изменяющейся во времени формы сигнала, получают кадр (или блок выборок). Обработка происходит по всему кадру данных и приводит к кадру преобразованных данных, как показано на рисунке 7.

Рисунок 7. Пример пакетной обработки блока данных.

Для частоты дискретизации звука 48 кГц процессор, работающий с кадром из 1024 отсчетов, имеет интервал сбора кадров 21.33 мс (т. Е. 1024 x 20,833 мкс = 21,33 мс). Здесь у DSP есть 21,33 мс для выполнения всех необходимых задач обработки для этого кадра данных. Если система обрабатывает сигналы в реальном времени, она не должна терять никаких данных; поэтому, пока DSP обрабатывает первый кадр, он также должен получать второй кадр. Сбор данных — это одна из областей, где в игру вступают особые архитектурные особенности DSP: бесшовному сбору данных способствуют гибкие возможности процессора по адресации данных в сочетании с его каналами прямого доступа к памяти (DMA).

Реагирование на сигналы реального мира

Нельзя предполагать, что все время между выборками доступно для выполнения инструкций обработки. На самом деле, необходимо предусмотреть время, чтобы процессор реагировал на внешние устройства, контролируя входящие и исходящие потоки данных. Обычно внешнее устройство (например, АЦП) сигнализирует процессору о прерывании. Время реакции DSP на это прерывание или задержка прерывания напрямую влияет на то, сколько времени остается на фактическую обработку сигнала.

Задержка прерывания (задержка ответа) зависит от нескольких факторов; наиболее доминирующей является конвейерная обработка команд в архитектуре DSP. Конвейер команд состоит из числа циклов команд, которые происходят между моментом получения прерывания и временем возобновления выполнения программы. Большее количество конвейерных уровней в DSP приводит к увеличению задержки прерывания. Например, если процессор имеет время цикла 20 нс и требует 10 циклов для ответа на прерывание, пройдет 200 нс, прежде чем он выполнит какие-либо инструкции обработки сигнала.

Когда данные собираются по одной выборке за раз, эти 200 нс накладных расходов не повредят, если DSP завершит обработку каждой выборки до того, как поступит следующая. Однако, когда данные собираются по выборке при обработке кадра за раз, прерванная система тратит циклы команд процессора напрасно. Например, система с временем отклика на прерывание 200 нс, выполняющая алгоритм на основе кадров, такой как БПФ, с размером кадра 1024 отсчета, потребует 204,8 мкс служебных данных. Это составляет более 10 000 командных циклов, потраченных впустую на время задержки, когда DSP мог бы выполнять обработку сигнала.Таких потерь легко избежать в DSP, имеющих такие архитектурные особенности, как DMA и двойной доступ к памяти; они позволяют DSP получать и хранить данные, не прерывая работу процессора.

Разработка системы DSP

Обсудив роль процессора, АЦП, сглаживающего фильтра и временные отношения между этими компонентами, пора взглянуть на полную систему DSP. На рисунке 8 показаны стандартные блоки типичной системы DSP, которые можно использовать для сбора данных и управления.

Рисунок 8. Сборка элементов системы DSP.

Обратите внимание, как мало компонентов составляют систему DSP, потому что большая часть функциональных возможностей системы обеспечивается программируемым DSP. Конвертеры направляют данные в DSP и из него; синхронизация АЦП контролируется точной тактовой частотой дискретизации. Чтобы упростить конструкцию системы, многие доступные сегодня преобразователи сочетают в себе некоторые или все из следующего: аналого-цифровой преобразователь, цифро-аналоговый преобразователь, тактовый генератор и фильтры для сглаживания и сглаживания изображений.Тактовый генератор в этих типах компонентов ввода / вывода отдельно управляется внешним кристаллом. Вот некоторые важные моменты, касающиеся потока данных в такой системе DSP:

Аналоговый вход: Аналоговый сигнал соответствующим образом ограничен по полосе с помощью фильтра сглаживания и подается на вход АЦП. В выбранное время выборки преобразователь прерывает работу процессора DSP и предоставляет доступ к цифровой выборке. Выбор между последовательным и параллельным интерфейсом между АЦП и DSP зависит от объема данных, компромиссов сложности конструкции, места, мощности и цены.

Цифровая обработка сигналов: Входящие данные обрабатываются программным обеспечением алгоритма DSP. Когда процессор завершает необходимые вычисления, он отправляет результат в ЦАП. Поскольку обработка сигналов является программируемой, имеется значительная гибкость в обработке данных и улучшении производительности системы с помощью дополнительных настроек программирования.

Аналоговый выход: ЦАП преобразует выходной сигнал DSP в желаемый аналоговый выход при следующей тактовой частоте дискретизации.Выходной сигнал преобразователя сглаживается низкочастотным фильтром , препятствующим формированию изображения, (также называемым фильтром реконструкции), чтобы создать восстановленный аналоговый сигнал.

Хост-интерфейс: Дополнительный хост-интерфейс позволяет DSP взаимодействовать с внешними системами, отправляя и получая данные и управляющую информацию.

Обзор и предварительный просмотр

Целью этой статьи было предоставить обзор основных концепций проектирования DSP и объяснить некоторые причины, по которым DSP лучше подходит для использования этой аналоговой схемы для некоторых приложений.В этой статье представлены следующие проблемы:

  • Обзор DSP
  • Работа DSP в реальном времени
  • Реальные сигналы
  • Частота дискретизации и фильтрация сглаживания
  • Бюджет времени алгоритма DSP
  • Сбор данных на основе выборки и на основе кадра

Поскольку эти вопросы связаны с множеством ценных уровней детализации, которые мы не смогли должным образом описать в этой краткой статье, вам следует подумать о прочтении текста Ричарда Хиггинса «Цифровая обработка сигналов в СБИС » (см. Ссылки ниже).В этом тексте представлен полный обзор теории DSP, проблем с реализацией и практического применения (с устройствами, доступными на момент публикации), а также упражнения и примеры. В разделе «Справочная информация» ниже также содержатся другие источники, которые дополнительно раскрывают проблемы, затронутые в этой статье. Чтобы подготовиться к следующим статьям этой серии, вы можете получить бесплатные копии Руководства пользователя семейства ADSP-2100 * и Руководства пользователя ADSP-2106x SHARC *. Эти тексты предоставляют информацию о фиксированных и плавающих функциях Analog Devices. Точечные архитектуры DSP — основная тема этих статей.Следующая статья будет охватывать следующую территорию:

  • Математический обзор обработки сигналов: Он представит математические вычисления для функций преобразования (частотная область) и функций свертки (временная область), которые появляются на протяжении всего ряда. Хотя математическая обработка обязательно неполна (без выводов), будет достаточно деталей для рассмотрения того, как программировать операции.
  • Архитектура DSP: В статье обсуждается природа и функционирование арифметико-логического блока (ALU), умножения-накопителя (MAC), устройства сдвига цилиндров и шин памяти DSP, а также описываются числовые операции, которые поддерживают функции DSP.
  • Концепции программирования DSP: Обсуждение программирования объединит теорию и практику (математику и архитектуру). Наконец, в качестве примера будут изложены основные параметры для проекта разработки последовательного ЦОС.

Рекомендации

Хиггинс, Р. Дж. Цифровая обработка сигналов в СБИС , Энглвуд Клиффс, Нью-Джерси: Прентис Холл, 1990. Основы DSP. Включает обширную библиографию.Доступно для покупки в ADI.

Мар, А., изд. Приложения цифровой обработки сигналов с использованием семейства ADSP-2100 Том 1 , Englewood Cliffs, NJ: Prentice Hall, 1992. Доступно для покупки в ADI.

Мар, А., Бабст, Дж., Ред. Приложения цифровой обработки сигналов с использованием семейства ADSP-2100 Том 2 , Englewood Cliffs, NJ: Prentice Hall, 1994. Можно приобрести в ADI.

Дирборн, Г., изд. Приложения цифровой обработки сигналов с использованием семейства ADSP-21000 Том 1 , Норвуд, Массачусетс: Analog Devices, Inc., 1994. Доступен для покупки в ADI.

* Мар, А., Ремпель, Х., ред. Руководство пользователя семейства ADSP-2100 , Норвуд, Массачусетс: Analog Devices, Inc., 1995. Бесплатно.

Мар, А., Ремпель, Х., ред. Руководство пользователя семейства ADSP-21020 , Норвуд, Массачусетс: Analog Devices, Inc., 1995. Бесплатно.

* Ремпель, Х., изд. ADSP-21060/62 Руководство пользователя SHARC , Норвуд, Массачусетс: Analog Devices, Inc., 1995. Бесплатно.

Основы цифровой обработки сигналов

Авторы: Джим Браун и Джино Сигизмонди

Вы сделали все возможное, чтобы уровни оставались постоянными.Вы добавили усилители. Вы переместили динамики. Тем не менее, количество реверберации в вашем помещении для поклонения затрудняет разборчивость речи. Затем, конечно, есть фоновый шум и обратная связь. Хотите верьте, хотите нет, но может быть простое решение проблемы качества звука. Три буквы. DSP.

Независимо от того, находятся ли зрители в театре, аудитории или церкви, подобной вашей, они возлагают большие надежды на качество звука. Так что, если вам интересно узнать, как DSP могут помочь, читайте дальше.Мы рассмотрим некоторые из основных моментов:

• DSP — Цифровая обработка сигналов
• Признаки и симптомы: когда это может помочь
• Типы DSP
• Практическое применение

В этом блоге Джино Сигизмонди из Shure расскажет нам что могут и чего нельзя делать цифровые сигнальные процессоры. Мы также наняли эксперта Джима Брауна из Audio Systems Group, чтобы он поделился своим обширным опытом из реального мира.


Как они работают

Цифровая обработка сигналов преобразует сигналы из реальных источников (обычно в аналоговой форме) в цифровые данные, которые затем можно анализировать.Анализ выполняется в цифровой форме, потому что после преобразования сигнала в числа его компоненты могут быть изолированы и обработаны более детально, чем в аналоговой форме.

Когда DSP завершит свою работу, цифровые данные можно снова превратить в аналоговый сигнал с улучшенным качеством. DSP может фильтровать шум из сигнала, усиливать частоты и подавлять другие.


Типы аудиопроцессоров

Сигнальные процессоры могут быть аналоговыми или цифровыми, одно- или многофункциональными или интегрированными с другими компонентами звуковой системы.Поначалу большинство из них были автономными устройствами, но со временем они стали многофункциональными с современными процессорами цифровых сигналов (DSP), сочетающими широкий спектр функций за небольшую часть стоимости отдельных процессоров.


Вот некоторые из функций решения проблем, которые вы найдете в DSP сегодня:

Регулировка громкости и усиления
Фильтры
Эквалайзер
Динамический процессор
Компрессоры
Лимитеры
Расширители и шумоподавители
Автоматическая регулировка усиления (выравнивание речи)
Delay
Автоматические микрофонные микшеры
Автоматические микшеры со стробированием
Редукторы обратной связи
Подавители акустического эха

Это очень сложная микросхема, но вы можете найти ее повсюду.Микросхемы DSP используются в звуковых картах, факсах, модемах, сотовых телефонах, жестких дисках большой емкости и цифровых телевизорах. Согласно Texas Instruments, DSP используются в качестве ядра в 70% цифровых сотовых телефонов в мире, и с увеличением числа беспроводных приложений это число будет только увеличиваться. Цифровая обработка сигналов используется во многих областях, включая биомедицину, сонар, радар, сейсмологию, обработку речи и музыки, визуализацию и связь.


Возможности DSP

Чтобы определить, может ли DSP помочь вашей звуковой системе, вам необходимо рассмотреть некоторые из наиболее распространенных проблем, с которыми вы сталкиваетесь при усилении звука.Предполагая, что у вас достаточно хорошая акустика помещения, вот проблемы и инструменты DSP, которые могут их исправить.

Проблема Средство DSP (инструмент)
Обратная связь Параметрический эквалайзер
Автоматический микшер
Редуктор обратной связи
Плохое качество звука Слишком плохое качество звука громко Компрессор
Ограничитель
Автоматическая регулировка усиления
Слишком тихий источник звука Автоматическая регулировка усиления
Изменение уровней сигнала от нескольких источников звука Компрессор
Ограничитель
Автоматическая регулировка усиления
Шумоподавитель / нисходящий расширитель
Неожиданные переходные процессы Компрессор
Ограничитель
Нет перерегулирования («взгляд вперед») Пиковый ограничитель
Гребенчатая фильтрация
(из-за открытых микрофонов)
70 Автоматический микрофонный микшер Fre Проблемы с четкостью
(из-за смещения громкоговорителей)
Задержка
Плохая разборчивость Параметрический эквалайзер
Автоматический микрофонный микшер

Shure DFR22 Аудиопроцессор

к вашей системе не заменяет соблюдение принятых правил звукоусиления.Например, реверберацию нельзя исправить обработкой звука. Как только звуковая энергия выделяется громкоговорителем, DSP не действует. Повышение уровня звуковой системы только усугубит проблему.


Полезные советы


• Не допускайте попадания нежелательных звуков в открытые микрофоны.
(Один из способов сделать это — убедиться, что ваш микрофон имеет правильную диаграмму направленности для вашего приложения.)
• Выключите микрофоны, которые не используются.
• Держите микрофоны близко к источнику звука.
• Направляйте направленные громкоговорители подальше от отражающих поверхностей и на слушателей.
• Уменьшите реверберацию помещения за счет структурных изменений или акустической обработки.


Затем мы спросили эксперта

Джим Браун, Audio Systems Group

Чтобы получить другую точку зрения, мы связались с Джимом Брауном, который является основателем и главным консультантом Audio Systems Group в Чикаго. Он опубликовал множество исследовательских работ по звукоусилению и является автором профессиональных звуковых журналов, в том числе Sound & Video Contractor и Technologies for Worship.

Он спроектировал сотни звуковых систем для самых разных инсталляций и начал использовать DSP в 1995 году. С тех пор Джим не делал ни одной системы без одной, и вот почему:

Гибкость
«Одна часть оборудования, часто занимающая не более одной или двух единиц стоечного пространства, может осуществить мои самые смелые мечты ».

Дополнительные возможности
«Я могу выполнять гораздо больше обработки сигналов, чем мог бы с отдельным аналоговым оборудованием. Больше нет оправданий тому, что я не настроил отправку на потолочные громкоговорители, и мне легко задержать их, чтобы они не создают проблемы разборчивости.«

Простота программирования
» Например, пользовательский интерфейс эквалайзера выглядит и ощущается так же, как органы управления аналогового устройства, которое он заменяет. У меня есть отображение реакции эквалайзера в реальном времени, когда я его настраиваю. Компрессоры и лимитеры позволяют мне контролировать все параметры настройки, показывая динамическое снижение усиления с сигналом. «

Документация и резервное копирование
» Я могу сохранить файл на свой ноутбук, когда закончу. Также могу сохранять разные вариации.«

Переносимость
« Я могу разрабатывать проект в своем офисе, разбираться в бесплатных DSP и вводах / выводах, доступных для расширения системы — и все это без необходимости иметь дело с самим оборудованием ».

Масштабируемость
«Такие вещи, как» О, кстати, вы знаете, что нам нужно питать систему от переносной крестильной купели, которую мы установили в задней части церкви, не так ли? » легко размещаются. «

Предварительные установки
» Я могу создавать индивидуальные предварительные установки и вызывать их с помощью внешних управляющих сигналов в виде переключаемых контактов, логических сигналов и экранов управления пользователем.Это идеально подходит для церквей с разнообразными богослужениями и программами ».

Снижение шума в сигнальной цепочке
« До DSP нам приходилось беспокоиться о каскадных шумах, вносимых каждым аналоговым входом и выходом. «

Упрощенная установка
» С DSP все, что нам нужно сделать, это подключить входы и выходы. Вся остальная проводка происходит на экране компьютера ».

Стоимость
« Затраты на установку минимальны, а затраты на оборудование намного меньше.Если мы добавим стоимость компрессора / лимитера, эквалайзера, кроссовера и задержки, мы сравняем стоимость простого DSP, который их заменяет. Поскольку DSP можно использовать где угодно, чем больше приложений вы найдете для него, тем больше вы сэкономите ».

___________________________________________________________

Хотите получить дополнительную информацию? Хотел бы узнать больше о Джиме Брауне и диапазоне его талантов, которые простираются от продюсирования «Jazz Alive!» NPR до его рецензии на 4 1/2 звезды в Downbeat на его компакт-диск «Кармен МакРэй из Ратсо», посетите Audio Systems Group .

Что такое DSP? — SoundGuys

xdevs

Несмотря на то, что он существует уже несколько десятилетий, аудиоиндустрия начинает применять DSP в качестве следующей важной функции в аудиопродуктах. Apple AirPods Pro, Sony 360 Reality Audio и даже динамики Amazon Echo — все начинают добавлять DSP в свое оборудование, так что же это такое? И, кроме того, что изменится в потребительском восприятии звука?

Что такое DSP?

DSP означает цифровой сигнальный процессор, что говорит само за себя.Эта технология используется в наушниках, смартфонах, интеллектуальных динамиках, студийном аудиооборудовании, автомобильных развлекательных системах и многом другом. На самом деле это краеугольный камень современной аудиопродукции.

Вы, вероятно, знакомы с идеей процессора из ЦП компьютера, который разработан как многоцелевой процессор. DSP — это процессор, предназначенный для обработки цифровых сигналов, таких как аудио. Они предназначены для выполнения математических функций, таких как сложение и вычитание, на высокой скорости с минимальным потреблением энергии.

Если устройство обрабатывает звук, оно почти гарантированно имеет встроенный DSP.

Микросхемы

DSP бывают разных размеров, цен и показателей производительности. Масштабирование до многоканальных процессоров в автомобилях и профессионального студийного оборудования, вплоть до крошечных микросхем с низким энергопотреблением для интеллектуального распознавания голоса. Они используются для ускорения выполнения алгоритмов, связанных со звуком, при меньшем потреблении энергии, чем обычный процессор.

Например, в вашем смартфоне есть DSP для декодирования файлов MP3, усиления басов вашей музыки, выполнения математических расчетов для активного шумоподавления и распознавания вашего голоса, когда вы говорите «Эй, Google!».Блоки DSP также находятся внутри беспроводных наушников для преобразования кодеков Bluetooth обратно в аналоговые сигналы и динамики домашнего кинотеатра для декодирования потоков данных в объемное звучание. Если он обрабатывает звук, в нем почти наверняка есть DSP.

Как DSP навсегда изменит вашу музыку для прослушивания

ЦСП

важны, потому что они являются неотъемлемой частью современного аудиооборудования, от наушников до ЦАП, автомобильных динамиков и профессионального оборудования. Высококачественный DSP предоставит вам вычислительную мощность для высококачественных эффектов, от эквалайзеров на устройстве до распознавания голоса, активного шумоподавления и возможностей объемного звука.Премиум DSP также требует очень мало энергии, что продлевает время автономной работы ваших устройств для более длительного прослушивания.

Однако возможности DSP не то, что вы найдете во многих спецификациях. В наушниках DSP объединены с возможностями микросхемы Bluetooth, в то время как другие устройства часто предоставляют возможности ADC, DAC и управления динамиками вместе с DSP на одном кристалле. Вместо того, чтобы искать спецификации обработки, возможности DSP проявляются в других возможностях продукта, подобных упомянутым выше.

AirPods Pro

от Apple используют DSP для настройки характеристик наушников в соответствии с размером вашего уха.

Например, Apple AirPods Pro используют разновидность DSP для измерения ушного канала, а затем регулируют производительность наушников для оптимизации качества звука. Кроме того, Sony 360 Reality Audio должна отображать ваше ухо и настраивать его сигнал, чтобы добиться своего волшебства.

Даже заядлые ботаники-аудиофилы, такие как наши сотрудники, используют блоки DSP стороннего производителя для таких вещей, как правильная работа полочных колонок, наушников и даже калибровка систем виртуального объемного звучания, включенных в такие продукты, как Sennheiser Ambeo Soundbar.Используя блок DSP с подходящим микрофоном, вы можете измерить выходной сигнал вашего звукового оборудования в любой среде и автоматически скорректировать выходной сигнал, чтобы он звучал так, как вы хотите.

По сути, используя современный DSP, вам больше не нужно надеяться, что ваше аудиооборудование будет звучать хорошо, вы можете принудительно установить его в любое время на , заставив электронику на лету компенсировать недостатки. Это большой отход от прошлого, так как раньше использование DSP-боксов было прерогативой только любителей или одержимых.Уже нет.

Чем DSP отличается от CPU?

Это технический момент, так что пристегнитесь. Чтобы быстро охватить основы, любой процессор построен на нескольких основных принципах. А именно: декодеры, которые преобразуют код в операции, которые сообщают процессору, что делать, регистры и память для хранения операций и данных, а также исполнительные блоки для обработки математики и перемещения данных. Это так называемая архитектура процессора.

Используя современный DSP, вам больше не нужно надеяться, что ваше аудиооборудование будет звучать хорошо, вы можете заставить его в любое время сделать это, заставив электронику компенсировать недостатки

Ключевой момент, который нужно понять, — это то, что вы можете создать исполнительный модуль для выполнения одной или нескольких из широкого диапазона математических операций.То, для чего вы собираетесь создавать эти устройства, зависит от желаемого варианта использования и бюджета мощности. Простая упаковка всех возможных вариантов была бы чрезвычайно расточительной с точки зрения размера и энергопотребления. Обычные центральные процессоры включают в себя исполнительные блоки для таких основных вещей, как сложение, вычитание, умножение и деление, но не ускоряют более редкие и сложные аппаратные операции.

Вкратце, DSP оптимизирован для наиболее распространенных задач, используемых в рабочих нагрузках цифровой обработки сигналов. Список включает математику с плавающей запятой, операцию по модулю, арифметику с насыщением, операции умножения с накоплением (MAC) и слитного умножения с добавлением (FMA).Эти функции часто требуются в фильтрах, преобразованиях Фурье, кодировании кодеков и других алгоритмах DSP. Цифровые сигнальные процессоры обычно создаются для параллельного выполнения ряда этих операций (суперскалярная архитектура) для гораздо более быстрой обработки с более низкими тактовыми частотами, чем типичный ЦП.

Разработчик

.Qualcomm Внутри смартфонов вы найдете компоненты ЦП, ЦСП и ГП, расположенные рядом, каждый из которых используется для решения определенных задач. DSP обрабатывает звук, например, распаковывает музыку или активирует голосового помощника.

DSP также используют высокооптимизированные системы памяти. Поскольку аудиосэмплы зависят от времени, они поступают в DSP и выходят из него с использованием циклических буферов или буферов типа «первым пришел — первым вышел» (FIFO). Архитектура памяти DSP оптимизирована для этого строго упорядоченного потока данных, в отличие от процессоров, которые используют повторно назначаемые блоки памяти, где конкретное расположение регистра часто менее важно. В этом смысле архитектуры DSP — это упорядоченный конвейер, в то время как процессоры часто работают гораздо более неупорядоченно. Таким образом, DSP также в значительной степени полагаются на прямой доступ к памяти (DMA), который перемещает данные в и из буферов через равные промежутки времени, не занимая времени на обработку.Вы также не часто найдете это используемым в процессорах общего назначения.

В целом, DSP оптимизированы в двух ключевых областях по сравнению с процессорами общего назначения. Они ускоряют стандартные математические операции DSP в аппаратном обеспечении и имеют особую архитектуру памяти, предназначенную для потоков данных в реальном времени. Конечный результат — более быстрая и эффективная обработка звука и некоторых других типов данных.

Почему стоит обратить внимание

В 2020 году многие другие известные компании начнут осознавать преобразующую силу правильно используемого DSP.От точного создания 3D-звука до автоматической оптимизации музыки и включения следующего поколения аудиокодеков Bluetooth — все возрастающие разработки в области DSP существенно изменят то, как мы слушаем.

Хотя это может быть медленным процессом, и большинству людей потребуется пара лет, чтобы увидеть эти улучшения, никогда не было более захватывающего времени, чтобы увидеть, куда пойдет личное аудио.

Цифровой сигнальный процессор (DSP), оборудование

Введение

В этом документе описываются решения некоторых проблем, связанных с общим процессором цифровых сигналов (DSP), и способы определения, связана ли проблема с оборудованием или нет.

DSP не в состоянии UP

  1. Соберите выходные данные команды show voice dsp group all .
  2. При необходимости сбросьте DSP и введите команду test dsp device reset .
  3. Если DSP не возвращаются в состояние UP, перезагрузите маршрутизатор.
  4. Если один из DSP выходит из строя и не может быть восстановлен при использовании любого из этих методов, введите test dsp device remove | сбросить | восстановить команду , чтобы минимизировать влияние DSP, которые переходят в состояние DOWN.
  5. Разрешение на возврат материалов (RMA) для любого DSP, который не возвращается в состояние UP.

Устранение неполадок пакетного голосового цифрового сигнала (PVDM -2)

  1. На маршрутизаторе скопируйте конфигурацию запуска на сервер TFTP с помощью команды copy startup-config-tftp .
  2. Откройте файл конфигурации запуска в текстовом редакторе.
  3. Добавьте эти отладки в начало файла:
     do debug dsp-resource-manager flex download 
    do debug dsp-resource-manager flex error
    do debug dsp-resource-manager flex detail
    do debug vpm dsp
  4. Сохраните файл начальной конфигурации.
  5. Скопируйте файл загрузочной конфигурации в файл startup-config. Например, запустите copy tftp: // / startup-config startup-confi в консоли маршрута. Отладка включена в конфигурации запуска.
  6. Перезагрузите маршрутизатор и соберите логи.

Таймауты DSP

Каждый раз, когда отправляется запрос, запускается таймер, и вы должны ждать его ответа. Если ответ не получен, появляется сообщение DSP_TIMEOUT .Таймауты DSP возникают по нескольким причинам:

  • Сообщения отправляются на DSP в некорректном режиме
  • Сообщения отправляются в неправильной последовательности
  • Сообщения отправляются с неверными параметрами
  • Проблемы с платформой или внутренние проблемы с DSP

Есть несколько событий декодирования:

  • A: PLAYOUT_DELAY: Статистика задержки воспроизведения
  • B: PLAYOUT_ERROR: Статистика ошибок воспроизведения
  • C: RX_STAT: статистика приема пакетов
  • D: TX_STAT: статистика передачи пакетов
  • E: LEVEL_STATS: при очистке вызова
  • F: ERROR_STATS: при очистке вызова
  • G: FAX_RELAY: в режиме ретрансляции факса
  • H: MODEM_RELAY: в режиме модемного реле
  • I: CLOCK_COMP: в режиме PassThru

См. Этот пример:

% DSMP-3-DSP_TIMEOUT: тайм-аут DSP на DSP 0/1: 1: событие 0xDC, тайм-аут DSMP, 
во время ожидания статистики от DSP.Состояние DSMP = S_DSMP_COLLECTING_STATS

Тайм-ауты, возникающие в одном канале DSP, могут указывать на сбой оборудования. Выполните следующие шаги:

  1. Включить мини-регистратор.
  2. Соберите вывод , покажите журнал , как только произойдет событие тайм-аута.

Сигналы тревоги DSP

См. Этот пример сигнала тревоги DSP:

 25 марта 05: 44: 09.872:% DSPRM-2-DSPALARM: Получена индикация тревоги от dsp (0/3). 
Сброс DSP.
25 марта 05: 44: 09.872:% DSPRM-3-DSPALARMINFO: 001A 0000 0080 0000 0001 0050 6170 6963
6861 6E28 3132 3630 2900 0000 0000 0000 0000

Введите команду show voice dsp detail и проверьте, не было ли сбоя в количестве сбросов восстановления (RST) для каждого DSP и полей индикации тревоги (Al). См. Этот пример:

 * ГОЛОСОВЫЕ КАНАЛЫ DSP * 

ТЕКУЩЕЕ СОСТОЯНИЕ: (занято) занято (b-out) занято нет (bpend) занято ожидание
ОБОЗНАЧЕНИЕ: (плохо) плохо (выключено) завершение работы (dpend) ожидание загрузки
DSP DSP DSPWARE CURR BOOT PAK TX / RX
НОМЕР ТИПА CH КОДЕК ВЕРСИЯ СОСТОЯНИЕ СОСТОЯНИЕ RST AI VOICEPORT TS ABRT PACK COUNT
====== === == ========= ========== == === ======= === == ========= == ==== ============
C5510 001 01 g711ulaw 28.3.8 занято в режиме ожидания 0 0 0/3/3 12 0
130554418/67 79
C5510 001 02 Нет 28.3.8 холостой режим ожидания 0 0 0 0/0
C5510 001 03 Нет 28.3.8 режим ожидания холостой ход 0 0 0 0/0
C5510 001 04 Нет 28.3.8 холостой ход 0 0 0 0/0
C5510 001 05 Нет 28.3.8 холостой ход 0 0 0 0/0
C5510 001 06 Нет 28.3.8 холостой ход 0 0 0 0/0
C5510 001 07 нет 28.3.8 холостой ход 0 0 0 0/0
C5510 001 08 нет 28.3.8 холостой ход 0 0 0 0/0
C5510 001 09 нет 28.3.8 холостой ход холостой ход 0 0 0 0/0
C5510 001 10 нет 28.3.8 холостой ход холостой ход 0 0 0 0/0
C5510 001 11 нет 28.3.8 холостой ход 0 0 0 0/0
C5510 001 12 нет 28.3.8 холостой ход 0 0 0 0/0
C5510 001 13 нет 28.3.8 холостой ход 0 0 0 0/0
C5510 001 14 нет 28.3.8 холостой ход холостой ход 0 0 0 0/0
C5510 001 15 нет 28.3.8 холостой ход холостой ход 0 0 0 0/0
C5510 001 16 Нет 28.3.8 холостой ход 0 0 0 0/0
C5510 002 01 Нет 28.3.8 холостой ход 1 1 0 0/0
C5510 002 02 Нет 28.3.8 холостой ход холостой ход 1 1 0 0/0
C5510 002 03 Нет 28.3.8 холостой ход 1 1 0 0/0
C5510 002 04 Нет 28.3.8 холостой ход 1 1 0 0/0
C5510 002 05 Нет 28.3.8 холостой ход 1 1 0 0/0
C5510 002 06 Нет 28.3.8 холостой ход 1 1 0 0/0
C5510 002 07 Нет 28.3.8 холостой ход холостой ход 1 1 0 0/0
C5510 002 08 нет 28.3.8 холостой ход 1 1 0 0/0
C5510 002 09 нет 28.3.8 холостой ход 1 1 0 0/0
C5510 002 10 Нет 28.3.8 холостой ход 1 1 0 0/0
C5510 002 11 Нет 28.3.8 холостой ход 1 1 0 0/0
C5510 002 12 Нет 28.3.8 холостой ход холостой ход 1 1 0 0/0
C5510 002 13 нет 28.3.8 холостой ход 1 1 0 0/0
C5510 002 14 нет 28.3.8 холостой ход 1 1 0 0/0
C5510 002 15 Нет 28.3.8 холостой ход 1 1 0 0/0
C5510 002 16 Нет 28.3.8 холостой ход 1 1 0 0/0

Введите команду show voice dsp error и покажите конкретные ошибки.См. Этот пример:

 DSP: 0/1: 1 
Тайм-аут: 10317799.760 10316844.140 10316735.720 10316688.136
Количество перезаписываемых ошибок: 213

Тревога: не записано
Удаление сообщения: не записано
DSP: 0/1: 2
Тайм-аут: 10316625.468 10316034.916 10315828 Число перезаписанных ошибок: 63

Тревога: не записано
Удаление сообщения: не записано
DSP: 0/1: 3
Тайм-аут: 10316656.860 10301703.084 10301341.276 10300263.408 Количество перезаписываемых ошибок: 5

Настроить мини-логгер и аварийный дамп.См. Раздел «Настроить аварийный дамп» и «Включить мини-регистратор» для получения инструкций о том, как настроить мини-журнал и аварийный дамп, а также собрать полный вывод команды show log .

Ошибка дескрипторов кольца больше

Эта ошибка наблюдается в двух сценариях:

  • DSP вылетает
  • Буфер DSP заполнен

См. Этот пример:

 19 июня, 16:25:04 UTC:% C5510-4-NO_RING_DESCRIPTORS: дескрипторы кольца 
больше не доступны в слоте 0 dsp 2.
19 июня, 16:25:09 UTC:% C5510-4-NO_RING_DESCRIPTORS: дескрипторы кольца больше не доступны
в слоте 0 dsp 2.

Если DSP выходит из строя, используйте подход, описанный в разделе DSP Alarms.

Если DSP заполнен, включите мини-регистратор и соберите выходные данные команды show log , как только произойдет событие.

TDM Connect, ошибка

См. Этот пример для проблемы подключения TDM:

 FLEXDSPRM-3-TDM_CONNECT не удалось подключить голосовой порт (0/0/0) к dsp_channel (0/0/0) 

Идентификатор ошибки Cisco CSCuj64211 — очень распространенная проблема в этом сценарии.Перезагрузите маршрутизатор в качестве временного решения проблемы, пока вы не сможете выполнить обновление до одной из фиксированных версий продукта.

См. Следующие полезные команды show:

  показать статус голосового вызова  
показать сводку голосового вызова
показать активную голосовую сводку
показать голосовую группу dsp все
показать голосовой dsp
показать слот подключения tdm <>
Показать подключение tdm slot <>
Показать слот карты tdm <>
Показать слот подключения tdm <> wic <>
Показать слот карты tdm <> wic <>

См. Эти отладки, которые необходимо собрать для тестового вызова:

 debug voip ccapi inout 
debug tdm
debug vpm all
debug voip vtsp all
debug voip dsm all
debug dsp-resource-manager flex all

Для этого вопроса можно использовать Cisco IOS ? Сценарий встроенного диспетчера событий (EEM).См. Этот пример:

 апплет диспетчера событий voice_debug 
шаблон системного журнала журнала событий 1 "FLEXDSPRM-3-TDM_CONNECT не удалось подключить голосовой порт
(0/0/0) к dsp_channel (0/0/0)" maxrun 200
шаблон системного журнала тега событий log2 " hwic_t1e1_wic_bp_disconnect: сбой отключения "
maxrun 200
триггер
коррелирует журнал событий 1 и журнал событий 2
действие 1 команда cli" включить "
действие 2 команда cli" показать слот подключения tdm 0 | добавить disk0: debug.txt "
действие 3 cli команда « показать активный голосовой вызов вызова | добавить disk0: debug.txt "
действие 4 команда cli" показать краткое голосовое сообщение журнала вызовов | добавить disk0: debug.txt "
действие 5 команда cli" показать сумму голосового вызова | добавить disk0: debug.txt «
действие 6 команда cli» показать голосовой вызов vtsp fsm | добавить disk0: debug.txt "
действие 7 команда cli" показать голосовой поток dsmp | добавить disk0: debug.txt «
действие 8 ожидание 180
действие 9 команда cli« отменить отладку всех »
действие 10 сообщение системного журнала« Остановка отладки »
действие 11 команда cli» show logging | добавить disk0: отладка.txt "
/debug.txt"

См. Эту ссылку для получения дополнительных сведений о процессе настройки сценария EEM: Настройка EEM для платформ маршрутизаторов с интегрированными сервисами Cisco.

Настройка CrashDump и Mini-Logger

Утилиты DSP Mini-Logger и CrashDump — полезные инструменты, которые собирают доказательства, которые помогают устранять сбои DSP. Mini-Logger фиксирует судебные доказательства вплоть до момента отказа DSP, в то время как CrashDump собирает доказательства во время сбоя и сразу после сбоя.Введите эти команды, чтобы включить эти функции:

DSP CrashDump

 voice dsp crash-dump file-limit 
voice dsp crash-dump destination

Например: voice dsp crash-dump target flash: dspcrashdump .

Мини-регистратор DSP

 voice dsp <слот #> управление буфером истории команд 
voice dsp <слот #> буфер истории команд периодический
voice dsp <слот #> история команд max-logger-print
voice dsp <слот #> история команд включить

Настройки передовой практики

Используйте следующие настройки передовой практики:

  • Установите ограничение файла CrashDump не выше 5.
  • Место назначения аварийного дампа должно быть файловой системой TFTP. Flash также приемлем, если TFTP недоступен.
  • Буферы MiniLogger для контроля и интервалов могут быть установлены до значения 10 000.
  • MiniLogger max-logger-print может достигать значения до 1000.
  • Отключите ведение журнала консоли, иначе загрузка ЦП достигнет опасных значений.
  • Отправить все, включая системный журнал, на внешний сервер.

Методы цифровой записи

Введение в цифровые технологии Методы записи
    Марек Роланд-Мешковски, М.Н., Кандидатская, цифровая звукозапись

    Эта статья была опубликована в журнале Canadian Acoustical Association Journal, 1989 г.

    Авторское право 1989-2014, Цифровые записи. Все права защищены.

Содержимое

 
Введение

В простейшем случае слово цифровое относится к представлению величина в числовой форме и аналоге относится к непрерывному физическому количество. Оцифровка означает преобразование аналогового физического количество в числовое значение.Например, если мы представим интенсивность звука числами, пропорциональными интенсивности, аналог значение интенсивности было представлено в цифровом виде. Точность цифровое преобразование зависит от количества дискретных числовых значения, которые могут быть присвоены, и скорость, с которой эти числовые измерения сделаны. Например, 4 числовых уровня будут представлять изменения амплитуды звучат менее точно, чем 256 числовых уровней и скорость 8 конверсий в секунду будет менее точной, чем скорость 10 000 конверсий / сек.

Процесс цифрового кодирования звука на компьютере был впервые разработан в 1957 году Максом Мэтьюзом из Bell Telephone Laboratories в Мюррей-Хилл (Мэтьюз, 1963). Другие достижения цифровой электроники и микрочипы привели к развитию первый звук с цифровой импульсно-кодовой модуляцией (PCM) магнитофон в 1967 году в NHK Technical Research Институт (Накадзима, 1983). Эта машина была 12- битовая компандированная схема (с использованием сжатия / расширения звука для улучшения динамического диапазона) с 30 частота дискретизации кГц.Данные записывались на одно- дорожка, видеомагнитофон со спиральной разверткой с двумя головками (видеолента Рекордер). Первая коммерческая PCM / цифровая запись сеанс был проведен DENON в 1972 г. (Такеаки, 1989).

Вернуться к содержанию

 
Принципы цифровой записи

Во время цифровой записи аналогового сигнала аналого-цифровое (A / D) преобразование происходит из от непрерывных амплитудно-временных координат до дискретных координаты время-амплитуда, как показано на рисунке 1.Разница между мгновенным аналогом сигнал и децифровое представление — это цифровая ошибка.

    Рисунок 1: Использование аналого-цифрового (или цифро-аналогового) преобразователя для преобразовать непрерывную функцию (амплитуда времени) в дискретная функция (дискретное время — дискретная амплитуда). Преобразование вносит цифровую ошибку в сигнал — цифровой шум.

Отдельно рассмотрим последствия дискретного времени и дискретных амплитудных координат о представлении аналогового сигнала.

Дискретное время

Теорема Найквиста

. Теорема Найквиста утверждает что если сигнал V (t) не содержит частот выше чем f s /2 (где f s = 1 / T s ), затем он может быть полностью восстановлен из его значений выборки V (нТл с ) в дискретные моменты времени t n = nT s , где n = … -1, 0, 1, 2, 3 …
(1)

    где:
    f s = 1 / T s , частота дискретизации
    V (t) = значение сигнала в произвольный момент времени t.

Это замечательный результат. Восстановленный сигнал будет иметь все частоты в диапазоне от От 0 до f с /2 Гц.

Дискретная амплитуда

Термин бит означает двоичную цифру и связан с с ситуацией с двумя вариантами выбора (0 и 1). Таким образом, любой цифровая система всего с двумя уровнями имеет разрешение 1 бит. Как правило, используется логарифм по основанию 2. преобразовать количество доступных квантований уровни в количество бит.Устройство с двумя стабильными позиции, такие как реле или триггер, могут хранить 1 немного информации. N таких устройств могут хранить N бит информации, потому что общее количество возможных состояний — 2 N , а количество информации равно log 2 2 N = N бит (Шеннон, 1949/1975). Таким образом, 4 уровни — 2 бита, 8 — 3 бита, 16 — 4 бита и т. д. N-битный аналого-цифровой или цифро-аналоговый преобразователь

Пример:
N = 8 №уровней = 256
N = 12 Количество уровней = 4096
N = 16 Кол-во уровней = 65 536
N = 20 Количество уровней = 1,048,576

При амплитуде напряжения от 0 до В макс. (например от 0 до 1 Вольт), тогда один шаг квантования будет:

= V макс / Количество уровней = V макс /2 N (3)

На достаточно высоком уровне и сложности ввода сигнал V (t), цифровая ошибка (разница между аналоговый сигнал и сохраненное цифровое значение) из образца для выборки будет статистически независимым и равномерно распределены в диапазоне [- / 2, / 2] где — размер шага в аналого-цифровом преобразователе.

Таким образом, максимальное отношение сигнал / шум (S / N) в децибелы можно рассчитать как (Накадзима, 1983; Мешковский, 1987):

для всех практических целей.

Таким образом, разрешающая способность конвертера 8, 12, 16 и 20 биты обеспечат соотношение сигнал / шум 48, 72, 96 и 120 дБ. соответственно.

Вернуться к содержанию

 
Цифровая система записи / обработки

Блок-схема цифрового Система записи / обработки представлена ​​на рисунке 2.Процессы в каждом из пронумерованных блоков от 1 до 7 описаны ниже:

    Рисунок 2: Блок-схема системы цифровой записи и обработки. Оба источника шума [N 1 (t), N 2 (t)] необходимы в во избежание цифровых искажений сигнала V (t) в виде когерентного шума N D (t). Правильно выбранный N 1 (t) и N 2 (t) добавляет к выходу только небольшой шум, но устраняет когерентность N D (t) (цифровой шум) с сигналом V (t).

  1. Вслед за Накадзимой (1983), Мешковски (1989) и Ваннамакер, Липшиц и Вандеркой (1989), аналоговый дизеринг должен быть добавлен к входному сигналу в приказ

    а) линеаризовать аналого-цифровой преобразователь

    б) сделать возможным улучшение отношения сигнал / шум путем усреднения процесс по формуле:

    (S / N) после усреднения = (S / N) до усреднения n 1/2 (5)
    где: n = No.усредненных сигналов

    в) устранение гармонических искажений (возникающих при цифровой шум N D (t) когерентен сигналу V (t)).

    г) устранить интермодуляционные искажения (создаваемые как хорошо, когда цифровой шум N D (t) когерентен с сигнал V (t)).

    д) устранить «цифровую глухоту» (когда сигнал V (t) падает ниже, где размер шага в аналого-цифровом преобразователе сигнал не будет записываться вообще, если нет шума N 1 (t) на вход).

    е) устранить шумовую модуляцию сигналом

  2. Входной фильтр нижних частот (фильтр антиалиасинга) должен исключить все частоты выше f s /2, где f s = частота дискретизации, чтобы избежать наложения спектров искажение (Складывание частот в полосу пропускания: f новый = f s — f оригинал где f оригинал f s /2).

  3. Преобразователь A / D преобразует аналоговый сигнал в цифровое число (например, 10110110 представляет 8-битную амплитуду в двоичном коде).Диапазон скоростей дискретизации от 2 кГц до 10 Диапазон разрешения по частоте и амплитуде от 4 до 20 бит.

  4. Если для сигнала выполняется DSP, необходимо добавить цифровой дизеринг N 2 (t) (поле 5) к избежать цифровых искажений и когерентного шума N D (t) на выходе цифро-аналогового преобразователя. Цифровая обработка также должна выполняться с использованием достаточно точных действительных чисел, чтобы избегать ошибок округления.

    Хранение цифровых данных может осуществляться на магнитная лента, оптический диск, магнитный диск или RAM (Оперативная память).Перед хранением дополнительно код генерируется для исправления ошибок. Этот Код исправления ошибок позволяет обнаруживать и исправлять ошибок при воспроизведении звукового сигнала. Избыточная информация должна быть добавлена ​​к исходной сигнал для борьбы с шумом, присущим любому система хранения / связи. Конкретный тип кода и системы исправления ошибок зависит от носитель информации, используемый канал связи и невосприимчивость к ошибкам (сколь угодно малая вероятность ошибки можно получить, Накадзима, 1983; Шеннон, 1949/1975).

  5. Перед цифро-аналоговым преобразованием необходимо добавлен к числам, представляющим амплитуду сигнала, если DSP был выполнен. Оптимально цифровой дизеринг имеет треугольную плотность вероятности функция (PDF) (Ваннамакер и др., 1989).

  6. Цифро-аналоговый преобразователь преобразует цифровые числа в аналоговый сигнал. Доступные скорости преобразования от 2 кГц до 200 МГц и доступная амплитуда. разрешение от 4 до 20 бит.

  7. Выходной фильтр нижних частот должен устранить все частоты выше f s /2, которые генерируются во время цифро-аналогового преобразования.

Вернуться к содержанию

 
Цифровые преимущества

Таблица I суммирует авторское сравнение Катушечный аналоговый магнитофон студийного качества с 16 бит цифровой рекордер. Эти данные получены из спецификаций различными производителями аналоговых и цифровые аудио продукты. Из этой таблицы следует, что цифровой регистратор имеет много преимуществ перед аналоговым аналог Производительность аналогового регистратора очень сильно зависит от калибровки и используемой ленты, так как а также от условий окружающей среды, таких как температура и влажность.Это не относится к цифровым регистратора, если генерируемые ошибки находятся в пределах пределы исправляемости ошибок конкретного устройства.

Параметр Катушка на катушку
Магнитофон
16-битный цифровой рекордер
Отношение сигнал / шум 65 дБ (линейная система) 93 дБ (линейная система)
Полный коэффициент гармонических искажений 0.2% 0,005%
Wow and Flutter 0,03% НЕИЗМЕР (точность кварца)
Частотная характеристика 30-20 000 Гц (3 дБ) 0-20 000 Гц (0,5 дБ)
Потеря серийного номера при копировании 3 дБ НЕТ (ИДЕАЛЬНАЯ КОПИЯ) — если сделано в цифровом домене
Ухудшение с течением времени ДА НЕТ (до тех пор, пока в пределах исправности системы)
    Таблица I — Сравнение аналогового катушечного рекордера с катушечным рекордером с 16-битным цифровым рекордером (любого типа).

Вернуться к содержанию

 
Цифровые форматы

Общие системы кодирования

Ниже приводится краткий список наиболее часто используемых цифровых алгоритмы кодирования (на примере одного канальная система цифровой записи с зондированием частота f s = 44,100 Гц и 16 бит A / D и D / A конверсия). Алгоритмы сжатия данных, которые более эффективны, чем PCM (занимают меньше места пробел), сохранить информативность сигнал.Здесь не упоминается сокращение / сжатие данных. алгоритмы, которые сокращают информацию содержание исходного сигнала (произвольно или на основы результатов психоакустических исследований).

PCM — PCM был изобретен А.Х. Ривзом в 1939 г. (патенты США 2272070, 1942-2 см. Накадзима, 1983 г.) и был проанализирован и разработан как система модуляции с точки зрения теории коммуникации К.Э. Шеннон (1949). С помощью только два альтернативных значения импульса (0 и 1), 16- генерируется последовательность импульсов, указывающая на выборку значение (например, 1010 1111 0110 1101, двоичное закодированное 16-битное число).Во время преобразования 16 бит амплитуды A1, A2, A3 … генерируются со скоростью 44,100 / сек. Спрос на запоминающее устройство и скорость канала передачи 88 200 Байт / сек. Это подход «грубой силы», который не является наиболее эффективный способ использования запоминающего устройства и канал передачи.

DPCM — Дифференциальная импульсно-кодовая модуляция. Во время преобразования только 4-битные (например) различия между последовательными амплитудами генерируются (A2-A1), (A3-A2), (A4-A3)… из расчета 44 100 / сек. Спрос на запоминающее устройство и скорость канал передачи — 22050 Байт / сек.

ADPCM — Адаптивная дифференциальная импульсно-кодовая модуляция. В зависимости от сигнала количество доступных битов для представления разница между последовательными 16-битными отсчетами варьируется. Например, для в случае полной тишины на входе (или слабого сигнала) разница может быть отключена полностью или представлена только на 1 бит. Спрос на запоминающее устройство и скорость канала передачи может варьироваться от 0 Байт / сек и 88 200 байт / сек в зависимости от сигнала сложность.Это, наверное, самый эффективный способ кодирование. Подобные средства кодирования можно использовать для видеосигналы, потому что нет больших изменений от кадр для кадра большую часть времени.

M — Дельта-модуляция. При кодировании всего 1 бит генерируются различия между последовательными амплитудами на высокой скорости преобразования, указывающей, сигнал был увеличен или уменьшен (от предыдущего образец). Спрос на запоминающее устройство и скорость канала передачи очень высока по сравнению с система PCM для того же качества сигнала (Nakajima, et al., 1983).

Системы записи / хранения

Ниже перечислены текущие распространенные записи / хранилища. системы для цифровых аудиоданных.

Блок PCM + видеомагнитофон — 2 и 4 канала.
Это профессиональные и полупрофессиональные системы. с разрешением 14 или 16 бит и 44056 Гц или Частота дискретизации 44,100 Гц. Сигнал PCM хранится на видеоленте в формате псевдо-видео. Большинство ранние системы были именно этого типа.

DASH (Цифровой стационарный головной магнитофон)
Это профессиональная 16-битная система с 48 треки. Доступны 40056, 44100 и 48000 Гц. частоты дискретизации.

R-DAT (Цифровой аудиорекодер с вращающейся головкой)
Это профессиональная и бытовая 2-канальная система. с разрешением 16 бит и 32000, 44 056, 44 100, Частота дискретизации 48 000 Гц.

Магнитный жесткий диск и RAM (Произвольный доступ Память) на базе регистраторов .
Это компьютерные профессиональные и полупрофессиональные системы записи имеющий от 1 до 24 дорожек. Разрешение от От 8 до 18 бит. Частоты дискретизации от 2 кГц. до 250 кГц. Компьютеры могут быть общими микрокомпьютеры, а также базовые компьютеры. Они предлагают высочайшую гибкость с точки зрения цифровых технологий. редактирование сохраненного звука и по мнению автора тренд будущего.

Оптический WMRM (много записи, много чтения), Регистраторы на основе стираемых оптических дисков. Этот формат становится популярным для аудио приложений. поскольку съемный оптический картридж может хранить около 600 МБ данных и надежнее, чем магнитные носители. Написанием и чтением занимается лазер без физического контакта с диском. В Компьютер NeXT имеет первый коммерчески доступный оптический дисковод емкостью 256 МБ ( Тмпсон и Баран, 1988). Также Накамичи недавно показали во время 7-й Международной конференции AES рабочий прототип записывающего устройства на оптических дисках, аналогично проигрывателю компакт-дисков (Mascenik, 1989).

Вернуться к содержанию

 
Приложения

Цифровые методы хранения и передачи аудиосигналов привлекательны тем, что предлагают высококачественные сигналы, не ухудшающиеся при расстояние передачи, количество копий или время. Цифровая информация при правильном хранении и передаче сохраняет 100% целостность в отличие от аналоговая информация, которая ухудшается во время каждого цикл передачи и хранения.

DSP

также намного мощнее ASP (Обработка аналогового сигнала).Во-первых, качество сигнал поддерживается во время DSP. Во-вторых, большая часть устройства DSP очень гибкие, потому что можно запускать много разных приложений на одном оборудовании путем изменения программного обеспечения. Аналоговые устройства посвящены конкретным задачам и не так гибки. В-третьих, цифровая обработка сигналов может выполнять операции невозможны в аналоговой области.

Некоторые из функций, которые могут быть выполнены устройствами DSP: фильтрация, эквализация, сжатие / расширение динамического диапазона, время компрессия / расширение, задержка, реверберация, высота звука изменение, генерация произвольного сигнала или шума, музыка и синтез голоса, шумоподавление, восстановление сигнала, автоматическое распознавание образов и голоса, время- реверс, шумоподавитель, автоматическая регулировка усиления, микширование сигналов и БПФ (быстрое преобразование Фурье).

В последние годы блоки DSP стали относительно доступный. Кроме того, есть много продуктов, доступных как сменные карты для популярных микрокомпьютеров, которые содержат микросхемы DSP от таких производителей, как Motorola или Texas Instruments. Системы DSP на базе микрокомпьютеры относительно быстры (но не так быстры, как посвященное оборудование) и очень гибкое.

Вернуться к содержанию

 
Выводы

Будущее цифровой записи и DSP выглядит очень яркий.Более высокие скорости микропроцессоров и DSP чипы делают приложения в реальном времени даже сложными алгоритмы реалистичные. Падение цен на чипы RAM и запоминающие устройства, такие как стираемый оптический диск, делают они доступны для многих исследователей и музыкантов.

По мнению автора, почти наверняка большая часть будущего записывающего и DSP оборудования будет основываться на микрокомпьютерах. Носители информации в будущем, вероятно, будут стираемые оптические диски и оперативная память карты.С падением цен на чипы RAM и уже доступны чипы 4 Мбит в одной упаковке, можно ожидается, что портативные рекордеры ADPCM на базе RAM будут заменить механически сложные машины R-DAT в ближайшее будущее.

Вернуться к содержанию

 
Используйте CD-CHECK, чтобы проверить ошибку исправление и возможность отслеживания CD / DVD-плеера
Используйте DED для непрерывного мониторинга цифрового выходного сигнала и цифровой ссылки с CD / DVD плееры, рекордеры DAT и другие цифровые источники
 
Список литературы

  • Анадзава Такеаки и др.(1989). Исторический обзор развития PCM / цифровой записи Технологии в DENON, AES 7th International Конференция, Audio in Digital Times, Торонто, май 14-17.
  • Mascenik, S. (1989). Магнитооптический диск цифровой Аудиозаписи, 7-я международная конференция AES, «Audio in Digital Times», Торонто, 14-17 мая.
  • Мэтьюз, М. В. (1963). Цифровой компьютер как музыкальный инструмент. Наука, 142, 553-557.
  • Мешковский, М.(1987). Коммерчески доступное оборудование и программное обеспечение для сбора и анализа данных. Приглашенный доклад, «Семинар / семинар по сбору данных», Технический университет Новой Шотландии, Отдел непрерывного образования, 6-17 ноября. Рукопись доступна у автора.
  • Nakajima, H., et al. (1983). Цифровая книга Sony Audio Technology, TAB Books Inc.
  • Шеннон К. Э. (1949/1975). Математический теория общения. Урбана: Университет Illinois Press (первое издание, 1948 г.).
  • Ваннамакер, Р.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *