IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

Введение

С каждым годом компьютерные технологии совершенствуются все больше и больше, в том числе и программное обеспечение, предназначенное для профессиональной обработки аудио данных. Огромный скачок вперед совершила компания Microsoft, разработав программный интерфейс DirectX, предназначенный для упрощения написания программ для работы с графикой и звуком.

Обработка цифровогоподразделяется на:

1. Линейная обработка происходит в настоящем времени и для нее нужна быстрая реакция процессора.

2. Внелинейная обработка отсутствуют временные ограничения, поэтому можно использовать любые процессоры. Но процесс обработки может затянуться до нескольких часов.

В данной статье мы рассмотрим такие аспекты обработки цифрового звука как сжатие,технология AudioMPEGLayer3 (MP3),формат MP3 цифрового звука,психоакустическая модель,адаптивное кодирование,хранение цифрового звука,носители цифрового звука.

1. Сжатие цифрового звука

При цифровом кодировании звук и видео можно довести до зрителя, значительно уменьшив поток или ширину полосы частот, причем с обновлением компьютерных технологий известные методы сжатия дешевеют, а новые начинают быть все более востребованными.

Сжатие осуществляется по нескольким правилам:

1. Если можно не сжимать данные, постарайтесь обойтись без этого.

2. При сжатии ставьтесамый маленький коэффициент компрессии.

3. Избегайте сжатия уже сжатых данных.

4. Сжатиемможнорассинхронизироватьаудио- и видеопотоки.

5. При сжатии используйте данные без лишних шумов.

6. После сжатия увеличивается возможность ошибок при передаче данных.

2 Технология AudioMPEGLayer3. Формат MP3 цифрового звука

MPEG (MotionPicturesExpertGroup) - название рабочей группы, созданной при Международной организации по стандартизации и Международном электрическом комитете (ISO/IEC) с целью разработки стандартов сжатия видео и аудиоинформации. Собственно MPEG определет аудио и видео форматы, использующие сжатие с частичной потерей информации, а также операции, производимые декодерами MPEG.

Стандарт MP3 - схема сильного сжатия аyдио с потеpями, полное название - MPEG-1 Layer3 (иногда пишут просто MPEG Layer 3).

MP3 использует спектральные отсечения, согласно психоакустической модели. Звуковой сигнал делится на одинаковые отрезки, каждый из которых после обработки записывается в свой фрейм (кадр). Разложение в спектр требует непрерывности входного сигнала. Два и более пикарасположенные рядом, заменяется одним усреднённым. После спектральной «зачистки» применяются математические методы сжатия и упаковка во фреймы. Каждый фрейм может иметь несколько контейнеров, что позволяет хранить информацию о нескольких потоках (по-канально).

3Психоакустическая модель

С помощью психоакустических моделейкодер определяет порог допустимого шума квантования. Стандарт MPEG устанавливает 2психоакустические модели.

Стандарт сжатия звука MPEG допускаетбольшую свободу при реализации моделей. Суть этой реализации в конкретном кодере зависит от требуемой степени сжатия. В приложениях широкого потребления, в которых не требуется высокий фактор сжатия, психоакустическая модель может вовсе отсутствовать. В этом случае алгоритм назначения битов не использует соотношение SMR (signaltomaskratio, соотношение сигнал/маскирование).

Шаги психоакустических моделей:

1. Путемоперций Фурье делается переход от родных звуков к их частотным коэффициентам.

2. Полученные частоты распределяются по критическим полосам.

3. Спектральные значения критических полос деляться на тональные и нетональные компоненты.

4. Перед определением порогов маскирования шумов для различных критических полос, модель применяет функцию маскирования к сигналам из разных критических полос.

5. Модель определяет пороги маскирования для каждой подполосы.

Заключение

Целью исследования темы реферата было предоставить необходимые теоретические сведения в области обработки цифрового звука.

Кроме того, были выполнены основные задачи реферата: выявить принципы психоакустики и психоакустических моделей, во-вторых, исследовать способы сжатия цифрового цифрового звука, в-третьих, исследовать работу формата МР3, в-четвертых, сформулировать понятие адаптивного кодировании цифрового звука, и в-пятых, узнать больше о хранении цифрового звука и носителях цифровой аудио-информации.

На основании вышеизложенного были сделаны следующие выводы.

Психоакустика — научная дисциплина, изучающая психологические и физиологические особенности восприятия звука человеком, основанные на том, что человеческое ухо воспринимает только достаточно небольшую область спектра и терпимо относится к небольшим искажениям звука.

Современные методы сжатия цифрового звука используют сложные математические алгоритмы и знания в области психоакустики. Условно их можно разделить на два основных типа: сжатие без потерь (например, формат flac) и сжатие с потерями (к нему относится популярный формат МР3).

MP3 является одним из самых распространённых и популярных форматов цифрового кодирования звуковой информации с потерями. Он широко используется в файлообменных сетях для оценочной передачи музыкальных произведений.

Таким образом, в настоящее время существует огромное разнообразие методов и способов обработки звукового сигнала. Для сжатия цифрового звука используются различные математические модели, в том числе адаптивные алгоритмы, а также знания в области психоакустики. Одним из самых известных форматов хранения цифрового звука является формат МР3, применяющий адаптивную технологию сжатие данных с потерями. Несмотря на огромное разнообразие уже имеющихся методов, программных средств для обработки цифрового звука и видов электронных носителей, данная область мультимедийных технологий не теряет актуальности как для профессионалов, так и для рядовых слушателей, и продолжает активно развиваться.

Список литературы

1. Алдошина, И.А. Основы психоакустики (подборка статей). [Электронный ресурс] URL= http://www.koob.pro/aldoshina/ Дата обращения: 30.05.13.

2. Загуменнов А.П. Компьютерная обработка звука, 2013 г. [Электронный ресурс] URL= http://www.litres.ru/aleksandr-zagumennov/komputernaya-obrabotka-zvuka/5352013/Дата обращения: 01.06.13

3. Радзишевский А., Чижов А. Цифровой звук – обо всём по-порядку. [Электронный ресурс] URL= http://websound.ru/articles/theory/digitalsound.htm Дата обращения: 30.05.13.

4. Сэломон, Д. Сжатие данных, изображений и звука."Техносфера", 2004 г., 368 с.

5. Цифровой аудио формат MP3. [Электронный ресурс] URL= http://www.n-audio.com/articles/format-2.htm Дата обращения: 01.06.13.

Код для цитирования: Скопировать