Кодирование звуковой информации. Представление звука в памяти компьютера.
Аналоговый и цифровой звук- Основные темы:
- история звукозаписывающей техники;
- аналоговое представление звука;
- цифровое представление звука;
- что такое АЦП и ЦАП.
Создание компьютерного звука — это современный этап истории развития звуковой техники. Кратко познакомимся с этой историей.
С конца XIX века бурно развивались технические средства хранения и передачи информации. Так, в конце XIX века знаменитым американским изобретателем Томасом Эдисоном был изготовлен фонограф.
Принцип работы фонографа состоит в следующем. Речь, музыка или пение создают звуковые колебания, которые передаются на записывающую иглу фонографа. Игла, воздействуя на поверхность вращающегося воскового валика, оставляет на ней бороздку с изменяющейся глубиной — звуковую дорожку. При воспроизведении звука происходит обратный процесс: движение считывающей иглы по звуковой дорожке сопровождается ее колебаниями с той же частотой. Эти колебания превращаются фонографом в слышимый звук. Фонограф Эдисона — первое в истории устройство для записи звука.
Рис.1. Томас Эдисон и его фонограф.
В середине XX века появился электрофон — электрический аналог патефона.
Аналоговое представление звука
Звуковая дорожка грампластинки — это пример непрерывной формы записи звука.
Такую форму называют аналоговой. В электрофоне колебания движущейся по звуковой дорожке иглы превращаются в непрерывный электрический сигнал, показанный. Такой график называется осциллограммой. Он может быть получен с помощью прибора, который называется осциллографом.
Рис.2. Осциллограф.
В XX веке был изобретен магнитофон — устройство для записи звука на магнитную ленту. Здесь также используется аналоговая форма хранения звука. Только теперь звуковая дорожка — это не механическая «бороздка с ямками», а линия с непрерывно изменяющейся намагниченностью. С помощью считывающей магнитной головки создается переменный электрический сигнал, который озвучивается акустической системой.
До недавнего времени вся техника передачи звука была аналоговой. Это и телефонная связь, и радиосвязь. При телефонном разговоре звуковые колебания мембраны микрофона превращаются в переменный электрический сигнал, который передается по электрическим проводам. В принимающем телефоне они превращаются в звук.
Цифровое представление звука
Вам уже знаком основной принцип хранения информации в памяти компьютера — принцип дискретности: любые данные в памяти компьютера хранятся в виде цепочек битов, т. е. последовательностей нулей и единиц. Современные компьютеры умеют работать со звуком. Значит и звук в компьютерной памяти хранится в дискретной форме, т. е. в виде цифр.
Что такое АЦП и ЦАП
Запись звука происходит через микрофон, который создает непрерывный электрический сигнал, а воспроизведение — через динамики, которые звучат также под действием непрерывного электрического сигнала. Как же работа этих устройств совмещается с дискретными данными в памяти компьютера? Происходит преобразование аналоговой формы представления звука в дискретную и обратное преобразование. Первый процесс называется аналого-цифровым преобразованием (АЦП), второй — цифро-аналоговым преобразованием (ЦАП).
Коротко о главном
Непрерывная форма представления звука называется аналоговой формой.
Звук, записанный на фонографе, грампластинке, магнитной ленте, - это «аналоговый звук».
В компьютере звук представляется в дискретной (цифровой) форме.
АЦП - преобразование из аналоговой формы в цифровую (дискретную); ЦАП - преобразование из цифровой формы в аналоговую.
Технические средства мультимедиа
Основные темы:
- система ввода/вывода звука;
- устройства для работы с видеокадрами;
- устройства хранения мультимедийной информации.
Система ввода/вывода звука
Микрофон используется для ввода звука в компьютер. Непрерывные электрические колебания, идущие от микрофона, преобразуются в числовую последовательность. Эту работу выполняет устройство, подключаемое к компьютеру, которое называется аудиоадаптером, или звуковой картой. Воспроизведение звука, записанного в компьютерную память, также происходит с помощью аудиоадаптера, преобразующего оцифрованный звук в аналоговый электрический сигнал звуковой частоты, поступающий на акустические колонки или стереонаушники. Из сказанного следует, что звуковая карта совмещает в себе функции ЦАП и АЦП. Рис.3 иллюстрирует описанный процесс.
Рис.3. Преобразование звука при вводе и выводе.
Запись и воспроизведение видеофильмов на компьютере, как и работа со звуком, связаны с преобразованием ЦАП -АЦП. Для этих целей существуют специальные карты ввода/вывода видеоизображения. Оцифрованные и занесенные в компьютерную память видеокадры могут быть подвергнуты редактированию.
Для демонстрации мультимедиа приложения в большой аудитории используют мультимедиа проектор. Такой проектор переносит на большой экран изображение с экрана монитора.
Устройства хранения мультимедийной информации
Звук, видео, графика, объединенные в мультимедиа приложение, требуют больших объемов памяти. Поэтому для их хранения нужны достаточно емкие и, желательно, недорогие носители. Этим требованиям удовлетворяют оптические компакт-диски (CD — Compact Disk). Наряду с большой емкостью (около 700 Мбайт) они имеют надежную защиту от потери данных. В настоящее время широко используются диски CD-ROM и CD-RW. Наибольшей информационной емкостью обладают цифровые видеодиски — DVD. На современном DVD может храниться до 20 Гбайт информации. Этого достаточно для размещения полнометражного кинофильма с высококачественным звуковым сопровождением.
Коротко о главном
- Для работы со звуком используются микрофон, звуковая карта и динамики (колонки или наушники).
- Аналоговая видеозапись должна быть оцифрована перед обработкой на компьютере.
- Для хранения мультимедиа приложений используются компакт-диски, содержащие большие объемы информации.
- DVD-диски предназначены для хранения полнометражных видеофильмов с высококачественным звуковым сопровождением.