Реферат: Способы записи аудиоинформации

Министерство образованияРеспублики Беларусь

Учреждение образования ” Гомельский Государственный университет имениФранциска Скорины”

Кафедра вычислительной математики и информатики

Реферат на тему:

«Способы записи аудиоинформации»

Выполнила: студентка группы М-52

Комендантова Е.В.

Принял: Орлов В.В.

Гомель 2002


Содержание

Введение

1. Природазвука

2. Восприятиезвуковых раздражений

3. Частота,амплитуда, фаза — характеристики звука

4. Информацияаналоговая, цифровая

4.1Представление и способы передачи цифровой информации

5.Дискретизация звука

6. Способызаписи информации

6.1 Бит в бит

6.2 Сжатие

6.3 Структураболванки CD-R

6.4 Запись CD-R

6.5 Запись CD-RW

Список используемых источников


Введение

 

Среди средств мультимедиа звук — явление особое. Вроде кошки, котораяухитряется существовать сама по себе наперекор всему. Текст и графика вроде бынеплохо сдружились друг с другом и постоянно идут рука об руку. Но при этом ичасть своей самобытности потеряли — текст и графика сегодня редко встречаютсяпо отдельности. В связке — другое дело, а вот порознь.

Звук, напротив, постоянно пребывает в одиночном плавании. А всё потому,что слишком жаден до внимания этот вид информации — всё на себя перетягивает.Звучит, к примеру, на странице Internet какая-нибудь мелодия — и вот уже и текст в голову не лезет, и картинкиуже не так радуют глаз.

А с другой стороны, по этой же самой причине звук не прощаетдилетантского подхода. Огрехи текста или картинки далеко не всякий разглядит. Авот фальшь, низкое качество созданной или обработанной нами композиции любойслушатель с не отдавленным русским медведем ухом в момент почувствует.


1. Природа звука

Мир наполнен самыми разнообразными звуками: тиканье часов и гул моторов,шелест листьев и завывание ветра, пение птиц и голоса людей. О том, какрождаются звуки и что они собой представляют, люди начали догадываться оченьдавно. Замечали, к примеру, что звук создают вибрирующие в воздухе тела. Ещёдревнегреческий философ и учёный — энциклопедист Аристотель, исходя из наб-людений, верно объяснил природу звука, полагая, что звучащее тело создаётпопеременное сжатие и разрежение воздуха. Так, колеблющаяся струна тоуплотняет, то разрежает воздух, а, благодаря упругости воздуха, этичередующиеся воздействия передаются дальше в пространство — от слоя к слою,возникают упругие волны, достигая нашего уха, они воздействуют на барабанныеперепонки и вызывают ощущение звука.

Звук-это волны сжатия и расширения, распространяющиеся в воздухе или инойсреде. Они распространяются во всех направлениях от источника звуковыхколебаний. Когда волны достигают вашего уха, расположенные в нём чувствительные«элементы» воспринимают эти вибрации, и мы слышим звук.


2. Восприятие звуковых раздражений

 

Звуковые волны, проходя черезнаружный слуховой проход, вызывают колебания барабанной перепонки и передаютсяслуховым косточкам, а с них-на перепонку овального окна, ведущего в преддвериеулитки. Возникшее колебание приводит в движение перилимфу (прозрачную жидкостьв щелевидном пространстве между лабиринтом перепончатым и костным) и эндолимфу(полость перепончатого лабиринта) внутреннего уха и воспринимается волокнамиосновной перепонки, несущей на себе клетки кортиева органа (периферическийконец слухового анализатора). Высокие звуки с большой частотой колебанийвоспринимаются короткими волокнами, расположенными у основания улитки, и передаютсяволоскам клеток кортиева органа. При этом возбуждаются не все клетки, а толькоте, которые находятся на волокнах определённой длины. Следовательно, первичныйанализ звуковых сигналов начинается уже в кортиевом органе, с котороговозбуждение по волокнам слухового нерва передаётся в слуховой центр корыголовного мозга в височной доле, где происходит их качественная оценка.

3. Частота, амплитуда — характеристики звука

Каждый звук характеризуется частотой (высотой звука), интенсивностью(громкостью). Частота-это количество звуковых колебаний в секунду;измеряется она в герцах (Гц). Чем больше частота, тем выше звук.

Человеческое уховоспринимает не все частоты. Очень немногие слышат звуки с частотами ниже 16 Гци выше 20 Гц. Частота звука самой низкой ноты на рояле равна 27 Гц, а самойвысокой — чуть больше кГц. Наивысшая звуковая частота, которую могут передатьвещательные ЧМ-радиостанций –15 кГц.

Громкость определяется амплитудой колебаний. Амплитуда звуковыхколебаний зависит, в свою очередь, от мощности источника звука. Например,струна пианино при слабом ударе по клавише звучит тихо, поскольку размах еёколебаний невелик. Если же ударить по клавише посильнее, размах колебанийструны увеличится. Громкость звука измеряется в децибелах (дБ). Шорох листьевимеет громкость около 20 дБ, обычный уличный шум-около 70, а близкий удар грома-до120 дБ.

Важными параметрами являются частота квантования звуковых сигналов и разрядность квантования. Частоты квантования показывают, сколько раз в секундуберутся выборки сигнала для преобразования в цифровой код. Обычно они лежат впределах от 4–5 Кгц до 45–48 Кгц. Разрядность квантования характеризует числоступеней квантования и измеряется степенью числа 2.

Таблица 1

Частотный диапазон

Вид сигнала

Частота квантования

400 – 3500 Гц

Речь (едва разборчива) 5.5 Кгц

250 – 5500 Гц

Речь (среднее качество) 11.025 Кгц

40 – 10000 Гц

Качество звучания УКВ–приемника 22.040 Кгц

20 – 20000 Гц

Звук высокого качества 44.100 Кгц

4. Информация аналоговая и цифровая

В природе информация распространяется в виде сигналов, а все сигналы, какизвестно, имеют энергетическую природу. Они могут быть сильнее или слабее, имсвойственно явление затухания. Сигналы разной интенсивности несут разнуюинформацию. Информацию такого рода называют аналоговой.Аналоговая информация непрерывна, и мы никогда не встретим два листа на дереве,имеющих одинаковый цвет, или два облака на небе, имеющих одинаковую форму.

В компьютерах информация представляется в виде данных, которые имеютдругую природу. Аналоговые сигналы заменяются числовым представлением. Чембольше яркость зелёного цвета на фотографии, тем большим числом в памятикомпьютера представляется этот сигнал. То же относится и к красному, и ксинему, и к серому цвету. То же относится и к звукам и к другим видам сигналов.Информацию, представленную в такой форме, называют цифровой.Цифровая информация дискретна, поскольку для представлениябесконечного многообразия цветов, звуков и форм используется вполнеопределённое и конечное количество чисел.

Представление аналоговой информации в цифровом виде называется аналого-цифровымпреобразованием. Чем больше разных чисел используется для такогопреобразования, тем выше дискретность цифровой информации и тем выше еёточность, то есть тем ближе цифровая информация к аналоговой.

4.1 Представление и способы передачи цифровой информации

Представление информации в виде цифровых данных не случайно выбрано вкачестве основополагающего принципа работы компьютера. У аналоговых сигналовслишком многое зависит от интенсивности, а она постепенно уменьшается впроцессе затухания. Другое дело-цифровые данные. Здесь всё просто: сигнал либоесть, либо его нет.

Цифровые данные по проводнику передаются путём смены текущего напряжения:нет напряжения-«0», есть напряжение-«1». Существует дваспособа передачи информации по физически передающей среде: цифровой ианалоговый.

При цифровом (узкополосном способе передачи) данные.

Передаются в их естественном виде на единой частоте. Он позволяетпередавать только цифровую информацию, обеспечивает в каждый данный моментвремени возможность использования передающей среды только двумя пользователямии допускает нормальную работу только на ограниченные расстояния. В то же время узкополоснойспособ передачи обеспечивает высокую скорость обмена данными — до 10 Мбит/с ипозволяет создавать легко конфигурируемые вычислительные сети. Подавляющеечисло локальных вычислительных сетей использует узкополосную передачу.

Аналоговый способ передачи цифровых данных обеспечивает широкополоснуюпередачу за счёт использования в одном канале сигналов различных несущихчастот.

При аналоговом способе передачи происходит управление параметрами сигналанесущей частоты для передачи по каналу связи цифровых данных. Сигнал несущейчастоты представляет собой гармоническое колебание, описываемое уравнением:

X=Xmax*sin,

где Xmax -амплитуда колебаний; — частота; t -время; -начальная фаза колебаний.

Передать цифровые данные по аналоговому каналу можно, управляя одним изпараметров сигнала несущей частоты: амплитудой, частотой или фазой. Так какнеобходимо передавать данные в двоичном виде, то можно предложить следующиеспособы управления: амплитудный, частотный, фазовый.

Амплитудная модуляция:«0»-отсутствие сигнала, то естьотсутствие колебаний несущей частоты;«1»-наличие сигнала, то естьналичие колебаний несущей частоты.

Частотная модуляция предусматривает передачу сигналов 0 и 1 на разнойчастоте. При переходе от 0 к 1 и от 1 к 0 происходит изменение сигнала несущейчастоты.

Фазовая модуляция: при переходе от 0 к 1 и от 1 к 0 меняется фазаколебаний, то есть их направление.


5. Дискретизация

Процесс записи и воспроизводства звука в компьютере в самых общих чертахвыглядит следующим образом.

В состав звуковой платы входит аналогово-цифровой преобразователь (АЦП илиADC-Analog-to-Digital Converter), который при записи преобразуетаналоговые звуковые колебания в понятные компьютеру комбинации битов. Для такихцифровых сигналов компьютер используется либо просто в качестве магнитофона,либо как микшерский пульт, либо как целая студия звукозаписи. Привоспроизведении цифро-аналоговый преобразователь превращает записанные иобработанные «цифровые» звуки в нечто слышимое.

Дискретизацией называется первый этап описанного процесса — преобразованиеисходных аналоговых звуковых сигналов в цифровые, которые можно сохранить,обработать и в последующем воспроизвести. При этом, естественно, сигнал неможет быть преобразован целиком в цифровом виде сохраняются его отдельные«фотоснимки» (выборки или мгновенные значения сигнала в определённыемоменты времени). Чем выше частота выборок, тем точнее «цифровая копия» звукасоответствует оригиналу.


6. Способы записи аудиоинформации

 

Длительность звучаниястандартного компакт-диска составляет 74 минуты. Структура информации на дискеследующая. В начале диска располагается так называемая вводная зона. Здесьрасполагается различная специальная информация о формате диска, структуре иадресах звуковых фрагментов. За этой областью располагается небольшой зазор(около двух секунд) и начинается программная зона, содержащая в себе,собственно, звуковые данные. Выводная зона служит границей диска.

 

6.1 Бит в бит

Информацию на диск вданном случае записывается как есть, то есть её помещают на 74 минуты. В этомслучае получаем большой размер файлов. На обычном компакт-диске, например,частота дискретизации аудио составляет-441000 Гц, а значение сигнала описано 16битами. Таким образом, на описание одной секунды аудио в формате CD-DA тратится 176400 байт(172 Кбайт), одной минуты-10Мбайт.

6.2 Сжатие

 

Применение сжатия позволяет уменьшить размеры файлов. Есть два типасжатия-с потерями качества и без потерь качества. При упоминании о сжатии аудиоподразумевается сжатие с потерями качества. Любое сжатие информации приводит к ухудшениюеё качества. Однако в процессе эволюции человеческий слух научилсяадаптироваться к некоторым видам помех, не замечая их присутствия в принимаемойаудиоинформации.


6.3 Структура болванки CD-R

Прежде чем начать описание форматов записи, необходимо обрисовать самуструктуру записываемого диска, чтобы понять, какие процессы происходят при егозаписи. Итак, в структуре CD-R диска можно выделить четыре основных слоя (пятый- изображение, нанесенное на поверхность диска), наносимых поэтапно. Изначальноизготавливается пластмассовая основа диска — поликарбонат (Е), котораясоставляет основную часть CD-R и придает ему необходимую прочность и форму.Далее, на готовую пластмассовую форму наносится активный слой (D) /dye/. Именноэтот слой позволяет осуществлять запись на диск и определяет его надежность икачество считывания информации в дальнейшем. На сегодняшний день широкоиспользуется два типа активного слоя: цианин и фталоцианин. Цианиновыйкраситель обладает сине-зеленым (цвет «морской волны») или насыщенносиним оттенком рабочей поверхности, фталоцианин, в большинстве случаев,практически бесцветен, с бледным оттенком салатового или золотистого цвета.Цианиновый краситель более терпим к предельным сочетаниям мощностичтения/записи, чем «золотой» фталоцианиновый, поэтому зачастую дискина основе цианинового слоя проще считывать на некоторых дисководах. Фталоцианин- несколько более современная разработка. Диски на основе этого активного слояменее чувствительны к солнечному свету и ультрафиолетовому излучению, чтоспособствует увеличению долговечности записанной информации и несколько болеенадежному хранению в неблагоприятных условиях. После того, как наполикарбонатовую заготовку был нанесен dye, диск покрывается специальным слоемсветоотражающего материала (C). В обычных CD-ROM для этой цели применяетсяалюминий, в CD-R дисках же применяется чистое серебро, позволяющее добиться65-80%-го коэффициента отражения. Завершающим этапом изготовления дискаявляется нанесение защитного слоя (В), на который в дальнейшем возможно нанесениеизображений (А). Наиболее распространенным и простым в изготовлении защитнымслоем является специальный лак.

В проигрывателе имеется электродвигатель со следящей систе,мой, обеспечивающей точное считывание дорожки лазерным лучом и неизменнуюлинейную скорость считывания. Поэтому скорость вращения диска непостоянна иизменяется от 500 об. / мин. для внутренней части диска, с которой начинаетсясчитывание, до 200 об. / мин. для внешней. Специальный оптико-электронный блокимеет устройства для стабилизации излучения лазера, автоматической фокусировки,слежения за дорожкой при биении диска и выбора треков диска для считывания.

Для считывания информации с CD–ROM используетсяполупроводниковый диод с фокусирующей и следящей оптической системой.Внутренняя поверхность диска, на которую кладут диск на подставку (в кассету)дисковода, находится не в фокусе оптической системы лазерного излучателя.Диаметр светового пятна от лазера, создающего сходящийся конус света, порядка 1мм. Поэтому умеренные загрязнения нерабочей поверхности, например, пылинки наней, отпечатки пальцев и даже небольшие царапины практически не влияют навоспроизведение.

 

6.4 Запись CD-R

На СD-R информация записывается при помощи CD рекодера. Энергия лучалазера поглощается органическим красителем болванки, вследствие чего он меняетсвою отражательную способность. Иногда этот процесс называют«прожигом», что на самом деле не совсем точно отражает процессформирования «питов» — участков слоя с ухудшенной прозрачностью. Считываютсятакие болванки немного хуже, чем обычные CD-ROM диски, из-за наличиядополнительного слоя, уменьшающего коэффициент отражения. Большое значениеимеет и качество формирования «питов» на диске, что зависит как отсвойств органического красителя, так и от самого CD рекордера. Когда лазерныйлуч высокой интенсивности фокусируется на этом слое, цвет красителя меняется,что, в свою очередь, ведет к изменению отражающей способности данной точки. Подвоздействием луча стандартного лазера CD-ROM — с меньшей мощностью, чем записывающийлуч CD-R, — изменившие цвет точки отражают меньше света, и этопозволяет накопителю распознавать записанные данные. Процесс изменения цветаслоя красителя необратим, поэтому диски CD-R допускают только однократнуюзапись. (Строго говоря, писать на CD-R можно и в несколько сеансов, но всякийраз начинать запись нужно на новом участке диска).

 

6.5 Запись CD-RW

CD-RW, стандарт перезаписываемых CD-дисков, — это сокращение отCD-Rewritable, т.е. перезаписываемый CD. Разница между CD-RW и CD-R заключаетсяв том, что диски CD-RW могут быть стерты и повторно записаны, в то время как надисках CD-R возможна только однократная запись. В остальном, они используютсятак же, как и диски CD-R. Технология записи информации на CD-RW диски немногоотличается от CD-R. Приводы CD-RW используют технологию изменения фазы. Вместосоздания «пузырьков» и деформаций записываемого слоя красителяиспользуется тонкого слоя материала, отражающая способность которого меняетсяпри внешних воздействиях. Под влиянием лазерного луча умеренной мощности,которая называется мощностью записи (write power), этот слой нагревается, а при остывании его материалкристаллизуется. При нагревании лучом большей мощности (мощность стирания, илиerase power) происходит переход материала в аморфное состояние. Вкристаллическом состоянии слой лучше отражает свет, и накопитель получаетвозможность считывать данные. Для считывания данных в накопителях CD-RWиспользуется лазерный луч, мощность которого (мощность чтения, или read power) меньше, чем у записывающих и стирающих лучей.


Список используемых источников

1. Новейшийсамоучитель работы на компьютере под редакцией С. Симоновича, Москва, 1999, 656с.

2. Новейшаяэнциклопедия персонального компьютера 2000 Москва, «Олма-Пресс», 2000, 848 с.

3. Скотт Мюллер«Модернизация и ремонт персонального компьютера» — Москва, Бином, 1997, 886 с.

4. Популярнаямедицинская энциклопедия главный редактор Б.В. Петровский-Москва,«Советскаяэнциклопедия», 1984, 704 с.

5. Энциклопедическийсловарь юного физика-Москва, 1984, 352 с.

6. Н.Е. Ковалёв,Л.Д. Шевчук, О.И. Щуренко Биология для подготовительных отделений медицинскихинститутов-Москва, «Высшая школа», 1986, 384 с.

7. КинтуельТ. «Руководство программиста по работе со звуком»: Перевод с англ. — Москва:ДМК, 2000.

8. СекуновН.Ю. «Обработка звука на РС: Наиболее полное руководство в подлиннике». — Санкт-Петербург, 2001.

еще рефераты
Еще работы по информатике, программированию