Transcript FORMAT WAVE
FORMAT WAVE Opracował: Marek Sawczuk DŹWIĘK JEST SYGNAŁEM ANALOGOWYM, CO OZNACZA, ŻE WARTOŚĆ CHWILOWA JEGO NATĘŻENIA ZMIENIA SIĘ W CZASIE W SPOSÓB CIĄGŁY. ANALOGOWĄ METODĘ ZAPISU DŹWIĘKÓW WYNALAZŁ EDISON W ROKU 1877, ALE BYŁA TO METODA CZYSTO MECHANICZNA. W DRUGIEJ POŁOWIE XX WIEKU DOMINOWAŁ JUŻ ELEKTRYCZNY ZAPIS DŹWIĘKU WYKORZYSTUJĄCY W CHARAKTERZE NOŚNIKA TAŚMĘ MAGNETYCZNĄ W TYM SAMYM CZASIE WPROWADZONO TECHNIKĘ CYFROWĄ DO TELEFONII. DLA ZACHOWANIA JEDNORODNOŚCI ROZWIĄZAŃ KONSTRUKCYJNYCH KONIECZNE STAŁO SIĘ PRZEKSZTAŁCENIE ANALOGOWEGO SYGNAŁU DŹWIĘKOWEGO NA SYGNAŁ CYFROWY. DOKONANO TEGO ZA POMOCĄ MODULACJI KODOWOIMPULSOWEJ (PULSE CODE MODULATION - PCM). Sygnał analogowy METODA TA POLEGA NA SPRAWDZANIU Z OKREŚLONĄ CZĘSTOTLIWOŚCIĄ CHWILOWYCH WARTOŚCI SYGNAŁU ANALOGOWEGO (PRÓBKOWANIE SYGNAŁU) Chwile (miejsca) pobierania próbek ODCZYTANE W TEN SPOSÓB WARTOŚCI SĄ PRZELICZANE NA LICZBY BINARNE. PO TYM PRZEKSZTAŁCENIU CHWILOWE WARTOŚCI SYGNAŁU ANALOGOWEGO SĄ PRZESYŁANE JAKO CIĄG LICZB BINARNYCH (CZYLI JAKO CIĄG IMPULSÓW O JEDNAKOWEJ AMPLITUDZIE) 1101 1010 1001 0101 0010 .... Wartości sygnału w poszczególnych punktach próbkowania wyrażone binarnie W URZĄDZENIU ODBIORCZYM DOKONUJE SIĘ PROCES ODWROTNY. ODEBRANE WARTOŚCI BINARNE SĄ ZAMIENIANE NA PROPORCJONALNE WARTOŚCI NAPIĘCIA. W TEN SPOSÓB ZOSTAJE ODTWORZONY PRZYBLIŻONY SYGNAŁ ANALOGOWY. JAKOŚĆ DŹWIĘKU JEST TYM LEPSZA, IM BLIŻEJ SIEBIE LEŻĄ KOLEJNE PRÓBKI, CZYLI IM WIĘKSZA JEST CZĘSTOTLIWOŚĆ PRÓBKOWANIA. JEŻELI CZĘSTOTLIWOŚĆ PRÓBKOWANIA JEST DOSTATECZNIE DUŻA, TO SYGNAŁ KODOWANY CYFROWO NIEWIELE RÓŻNI SIĘ JAKOŚCIOWO OD ORYGINALNEGO SYGNAŁU ANALOGOWEGO. W KOŃCU LAT OSIEMDZIESIĄTYCH XX WIEKU ZOSTAŁY WYPRODUKOWANE PIERWSZE KARTY DŹWIĘKOWE DLA KOMPUTERÓW IBM PC. MICROSOFT I IBM OPRACOWAŁY, OPARTY NA KODOWANIU PCM, FORMAT PLIKÓW DO ZAPISU DŹWIĘKU O NAZWIE WAV (Z ANG. WAVEFORM). Na jakość zachodzącej w cyfrowym przetworniku karty dźwiękowej digitalizacji – konwersji wartości amplitudy sygnałów analogowych do postaci liczbowej mają wpływ: CZĘSTOTLIWOŚĆ PRÓBKOWANIA – liczba próbek sygnału analogowego pobieranych w ciągu jednej sekundy. Standardowo stosuje się następujące częstotliwości próbkowania: 11025 Hz – digitalizacja mowy, 22050 Hz – muzyka o jakości „przenośnego radia”, 44100 Hz – jakość płyty CD. ROZDZIELCZOŚĆ PRÓBKOWANIA – liczba bitów przeznaczonych do zapisu każdej próbki. Ścieżki płyty CD-Audio są digitalizowane z 16-bitową rozdzielczością. W systemie Windows jest stosowany format WAV tworzący pliki audio bez kompresji. Brak kompresji oznacza, że plik zawierający 3 minutowe nagranie orkiestry symfonicznej będzie miał taką samą wielkość jak zawierający 3 minuty absolutnej ciszy. Dane zapisane w plikach tego formatu mają dużą objętość. Jednominutowe nagranie o jakości płyty CD Audio zajmuje około 10 MB. Oznacza to małą przydatność w sieci. Format WAV wykazuje pewną elastyczność: Muzyka nagrana na kompakcie ma częstotliwość próbkowania dźwięku 44,1 kHz. Muzyka z jakością radiową to około 22 kHz. Jakość rozmowy telefonicznej to około 11 kHz. Ilość bitów przeznaczona na zapis jednej liczby binarnej zapisanej w wyniku próbkowania („ramki dźwięku”) może być różna. Jakość kompaktowa dźwięku to 16 bitów (2 bajty), jakość radiowa i telefoniczna to 8 bitów (1 bajt). Dźwięk monofoniczny lub stereofoniczny. 44 kHz. 8 bit, stereo - 1 min 36 sekund - 8,11 MB 22 kHz. 16 bit, stereo - 1 min 56 sekund -9,75 MB 44 kHz, 16 bit, mono - 4 sekundy - 408 KB 22 kHz, 16 bit mono - 10 sekund - 447 KB WAV – zalety i wady Rozpowszechniona obsługa przez popularne oprogramowanie komputerowe Prosta struktura pliku Łatwość obróbki Możliwa wysoka jakość dźwięku Duży rozmiar (aby zmniejszyć wielkość trzeba zrezygnować z jakośći) Nie nadaje się do Internetu Pliki WAV można poddawać różnego rodzaju kompresji. Przykładowe kodeki. PCM (Pulse Code Modulation) – Pliki w formacie PCM wymagają dużo pamięci, ale ich odtwarzanie nie obciąża zbytnio procesora. PCM zachowuje informacje o każdym punkcie przebiegu akustycznego w postaci próbek. W tym formacie kompresji zapisywane są zazwyczaj pliki WAV; ADPCM (Adaptative Differential PCM) – Przyczyną powstania ADPCM była chęć zmniejszenia objętości plików PCM. DPCM zapisuje, zwykle z użyciem 4 bitów, różnice pomiędzy kolejnymi próbkami. Format ADPCM dostosowuje liczbę bitów do zapisywanych różnic; A-law – format 8-bitowy stosowany w telefonii cyfrowej mający zastosowanie w Europie; Mu-law - format 8-bitowy stosowany w telefonii cyfrowej mający zastosowanie w Ameryce Północnej oraz Japonii; LPC (Linear Predictive Coding) – format kompresji LPC odczytuje zapisany sygnał mowy i dopasowuje go do modelu głosu ludzkiego, po czym odrzuca zapisany głos i zachowuje jedynie wyzwalacze modelu; CELP (Code Excited Linear Prediction) - format kompresji LPC odczytuje zapisany sygnał mowy i dopasowuje go do modelu głosu ludzkiego, różnice między modelem i właściwym nagraniem mowy zapisywane są w przechowywanych wraz z plikiem „książkach kodowych”; G.721 – standard kompresji Adaptive DPCM wykorzystujący 24 i 40 kilobity na sekundę; G.723 - standard kompresji Adaptive DPCM wykorzystujący 32 kilobity na sekundę; G.711 – standard kompresji cyfrowego przekazu telefonicznego; ACM (Microsoft Audio Compression Manager) – pozwala korzystać z kodeków zainstalowanych jako element system operacyjnego; Z zapisem i odtwarzaniem dźwięku wiąże się pojęcie „kodeka” (kodowanie – dekodowanie). Jest to urządzenie lub program służący do zakodowania lub rozkodowania sygnału. W efekcie zakodowania powstaje plik dyskowy. Aby ten plik odsłuchać konieczne jest zainstalowanie w systemie tego samego kodeka, który służył do zakodowania. Źródła: Krzymowski Bogdan, MP3 – czyli muzyka z Internetu, Komputerowa Oficyna Wydawnicza „HELP”, 2008 http://www.promusic.pl http://www.pentagram.pl http://www.fizykon.org