Zvuk To je zvučni val koji kontinuirano mijenja amplitudu i frekvenciju. U ovom slučaju, amplituda određuje jačinu zvuka, a frekvencija njegov ton. Što je veća amplituda zvučnih vibracija, to je glasnije. A frekvencija škripe komaraca veća je od frekvencije signala automobila. Frekvencija se meri u Hertz. 1Hz je jedan ciklus u sekundi.

Kodiranje zvuka.

Računar je moćan uređaj za obradu različitih vrsta informacija, uključujući zvuk. Ali analogni zvuk nije prikladan za obradu na računaru, mora biti pretvoriti u digitalno. Za to se koriste posebni uređaji - analogno-digitalni pretvarači ili ADC. U računaru ulogu ADC-a obavlja zvučna kartica. Kako ADC pretvara signal iz analognog u digitalni? Hajde da to shvatimo.

Pretpostavimo da imamo izvor zvuka sa frekvencijom 440Hz neka bude gitara. Prvo, zvuk se mora pretvoriti u električni signal. Za ovo koristimo mikrofon. Na izlazu mikrofona primit ćemo električni signal s frekvencijom 440Hz. Grafički to izgleda ovako:

Sljedeći zadatak je da se ovaj signal pretvori u digitalni oblik, odnosno u niz brojeva. Za to se koristi vremenska diskretizacija- analogni audio signal je podijeljen u zasebne male vremenske dionice i za svaki takav dio se postavlja određena vrijednost intenziteta zvuka, koja zavisi od amplitude. Drugim riječima, nakon nekih vremenskih intervala mjerimo nivo analognog signala. Broj takvih mjerenja u sekundi naziva se brzina uzorkovanja. Brzina uzorkovanja se mjeri u hercima. Prema tome, ako mjerimo naš signal 100 puta u sekundi, tada će frekvencija uzorkovanja biti 100 Hz.

Evo primjera nekih od korištenih brzina uzorkovanja zvuka:

  • 8.000 Hz - telefon, dovoljno za govor;
  • 11,025 Hz;
  • 16.000 Hz;
  • 22 050 Hz - radio;
  • 32.000 Hz;
  • 44 100 Hz - koristi se u Audio CD-u;
  • 48.000 Hz - DVD, DAT;
  • 96.000 Hz - DVD-Audio (MLP 5.1);
  • 192.000 Hz - DVD-Audio (MLP 2.0);
  • 2,822,400 Hz - SACD, proces jednobitne delta-sigma modulacije poznat kao DSD - Direct Stream Digital, koji su zajednički razvili Sony i Philips;
  • 5,644,800 Hz - Dvostruka brzina uzorkovanja DSD, single-bit Direct Stream Digital sa dvostruko većom brzinom uzorkovanja od SACD. Koristi se u nekim profesionalnim DSD snimačima.

Moderne zvučne kartice mogu digitalizirati zvuk sa stopom uzorkovanja od 96 kHz pa čak i 192 kHz.

Kao rezultat toga, naš analogni signal će se pretvoriti u digitalni, a graf više neće biti gladak, već stepenasti, diskretan:

Dubina kodiranja zvuka je broj mogućih nivoa signala. Drugim riječima, dubina kodiranja je tačnost mjerenja signala. Dubina kodiranja se mjeri u bitovima. Na primjer, ako je broj mogućih nivoa signala 255 , zatim dubina kodiranja takvog zvuka 8 bit. 16 bit zvuk vam već omogućava rad 65536 nivoe signala. Moderne zvučne kartice pružaju dubina kodiranja od 16 pa čak i 24 bita, a ovo je mogućnost kodiranja 65536 i 16 777 216 raznim nivoima zapremine respektivno.

Znajući dubina kodiranja, može lako je znati broj nivoa digitalnog audio signala. Za to koristimo formulu:

N=2 i ,

gdje je N broj nivoa signala, a i dubina kodiranja.

Na primjer, znamo da je dubina audio kodiranja 16 bita. To znači da je broj nivoa digitalnog signala 2 16 = 65536.

Za određivanje dubine kodiranja ako je poznat broj mogućih nivoa, koristi se ista formula. Na primjer, ako je poznato da signal ima 256 nivoa signala, tada će dubina kodiranja biti 8 bita, budući da je 2 8 =256.

Kao što je jasno iz gornje slike, što češće mjerimo nivo signala, tj. što je veća stopa uzorkovanja i to ćemo je preciznije izmjeriti, što će graf digitalnog signala više biti sličan analognom grafu, respektivno, što dobijamo veći kvalitet digitalnog zvuka. I što će fajl biti veći.

Osim toga, razmotrili smo monofoni (jednokanalni) zvuk ako zvuk stereofonski, tada se veličina datoteke povećava za 2 puta, budući da sadrži 2 kanala.

Razmotrite primjer zadatka.

Kolika je jačina monofone audio datoteke koja sadrži zvuk, ako je trajanje zvuka 1 minut, dubina kodiranja 8 bita, a brzina uzorkovanja 22050 Hz?

Poznavajući frekvenciju uzorkovanja i trajanje zvuka, lako je podesiti broj mjerenja nivoa signala tokom cijelog vremena. Ako je brzina uzorkovanja 22050Hz, tada se 22050 mjerenja odvija u 1 sekundi, i bit će 22050 * 60 = 1 323 000 takvih mjerenja u minuti.

Jedno merenje zahteva 8 bita memorije, tako da će za 1.323.000 merenja biti potrebno 1.323.000*8 = 10.584.000 bita memorije. Podijeleći rezultujući broj sa 8, dobijamo veličinu datoteke u bajtovima - 10584000/8=1 323 000 bajtova. Dalje, dijeljenjem rezultirajućeg broja sa 1024, dobivamo veličinu datoteke u kilobajtima - 1.291,9921875 KB. I ponovo podijelimo rezultirajući broj sa 1024 i zaokružimo na stotinke, dobićemo veličinu datoteke u megabajtima - 1 291,9921875/1024=1,26 MB.

Odgovor: 1,26 MB.

Zvuk je val koji se širi u bilo kojoj sredini (vazduh) i ima kontinuirane karakteristike frekvencije i intenziteta. Talas, koji dopire do organa sluha, uzrokuje vibracije, koje mozak zatim pretvara u zvučni signal. Kodiranje zvučnih informacija se provodi na istom principu.

Dva oblika prezentacije

U svijetu se sve zvučne informacije prezentiraju u dva oblika:

  1. Analogno - neprekidna glatka linija sa različitim amplitudom i frekvencijom oscilacija.
  2. Diskretno - izlomljeni segment koji ima "stepenice" različite visine.

Analogni oblik snimanja koristi se u starim uređajima - kasetofonima, kasetofonima, gramofonima. Ovdje se valovi snimaju na nosaču u obliku staze, a igla ili uređaj za transformaciju zvuka, "iznerviran" ovim stazama, reprodukuje zvuk.

Sada gotovo svi uređaji koriste binarni sistem brojeva za reprodukciju zvučnih signala. CD-ovi, fleš kartice, čvrsti diskovi - svi oni pohranjuju informacije u binarnom kodu. Princip čitanja i pisanja je iz temelja promijenjen.

Audio uzorkovanje

Da bi elektronski uređaji mogli da reprodukuju zvuk, potrebno ga je snimiti u formi razumljivom mašini, konvertovati u određeni niz simbola 1 i 0. Ovaj proces konverzije se naziva uzorkovanje. Sam princip kodiranja je sljedeći:

  1. Glatka linija je podijeljena na brojne male vremenske segmente na način da svakom odsječku počinje odgovarati određena nesamjerljivo mala prava linija.
  2. Svakom segmentu je dodeljena određena vrednost amplitude, koja se može predstaviti kao pravougli trougao: noge određuju vibracije zvuka za mašinu, a hipotenuza predstavlja analogni oblik snimka.
  3. Svakom takvom trokutu je dodeljen određeni broj, koji odgovara nivou jačine zvuka.

U praksi se takve informacije predstavljaju u obliku histograma: visina svakog stupca odgovara amplitudi vala, a brzina uzorkovanja, odnosno veličina vremenskih intervala, predstavljena je širinom.

Shodno tome, što su trake uže, što će ih više biti potrebno za snimanje informacija, to će biti veći kvalitet reprodukovanog signala, ali će i datoteka biti veća. Kvaliteta savremena muzika, zvuk ovisi o bitrate-u - broju bitova koji su dodijeljeni za kodiranje jedne sekunde zvuka. Dakle, što je veća vrijednost bitrate, to boljeg kvaliteta zvuk.

Kratko kodiranje audio informacija.

1. Opće informacije

složenost: osnovni.

Približno vrijeme odluke (za one koji će raditi 2. dio): 2 minute

Tema: Kreiranje i obrada grafičkih i multimedijalnih informacija

Podtema: Digitalni audio

Šta se provjerava: Sposobnost procjene kvantitativnih karakteristika procesa snimanja zvuka.

Kratke teorijske informacije: Pošto je ova vrsta zadatka nova u KIM USE, daćemo (do sada bez obrazloženja, obrazloženje u nastavku) matematički model proces snimanja:

N=k*F*L* T (1)

  • N– veličina datoteke (u bitovima) koja sadrži zvučni zapis;
  • k- broj kanala za snimanje (na primjer, 1 - mono, 2 - stereo, 4 - quad, itd.);
  • F– frekvencija uzorkovanja (u hercima), tj. broj vrijednosti amplitude zvuka snimljenih u jednoj sekundi;
  • L– dozvola, tj. broj bitova koji se koriste za pohranjivanje svake izmjerene vrijednosti;
  • T– trajanje zvučnog fragmenta (u sekundama).

Kako bi zadatak mogao izgledati? Na primjer, ovako: Postavljaju se vrijednosti svih potrebnih parametara procesa snimanja zvuka, osim jednog. Potrebno je procijeniti vrijednost preostalog parametra, na primjer, veličinu datoteke ili trajanje zvučnog fragmenta.


primjer stanja:

Opcije odgovora:

1) 0,2 MB

2. Primjer zadatka

2.1. Zadatak.

Zadatak 2012-A8-1.

Jednokanalni (mono) zvuk se snima na frekvenciji uzorkovanja od 16 kHz i 24-bitnoj rezoluciji. Snimanje traje 1 minut, rezultati se upisuju u datoteku, kompresija podataka se ne vrši. Koja je od sljedećih vrijednosti najbliža veličini rezultirajuće datoteke?

1) 0,2 MB 2) 2 MB 3) 3 MB 4) 4 MB

2.2. Rješenje.

Početne podatke dovodimo u dimenziju bitova-sekundi-herca i vršimo proračune prema formuli (1):

Dato:

k= 1, jer jednokanalno (mono) snimanje zvuka;

F= 16 kHz = 16.000 Hz;

T= 1 min = 60 s.

NađiN

Zamijenite vrijednost poznatih parametara u formulu (1)

N=1*16000 *24*60 =(16 *1000) * (8*3) * (4*15)=

= 2 4 *(2 3 *125) *(2 3 *3)*) *(2 2 * 15) = 2 12 *5625 (bit)=

= 2 12 *5625 bita = (2 12 *5625)/2 3 bajta = 2 9 *5625 bajtova =

= (2 9 *5625)/ 2 20 MB = 5625/2 11 MB = 5625/2048 MB.

Broj 5625/2048 je između brojeva 2 i 3. Štaviše, bliže je 3 nego 2, jer 3 * 2048 – 5625 < 1000; 5625 - 2 * 2048 > 1000.

Tačan odgovor: №3 (3 MB)

Komentar. Druga ideja rješenja data je u paragrafu 3.3

3. Savjeti za nastavnike i učenike

3.1 Koja znanja/vještine/vještine su potrebna studentu da bi riješio ovaj problem?

1) Formulu (1) ne treba „pamtiti“. Učenik koji predstavlja suštinu digitalnog audio procesa mora biti sposoban da ga samostalno formuliše.

2) Potrebno je znati zapisati vrijednosti parametara u traženoj dimenziji, kao i elementarne aritmetičke vještine, uklj. operišući sa stepenom dvojke.

A. Jaki studenti.

1. Najvjerovatnije će oni ipak riješiti ovaj problem.

2. Učenicima možete dati zadatak da u praksi provjere formulu (1), snimajući zvuk iz mikrofona u datoteku. Treba napomenuti da vrijedi samo ako snimljene informacije nisu komprimirane (WAV format (PCM) bez kompresije). Ako se koriste audio formati sa kompresijom (WMA, MP3), tada će volumen rezultirajuće datoteke, iz očiglednih razloga, biti znatno manji od izračunate. Za eksperimentiranje s digitalnim zvukom, možete koristiti besplatni Audacity audio editor (http://audacity.sourceforge.net/).

3. Preporučljivo je naglasiti konceptualnu zajedništvo rasterske reprezentacije zvuka i slike, koji su varijeteti istog procesa aproksimativne reprezentacije kontinuiranog signala - niza kratkih diskretnih signala, tj. digitalizacija zasnovana na uzorkovanju. U slučaju rasterske slike vrši se dvodimenzionalna diskretizacija svjetline u prostoru, u slučaju zvuka jednodimenzionalna diskretizacija u vremenu. U oba slučaja, povećanje brzine uzorkovanja (broj piksela ili audio uzoraka) i/ili povećanje broja bitova za predstavljanje jednog uzorka (boja ili dubina bita zvuka) dovodi do povećanja kvalitete digitalizacije, uz povećanje datoteke veličine sa digitalnim prikazom. Otuda potreba za kompresijom podataka.

4. Preporučljivo je spomenuti alternativne načine digitalizacije zvuka - snimanje "dijelova" instrumenata u MIDI formatu. Ovdje je prikladno povući analogiju sa rasterskim i vektorskim prikazom slika.

B. Ne tako jaki studenti.

1. Potrebno je osigurati asimilaciju relacije (1). Preporučljivo je dati zadatke poput „Kako će se promijeniti veličina datoteke ako se vrijeme snimanja zvuka poveća/smanji za str jednom? ",

„Koliko puta možete povećati/smanjiti trajanje snimanja ako se maksimalna veličina datoteke poveća/smanji za str jednom? “, “Kako će se promijeniti veličina datoteke ako se poveća/smanji broj bitova za upisivanje jedne vrijednosti str jednom?" itd.

2. Potrebno je osigurati da učenici slobodno rade sa dimenzijama, znaju da u MB 2 ima 23 bita itd.

3. Potrebno je osigurati da su učenici dovoljno aritmetički pismeni, tečno u usmenom brojanju sa stepenom dvojke (množenje, dijeljenje, odabir faktora koji predstavljaju 2 n).

4. Osmislite vlastite pristupe i isprobajte ih.

3.3. Koristan trik.

U takvim problemima često se javljaju moći dvojke. Množenje i dijeljenje potencija je lakše od proizvoljnih brojeva: množenje i dijeljenje potencija se svodi na sabiranje i oduzimanje eksponenata.

Imajte na umu da se brojevi 1000 i 1024 razlikuju za manje od 3%, brojevi 60 i 64 razlikuju se za manje od 7%. Stoga, možete to učiniti. Izvršite proračune zamjenom 1000 sa 1024 = 2 10 i 60 sa 64 = 2 6 , koristeći prednosti operacija snage. Odgovor koji je najbliži dobijenom broju biće željeni. Zatim se možete još jednom provjeriti radeći točne proračune. Ali može se uzeti u obzir da ukupna greška proračuna u našoj aproksimaciji ne prelazi 10%. Zaista, 60*1000 = 60000; 64*1024=65536;

60000 > 0.9 * 65536 = 58982.4

Dakle, tačan rezultat množenja prema formuli (1) iznosi nešto više od 90% dobijenog približnog rezultata. Ako uzimanje u obzir greške ne promijeni rezultat, nema sumnje u odgovor.

Primjer. (ege.yandex.ru, opcija 1).

Dvokanalni (stereo) zvuk se snima na frekvenciji uzorkovanja od 16 kHz i 32-bitnoj rezoluciji. Snimanje traje 12 minuta, rezultati se upisuju u datoteku, kompresija podataka se ne vrši. Koja je od sljedećih vrijednosti najbliža veličini rezultirajuće datoteke?

1) 30 MB 2) 60 MB 3) 75 MB 4) 90 MB

Rješenje. Veličina zapisa u bitovima je

2*16*1000*32*12*60

Uzimajući u obzir zamjenu 1000 sa 1024=2 10 i 60 sa 64=2 6 dobijamo:

2 1 *2 4 *2 10 *2 5 *3*2 2 *2 6 =3*2 28

Kao što znate, 1 MB = 2 20 bajtova = 2 23 bita. Dakle 3*2 28 bita = 3*32 = 96 MB. Smanjenjem ovog broja za 10%, dobijamo 86,4 MB. U oba slučaja, najbliža vrijednost je 90 MB.

Tačan odgovor: 4

1. Pročitajte stanje problema. Nepoznati parametar izraziti u terminima poznatih. Obratite posebnu pažnju na dimenziju poznatih parametara. Trebalo bi da bude - bit-sekundi-herc (podsjetimo da je 1 Hz = s -1). Ako je potrebno, dovedite vrijednosti parametara na željenu dimenziju, kao što se radi u problemima iz fizike.

2. Izvršite proračune, pokušavajući da izaberete stepene dvojke.

3. Imajte na umu da je u stanju potrebno odabrati najprikladniji odgovor, stoga nije potrebna visoka preciznost izračunavanja na decimalna mjesta. Čim postane jasno koja je od opcija odgovora najbliža izračunatoj vrijednosti, treba prekinuti proračune. Ako je neslaganje sa svim opcijama odgovora vrlo veliko (za nekoliko puta ili za red veličine), tada se proračuni moraju ponovo provjeriti.

4. Zadaci za samostalno rješavanje

4.1. Klonovi zadatka 2012-A8-1.

Ispod su još četiri opcije za zadatak 2012-A8-1.

A) Jednokanalni (mono) zvuk se snima na frekvenciji uzorkovanja od 32 kHz i 24-bitnoj rezoluciji. Snimanje traje 15 sekundi, njegovi rezultati se upisuju u datoteku, kompresija podataka se ne vrši. Koja je od sljedećih vrijednosti najbliža veličini rezultirajuće datoteke?

B) Dvokanalni (stereo) zvuk se snima sa frekvencijom uzorkovanja od 32 kHz i 24-bitnom rezolucijom. Snimanje traje 30 sekundi, njegovi rezultati se upisuju u datoteku, kompresija podataka se ne vrši. Koja je od sljedećih vrijednosti najbliža veličini rezultirajuće datoteke?

1) 1,5 MB 2) 3 MB 3) 6 MB 4) 12 MB

C) Jednokanalni (mono) zvuk se snima na frekvenciji uzorkovanja od 16 kHz i 32-bitnoj rezoluciji. Snimanje traje 2 minute, njegovi rezultati se upisuju u datoteku, kompresija podataka se ne vrši. Koja je od sljedećih vrijednosti najbliža veličini rezultirajuće datoteke?

D) Jednokanalni (mono) zvuk se snima na frekvenciji uzorkovanja od 16 kHz i 32-bitnoj rezoluciji. Snimanje traje 4 minute, rezultati se upisuju u datoteku, kompresija podataka se ne vrši. Koja je od sljedećih vrijednosti najbliža veličini rezultirajuće datoteke?

1) 2 MB 2) 4 MB 3) 8 MB 4) 16 MB

Tačni odgovori:

A:1; B:3; AT 3; D:4.

4.2. Problem 2012-A8-2 (obrnuti prethodni).

A) Jednokanalni (mono) zvuk se snima na frekvenciji uzorkovanja od 16 kHz i 24-bitnoj rezoluciji. Rezultati se zapisuju u datoteku čija veličina ne može biti veća od 8 MB, kompresija podataka se ne vrši. Koja od sljedećih vrijednosti je najbliža maksimalnoj mogućoj dužini snimljenog audio klipa?

B) Dvokanalni (stereo) zvuk se snima sa frekvencijom uzorkovanja od 16 kHz i 24-bitnom rezolucijom. Rezultati se zapisuju u datoteku čija veličina ne može biti veća od 8 MB, kompresija podataka se ne vrši. Koja od sljedećih vrijednosti je najbliža maksimalnoj mogućoj dužini snimljenog audio klipa?

1) 1 minut 2) 30 sekundi 3) 3 minute 4) 90 sekundi

C) Jednokanalni (mono) zvuk se snima na frekvenciji uzorkovanja od 48 kHz i 8-bitnoj rezoluciji. Rezultati se zapisuju u datoteku čija veličina ne može biti veća od 2,5 MB, kompresija podataka se ne vrši. Koja od sljedećih vrijednosti je najbliža maksimalnoj mogućoj dužini snimljenog audio klipa?

1) 1 minut 2) 30 sekundi 3) 3 minute 4) 90 sekundi

D) Jednokanalni (mono) zvuk se snima na frekvenciji uzorkovanja od 48 kHz i 16-bitnoj rezoluciji. Rezultati se zapisuju u datoteku, čija veličina ne može biti veća od 5 MB, kompresija podataka se ne vrši. Koja od sljedećih vrijednosti je najbliža maksimalnoj mogućoj dužini snimljenog audio klipa?

1) 1 minut 2) 30 sekundi 3) 3 minute 4) 90 sekundi

Tačni odgovori:

A:3; B: 4; IN 1; G:1 .

5.Dodavanje. Neke informacije o digitalnom audio snimanju.

Širenje zvuka u vazduhu može se smatrati širenjem fluktuacija pritiska. Mikrofon pretvara fluktuacije pritiska u vibracije električna struja. Ovo je analogni kontinuirani signal. Zvučna kartica omogućava uzorkovanje ulaznog signala iz mikrofona. To se radi na sljedeći način - kontinuirani signal zamjenjuje se nizom vrijednosti mjerenih s određenom točnošću.

Grafikon analognog signala:

Diskretna reprezentacija istog signala (41 izmjerena vrijednost):


Diskretna reprezentacija istog signala (161 izmjerena vrijednost, veća stopa uzorkovanja):

Može se vidjeti da što je veća frekvencija uzorkovanja, to je veći kvalitet aproksimativnog (diskretnog) signala. Pored brzine uzorkovanja, na kvalitet digitalizovanog signala utiče i broj bitova dodeljenih za snimanje svake vrednosti signala. Što je više bitova dodijeljeno za svaku vrijednost, to se signal može preciznije digitalizirati.

Primjer 2-bitnog prikaza istog signala (dva bita mogu nabrojati samo 4 moguća nivoa signala):


Sada možete ispisati ovisnost o veličini datoteke s digitaliziranim zvukom

file_size = (broj_vrijednosti_uhvaćenih_po_1_sekundi)*

*(broj_binarnih_cifara_za_jedinstvenu_vrijednost_zapisa)*

*(broj_snimanja_sekundi).

Uzimajući u obzir mogućnost istovremenog snimanja zvuka sa više mikrofona (stereo, quad snimanje, itd.), što je učinjeno radi poboljšanja realizma tokom reprodukcije, dobijamo formulu (1).

Prilikom reprodukcije zvuka, digitalne vrijednosti se pretvaraju u analogne vrijednosti. Električne vibracije koje se prenose na zvučnike se ponovo pretvaraju u fluktuacije vazdušnog pritiska.

Šta je diskretizacija, danas zna svaki profesionalac u oblasti digitalne fotografije. Međutim, mnogi ljudi koji tek počinju da se upoznaju s ovim područjem ne znaju njegove glavne karakteristike, zbog čega mogu napraviti određene greške.

Šta je ovo?

Šta je diskretizacija? Ovo je neželjeni efekat koji dovodi do značajnog pogoršanja kvaliteta fotografije. Ovaj fenomen se može povezati s bilo kojim uređajem ili procesom u kojem su informacije podijeljene u nekoliko zasebnih uzoraka. U ovom slučaju, diskretizacija se može smatrati tipom ako postoji određena veza između učestalosti date pojave i određene periodične strukture u podacima.

Ljudsko oko neprestano nastoji da percipira određeni odnos kao interferencijski obrazac koji može zamagliti pravo značenje ove ili one slike. Uzimajući u obzir primjere o tome što je diskretizacija, vrijedi istaknuti moire, koji nije sasvim tačan njegov učinak, ali u isto vrijeme može pokazati kako je osoba zavedena kada dva obrasca počnu komunicirati jedan s drugim, formirajući treći.

Šta je moire?


Moire je neshvatljiv valoviti uzorak koji prvobitno nije bio prisutan na ovoj temi. Ovaj efekat se najčešće javlja na različitim slikama koje se dobijaju pomoću digitalnih uređaja. A ovdje je problem što se uzorak objekta superponira na obrazac postavljanja piksela na matricu, uslijed čega se pojavljuje treći, koji se zove moiré.

U velikoj većini slučajeva, ovaj efekat se javlja na detaljnim slikama visokog kontrasta koje ne odgovaraju prirodnoj rezoluciji senzora. Konkretno, često se može naći u slučaju da se uklone predmeti poput kose ili tkanine, kao i scene koje sadrže veliki broj detalja koji se ponavljaju. Često se moar ne nalazi u prirodi, jer se javlja na slikama koje su dobijene digitalnim fotoaparatom ili naknadno pogrešno skenirane.

Nerijetko se u modernim digitalnim fotoaparatima, kako bi se ovaj efekat smanjio, koristi specijalizirani optički niskopropusni filtar, pa ako ćete zaista profesionalno fotografirati, onda bi u ovom slučaju svakako trebali razmisliti o modelu s ovom funkcijom može pružiti odgovarajući kvalitet spolja.zavisno od sekundarnih uslova.

Diskretizacija u modernim kamerama


U modernim digitalnim uređajima, efekat uzorkovanja je uzrokovan činjenicom da se informacije dijele na nekoliko uzoraka u pravilnom intervalu. Konkretno, jedan od uzoraka u ovom slučaju će biti raspored piksela na matrici, drugi uzorak će biti bilo koji elementi na slici koji se mogu ponoviti na velikom području ili koji se mijenjaju nakon određenog broja piksela u poprečnom ili uzdužni pravac.

Za one koji ne razumiju šta je diskretizacija i kada se javlja, može se dati konkretan primjer. Kada nema dovoljno dostupnih piksela za prenošenje pouzdanih informacija sa slike, onda ona u ovom slučaju nije napravljena u najboljem kvalitetu. U standardnoj verziji bilo bi dovoljno jednostavno odabrati veću rezoluciju, čime bi se osigurao potreban broj piksela za prenošenje detalja na slici s određenom tačnošću, a ako je broj piksela nedovoljan, onda bismo jednostavno mogli vidite mali broj elemenata slike.

Međutim, u stvarnosti to nije sasvim tačno. Teorija uzorkovanja kaže da je u stvarnosti situacija mnogo negativnija, a ako nemamo dovoljno piksela da snimimo određenu sliku, kvaliteta slike će se stalno pogoršavati.

Koliko piksela vam je potrebno?


Uzmimo kao primjer situaciju u kojoj je na slici samo 20 crno-bijelih linija, od kojih je svaka široka 5 piksela. U ovom slučaju, ako je barem jedan piksel naveden na svakoj liniji, može se snimiti snimak. Naravno, ako pikseli ne padaju jasno u središte svake linije, tada će u ovom slučaju svaki piksel ispasti siv, a ne bijeli ili crni, a njegova nijansa će direktno ovisiti o tome kako se piksel nalazi u odnosu na linije .

Ako se broj piksela na slici smanji, tada će se u ovom slučaju neki od njih početi pojavljivati ​​između redova, zbog čega će se na slici pojaviti gornji uzorak, koji će se stalno mijenjati ovisno o omjeru intervala između linija i broja piksela. Naravno, takva slika više neće biti točna reprodukcija originala, jer će pravilna struktura linija već biti primjetno narušena. Upravo se ovaj fenomen u stručnim krugovima obično naziva „diskretizacija podataka“.

sta da radim?

Da biste riješili ovaj problem, trebate malo omekšati sliku prije smanjenja broja piksela. Tako se možete potpuno riješiti oštrih rubova na svakoj liniji, a pikseli mogu poprimiti srednje vrijednosti. Drugim riječima, slika postaje mekša, ali se ukupan utisak slike zadržava.

Kako to utiče na sliku?


Naravno, repetitivne i pravilne strukture linija su prilično rijetke na slikama različitih prirodnih objekata - njihovo prisustvo je često ograničeno na slike raznih umjetnih struktura, kao što su zgrade i tako dalje. Međutim, u svakom slučaju, dubina uzorkovanja može biti impresivna, tako da ovaj efekat uvijek treba izbjegavati kada snimate bilo koji objekt.

Istovremeno, vrijedi napomenuti i činjenicu da kvaliteta slika može biti potpuno različita čak i ako imaju isti broj piksela. Uostalom, između ostalog, razlika između slika može biti i u tome kako su tačno dobijene. Na primjer, u jednom slučaju slika može biti malo omekšana prolaskom kroz niskopropusni filter kako bi se dobile srednje vrijednosti piksela prije nego što se smanji veličina, dok se druga slika može jednostavno smanjiti u veličini bez ikakvih dodatnih promjena na njoj. . i ne dobijanje međuvrijednosti na granicama objekata, gdje postoje preoštre promjene svjetline.

Kako provjeriti?


Da biste razumjeli kako to funkcionira, samo snimite jednu sliku, a zatim je napravite kopiju. Filtrirajte original prilikom promjene veličine koristeći takozvanu opciju bikubnog filtriranja, koja je dostupna u standardnom Adobe Photoshopu. Tako će slika biti omekšana. Uprkos primjetnom smanjenju piksela, prijelazi između tonaliteta su na kraju glatki i dobro prilagođeni dostupnom broju piksela.

Nakon toga, smanjimo kopiju slike koju smo ranije napravili, recimo, na 30% originalne veličine, koristeći opciju “najbliži susjed” u istom programu. Ova operacija će vam na kraju dati efekat uzorkovanja koji će biti prisutan.

Audio uzorkovanje


Audio uzorkovanje je filtriranje prije nego što se pohrani u audio datoteku. Drugim riječima, konačni fajl neće imati tačnu kopiju zvučni talas, ali samo približno. S jedne strane, semplovanje zvuka omogućava određeno smanjenje jačine spremljenog fajla, ali s druge strane postoji mnogo zvučnih vibracija koje ne moraju biti pohranjene na tvrdom disku.

Ovo filtriranje zvuka naziva se "brzina uzorkovanja". Vrijedi napomenuti da zapravo samo u prirodi postoji zvuk bez ovog efekta, iako malo ljudi zna za to. Sampliranje je nametanje određene mreže na zvučni val, kao i snimanje samo određenih ključnih elemenata.

Snimanje cijelog zvučnog talasa bilo bi prilično teško. Iz tog razloga se često može sresti takva situacija kada je napravljen dvokanalni zvučni zapis sa frekvencijom uzorkovanja od 44,1 kHz. Potonji se najčešće bira, jer je to najoptimalniji parametar.

U principu, kada razmatrate obradu zvuka, morate obratiti posebnu pažnju na parametre kao što su dubina kodiranja i brzina uzorkovanja, jer što su ti pokazatelji veći, to će više odgovarati analognom.

Ne postoje standardi za kodiranje audio informacija u binarnom kodu. Postoje posebni korporativni standardi. Zovu se načini rada sa zvukom i videom multimedija tehnologije.

Postoje dvije glavne metode za kodiranje zvuka.

FM metoda (Frekvencija Modulacija) je metoda frekvencijske modulacije. Koristi razlaganje složenog zvuka u niz jednostavnih harmonijskih signala različitih frekvencija. Harmonični signal je pravilna sinusoida, koja se može opisati skupom numeričkih parametara - amplitude, faze i frekvencije.

Pretvaranje zvuka u digitalni oblik ili digitalizacija zvuk je sledeći. U prirodi su audio signali analogni, odnosno kontinuirani. U računaru se kontinuirani zvučni signal zamjenjuje diskretnim, a vrijednost parametara koji određuju karakteristike zvuka određuju se samo u određenim fiksnim vremenskim točkama. Poziva se broj uzoraka signala u jedinici vremena stopa uzorkovanja, koji se uzima jednakim 8, 11, 22 i 44 kHz. Na primjer, brzina uzorkovanja od 22 kiloherca znači da je jedna sekunda kontinuiranog zvuka zamijenjena skupom od dvadeset dvije hiljade pojedinačnih uzoraka signala. Što je veća stopa uzorkovanja, bolji je kvalitet digitalizovanog zvuka.

Kvalitet digitalizacije zvuka je također određen brojem memorijskih bitova koji se koriste za snimanje amplitude, faze i frekvencije za jednu diskretnu vremensku vrijednost. Ovaj parametar se zove bit konverzijavaniya. Trenutno je dubina bita 8 bita 16 ili 24 bita.

Analogno-digitalni pretvarači (ADC) vrše ekspanziju analognih signala u harmonijske serije, koje se kodiraju kao diskretni digitalni signali. Izvodi se inverzna transformacija za reprodukciju zvuka kodiranog numeričkim kodom digitalno-analogni pretvarači (DAC). Kod ovakvih transformacija neizbježan je gubitak informacija povezanih s metodom kodiranja, pa kvalitet zvučnog zapisa obično nije u potpunosti zadovoljavajući i odgovara kvaliteti zvuka najjednostavnijih električnih muzičkih instrumenata s bojom karakterističnom za elektronsku muziku. U isto vrijeme, ovaj metod kodiranja pruža vrlo kompaktan kod, te je stoga našla primjenu čak iu onim godinama kada su resursi kompjuterske tehnologije bili očigledno nedovoljni.

Metoda stonih talasa (talas- sto) sinteza bolje odgovara stanju tehnike. Pojednostavljeno, možemo reći da su negdje u unaprijed pripremljenim tabelama pohranjeni uzorci zvuka za mnoge različite muzičke instrumente (iako ne samo za njih). U inženjerstvu se takvi uzorci nazivaju uzorci . Numerički kodovi izražavaju vrstu instrumenta, broj njegovog modela, visinu, trajanje i intenzitet zvuka, dinamiku njegove promjene, neke parametre sredine u kojoj se zvuk javlja, kao i druge parametre koji karakterišu karakteristike zvuka. . Budući da se kao uzorci koriste “pravi” zvukovi, kvalitet zvuka dobijenog kao rezultat sinteze je vrlo visok i približava se kvalitetu zvuka pravih muzičkih instrumenata.

Sljedeće formati kodiranja zvuka .

Format WAV(od WAVEform-audio - talasni oblik zvuka) audio kodiranje. Snimak zvuka u ovom formatu možete dobiti sa mikrofona, plejera, kasetofona, TV-a i drugih često korišćenih audio uređaja povezanih na računar. Međutim, WAV format zahtijeva puno memorije. Dakle, pri snimanju stereo zvuka sa frekvencijom uzorkovanja od 44 kiloherca i dubinom bita od 16 bita - parametri koji daju dobar kvalitet zvuka - potrebno je oko deset miliona bajtova memorije za jedan minut snimanja.

Format tzv MIDI(Musical Instruments Digital Interface - digitalni interfejs muzičkih instrumenata). Zapravo, ovaj format je skup uputstava, komandi tzv. mjuzikla sintisajzer- uređaj koji imitira zvuk pravih muzičkih instrumenata. Komande sintisajzera su zapravo indikacije visine tone, trajanja njenog zvuka, vrste muzičkog instrumenta koji se simulira, itd. Dakle, sekvenca komandi sintisajzera je nešto poput notnog zapisa muzičke melodije. . Snimak zvuka u MIDI formatu možete primati samo sa specijalnih elektronskih muzičkih instrumenata koji podržavaju MIDI interfejs. MIDI format pruža zvuk visokog kvaliteta i zahtijeva znatno manje memorije od WAV formata.