Основы инфокоммуникационных технологий. Контрольная работа по основам ифн техн. Способы сжатия звуковой информации
 Скачать 197.5 Kb.
|
1.2 Формат AIFFAudio Interchange File Format (AIFF) — формат аудиофайлов, применяемый для хранения звуковых данных на компьютерах и других электронных устройствах. Звуковые данные в стандартном файле формата AIFF представляют собой несжатую импульсно-кодовую модуляцию. Также существует и сжатая версия формата AIFF, которую называют AIFC (иногда AIFF-C), в которой для сжатия могут быть использованы различные кодеки. AIFF, наряду с CDA и WAV, является одним из форматов, используемых в профессиональных аудио- и видеоприложениях, так как в отличие от более популярного формата MP3, звук в AIFF кодируется без потерь в качестве. Как и любые несжатые файлы, файлы AIFF занимают намного больше дискового пространства, чем их сжатые аналоги: одна минута стереозвука с частотой дискретизации 44,1 кГц и размером выборки 16 бит занимает около 10 МБ. Стандартное расширение файлов: .AIFF или .AIF, для сжатого варианта должно применяться расширение .AIFC. Формат AIFF похож на формат WAV. Его особенностью является то, что он позволяет размещать вместе со звуком дополнительную информацию, в частности, самплы WaveTable (примеры звучания инструментов вместе с параметрами синтезатора), что улучшает качество итогового результата. Как и любые несжатые файлы, файлы AIFF занимают много места. Обычно для записи звука используются компакт-диски. Стандартный CD-файл AIFF является 16 битовым и с частотой дискретизации 44,1 кГц, и имеет два канала для стереозвука. Несколько лет назад фирма Apple создала на основе AIFF формат Apple Loops, который используется в GarageBand и Logic Audio. Apple Loops использует те же расширения, что и AIFF: .aif и .aiff. 1.3 Форматы CD-DA, SACD и DVD-audioЗвуковой компа́кт-диск (CDDA, англ. CompactDiscDigitalAudio, также называемый англ. Audio CD и Red Book) — международный стандарт хранения оцифрованного звука на компакт-дисках, представленный фирмами Philips и Sony. Первыми на рынке цифровых оптических носителей появились аудиодиски формата CD-DA. Формат был разработан фирмой Sony и Philips в октябре 1982 года. Стандарт CD-DA более известен как «красная книга» - Red Book. CD-DA — первичный, основной формат, который стал предшественником целого ряда форматов: CD-I, CD-Text, Video CD, CD-R, CD-RW и т.д. Данный стандарт устанавливает вид кодирования информации на диске, а также его структуру — до девяноста девяти дорожек, из них каждая, как правило, является одним музыкальным произведением. Информационную структуру дорожки CD-DA принято считать двухуровневой. Верхний — поток амплитудных отсчетов (значений) цифрового звука, который подразумевает звучание дорожки. Когда происходит тиражирование дисков, из потока значений (отсчетов) посредством кодирования и перемежения по поверхности диска образуется так называемые кадры. Последние записываются на цифровой носитель в форме последовательности питов - неотражающих и отражающих пятен. Определенная последовательность битов, представленная на дорожке питами, — это нижний уровень. Вопреки сложившемуся мнению, защита от ошибок в стандарте CD-DA довольно серьезная: поскольку информация «размазана» по диску, и блоки звуковых данных при чтении собираются из абсолютно не связанных между собой кадров низкого уровня. Возникшие ошибки корректируются с помощью специального избыточного кода, который способен исправлять как единичные, так и множественные погрешности. Более того, свыше половины имеющейся на диске информации выделена для размещения проверочных и корректирующих данных. Максимальное время всех записей составляет 74 минуты, минимальное время трека — 2 секунды. Дальнейшим совершенствованием Audio CD стал формат Super Audio CD или SACD. Super Audio CD (SACD) — не перезаписываемый оптический аудиодиск, позволяющий хранить аудиоданные со значительно более высоким качеством, по сравнению с обычным CDDA-диском. Разработан компаниями Sony и Philips в 1999 году. Для воспроизведения SACD требуется специальный проигрыватель, совместимый с этим форматом; однако на SACD-диске может содержаться дополнительный CD-слой (только стерео) для совместимости с обычными проигрывателями, такие диски называются гибридными (Hybrid SACD) и их можно слушать на любых обычных проигрывателях компакт-дисков. Формат Super Audio CD был представлен в 1999 году. В мае 2002 года Philips и Crest Digital начали разработку и установку первой производственной линии по производству гибридных дисков SACD в США с производительностью 3 миллиона дисков в год. SACD не достигла такого же уровня роста, что и компакт-диски в 1980-х годах, и не была принята основным рынком. При записи SACD-дисков используется однобитный цифровой формат записи Direct Stream Digital (DSD), обеспечивающий более высокое качество звучания, по сравнению с обычным CD, благодаря более высокой частоте семплирования (до 2,8224 МГц). Однобитный формат записи — это прямая запись однобитного выходного сигнала с АЦП типа дельта-сигма, причем этот сигнал имеет замечательные характеристики: динамический диапазон более 120 дБ, частотная характеристика от 0 до 100 кГц. При таком сочетании частотной характеристики и динамического диапазона формат DSD не имеет соперников среди других записывающих систем, цифровых или аналоговых. Запись напрямую такого однобитного сигнала является альтернативой существующим форматам мастер-записи. Подобная запись устраняет необходимость процессов децимации и интерполяции для аналогового ввода-вывода. При этом упрощается структура (блок-схема) записывающей системы, поскольку исчезают параллельные информационные связи многоразрядных цифровых слов и необходимость их синхронизации. Как и в обычных PCM-системах, аналоговый сигнал сначала конвертируется в цифровой с помощью дельта-сигма модуляции при частоте дискретизации в 64 раза большей, чем номинальная частота дискретизации. Но DSD записывает одноразрядные импульсы напрямую, тогда как обычные системы затем преобразуют одноразрядный сигнал в многоразрядный PCM-код. В результате DSD дает цифровое одноразрядное представление аудиосигнала. Положительное изменение амплитуды будет представлено всеми «1». Отрицательное — всеми «0». Нулевая точка будет представлена сменой двоичного числа. Поскольку значение амплитуды аналогового сигнала в каждый момент представлено в виде плотности импульсов, этот метод иногда называют Pulse Density Modulation (PDM). Полученный таким образом поток импульсов имеет примечательные свойства. Как и PCM, DSD по своей природе устойчив к искажениям, шуму и детонации записывающей аппаратуры и передающих каналов. Но, в отличие от PCM, DSD, как принцип преобразования, гораздо ближе к аналоговой передаче сигнала. Цифро-аналоговое преобразование может быть легко получено с помощью аналогового низкочастотного фильтра. Поток дельта-сигма импульсов является достаточно «шумным». Сверхвысокое отношение сигнал/шум, которого требует DSD в звуковом диапазоне, достигается с помощью шумоподавляющих фильтров пятого порядка, что эффективно сдвигает шумы вверх по частоте за пределы звукового диапазона. Продолжительность звучания Super Audio CD может достигать 109 минут при условии, что он содержит две SACD-зоны с разными параметрами записи (например, 2.0 и 5.1). При использовании только одной SACD-зоны продолжительность звучания превышает 2 часа. Запись на SACD-диске может содержать от 1 до 6 звуковых каналов. Для воспроизведения SACD требуется специальный проигрыватель, совместимый с этим форматом. Однако на SACD-диске может содержаться дополнительный CD-слой (только стерео) для совместимости с обычными проигрывателями, такие диски называются гибридными (англ. Hybrid SACD) и их можно слушать на любых обычных проигрывателях компакт-дисков. Примерно половина выпущенных SACD-дисков являются гибридными. Ёмкость диска SACD увеличилась в 6 раз за счёт уменьшения длины волны излучения лазера и увеличения апертуры объектива. Благодаря этому диаметр считывающего пятна света уменьшился до 1 мкм. Это, в свою очередь, позволило уменьшить размеры питов, интервалов между ними и шаг дорожки. Еще одним представителем качественного звука является DVD-Audio. DVD-Audio — цифровой формат DVD, созданный специально для высококачественного воспроизведения звуковой информации. Диск формата DVD-Audio позволяет записывать фонограммы с различным числом звуковых каналов (от моно до 5.1). Когда в 1996 году был представлен стандарт DVD, аудиоформата DVD-Audio ещё не существовало. DVD Forum искал дополнительную поддержку у звукозаписывающей индустрии для финального определения формата. Проект стандарта был представлен рабочей группой DVD Forum’s Working Group 4 (WG4) в январе 1998 года, в июле была представлена версия 0.9. Окончательная спецификация DVD-Audio 1.0 (без защиты от копирования) была утверждена в феврале 1999 года и представлена в марте. Выпуск, запланированный на октябрь 1999 года, задерживался до середины 2000 года из-за ряда проблем, вызванных взломом системы защиты цифрового медиаконтента CSS, а также из-за неполной готовности аппаратной части, производственных мощностей и слабой поддержки у звукозаписывающих компаний. В конце 1999 года компания Pioneer выпустила в Японии первый DVD-Audio проигрыватель (без защиты от копирования). В июле 2000 года компания Matsushita выпустила универсальные DVD-Audio/DVD-Video проигрыватели под торговыми марками Panasonic и Technics. Pioneer, JVC, Yamaha и другие производители выпустили свои DVD-Audio проигрыватели в конце 2000 — начале 2001 года. К концу 2000 года на рынке было доступно около 50 наименований DVD-Audio, в 2001 году — более 200. DVD-Audio может содержать многоканальный звук, но также учтено и то, что большинство систем, имеющихся у потребителей, кроме домашних кинотеатров, сконфигурированы под стерео. Поэтому на диске могут либо содержаться два варианта фонограммы: стерео и многоканальный, либо применяться схема автоматического сведения (downmix) под названием «Техника системного управления аудиоресурсами» (System Managed Audio Resource Technique, SMART), которая активизируется в том случае, если на диске отсутствует отдельная двухканальная фонограмма. Помимо стереофонограммы высокого разрешения без сжатия (LPCM) или со сжатием без потерь (MLP), звуковой материал той же программы может быть представлен в компрессированном виде с потерями, в форматах пространственного звучания Dolby Digital или DTS, соответствующих стандарту DVD-Video. Поддержка многоканального звука является важным преимуществом DVD-Audio перед предыдущими форматами. Наличие 5 каналов позволяет позиционировать звуки в трёхмерном пространстве, что даёт две новые возможности: точная передача акустики помещения и создание новых звуковых образов за счёт сплетения спецэффектов с самим музыкальным содержанием. В DVD-Audio применяется файловая система UDF/ISO 9660. Звуковые дорожки в формате DVD-Audio располагаются в каталоге AUDIO_TS диска. В отличие от DVD-Video, непосредственно звуковые файлы DVD-Audio имеют расширение .AOB (Audio Objects). Также папка AUDIO_TS содержит следующие типы файлов: .SAMG (Simple Audio Manager) — предназначенные для бытовых плееров списки аудиотреков; .AMG (Audio Manager) — детализированное описание контента диска (интерактивное меню, управление при воспроизведении и т. п.); .ASVS (Audio Still Video Set) — статические изображения, отображающиеся при воспроизведении звукозаписей. Для DVD-Audio могут применяться DVD-диски с любым количеством слоев. При этом каждый слой разбивается на 9 групп, которые, в свою очередь, могут содержать до 99 треков. Каждой композиции может быть присвоено до 99 индексных точек. |