DŹWIĘK W KOMPUTERZE

1. DŹWIĘK W KOMPUTERZE Przygotował: Kamil Feliszewskiwww.feliszewski.pl

2. Formaty plików dźwiękowych • MIDI (*.mid) • WAVE (*.wav) • MP3 (*.mp3)

3. DŹWIĘK – co to jest? • Dźwięk – wrażenie słuchowe, spowodowane falą akustyczną rozchodzącą się w ośrodku sprężystym (ciele stałym, cieczy, gazie). Częstotliwości fal, które są słyszalne dla człowieka, zawarte są w paśmie między wartościami granicznymi od ok. 16 Hz do ok. 20 kHz.

4. MIDI • MIDI skrót od Musical Instrument Digital Interface • MIDI umożliwia komputerom, syntezatorom, kartom dźwiękowym i podobnym urządzeniom kontrolować się nawzajem oraz wymieniać informacje między sobą. • Pierwszym instrumentem, w którym eksperymentalnie zamontowano interfejs MIDI, był potężny syntezator firmy Yamaha – protoplasta klasycznego DX7, model DX1 (1980). • MIDI zawiera standard sprzętu oraz język komend. Informacje przesyłane są za pomocą połączenia szeregowego półdupleks z prędkością 31250 bitów na sekundę. Umożliwia także przesyłanie próbek dźwięku, ale obecnie rzadko wykorzystywane ze względu na powolną transmisję.

5. WAVE • Format plików dźwiękowych stworzony przez Microsoft oraz IBM. WAVE bazuje na formacie RIFF, poszerzając go o informacje o strumieniu audio, takie jak użyty kodek, częstotliwość próbkowania czy ilość kanałów. WAV podobnie jak RIFF został przewidziany dla komputerów IBM PC, toteż wszystkie zmienne zapisywane są w formacie little endian. Odpowiednikiem WAV dla komputerów Macintosh jest AIFF. • Mimo że pliki WAVE mogą być zapisane przy użyciu dowolnych kodeków audio, zazwyczaj stosuje się nieskompresowany format PCM, który powoduje, że pliki zajmują dużo miejsca (około 172 kB na sekundę dla jakości CD). Inną wadą formatu jest ograniczenie wielkości pliku do 4 GB, ze względu na 32-bitowe zmienne. Format WAV został częściowo wyparty przez formaty kompresji stratnej. Mimo to, dzięki swojej prostocie, nadal znajduje szerokie zastosowania. Wykorzystywany jest w edycji dźwięku oraz w przenośnych urządzeniach audio takich jak odtwarzacze i cyfrowe dyktafony.

6. MP3 • MP3 ((ang.)MPEG-1/MPEG-2 Audio Layer 3) – algorytm kompresji stratnej dźwięku, przetworzonego uprzednio na sygnał cyfrowy. Popularnie zwany formatem MP3 lub standardem MP3. • Pierwotnie, do kompresji (kodowania) MP3 stosowano stałą przepływność (CBR), czyli do każdej ramki używano tej samej liczby bitów. Obecnie używa się częściej przepływności zmiennej (VBR), charakteryzującej się zmiennością w wybranym przedziale czasu podczas kompresji. • Stałe przepływności dostępne w standardzie MP3: 8, 16, 24, 32, 40, 48, 56, 64, 80, 96, 112, 128, 160, 192, 224, 256 i 320 kb/s.

7. KOMPRESJA DŹWIĘKU • Zapis dźwięku w formacie cyfrowym polega na zapisaniu kształtu sygnału w postaci ciągu liczb. Procedura powyższa nazywana jest próbkowaniem. Kolejne naniesienia tych liczb na wykres pozwalają na graficzne przestawienie przebiegu sygnału. W powiększeniu widać wyraźnie poszczególne wartości sygnału muzycznego

8. KOMPRESJA • Z pomocą potrzebom przesyłania muzyki przez Internet przychodzi kompresja, czyli "pakowanie" danych dźwiękowych.  • Sądwarodzajekompresji: • Kompresja bezstratna • Kompresja stratna

9. Kompresja bezstratna • Kompresja bezstratna zachowuje pełną informację o przebiegu sygnału dźwiękowego. Polega ona na sprytnej zmianie sposobu zapisu danych, dzięki czemu zapis jest oszczędniejszy. Możliwość stosowania tego rodzaju kompresji wynika z faktu, że standardowe sposoby zapisu dźwięku (np. pliki wav) są dość "rozrzutne" pod względem wykorzystania pamięci. Np. bez względu na to, czy w danym momencie dźwięk ma dużą amplitudę i skomplikowany przebieg, czy panuje absolutna cisza, dane w formacie stereo zajmują około 170 kB na każdą sekundę. Dlatego zmieniając sposób zapisu da się sporo danych "upakować".Zwykle kompresja bezstratna pozwala przeciętnie w np. w jednym bajcie danych skompresowanych zapisać więcej niż 1 bajt danych wyjściowych. Możliwe do zastosowanie metody to m.in. dlatego że: • można np. oznaczać obszary ciszy i zapisywać je oszczędniej niż w 16 bitach na kanał i na jedną próbkę sygnału (w końcu większość rozpiętości przedziału od 0 do 32 768 dla cichych dźwięków się "marnuje") • dla muzyki w której różnice między kanałami stereo są nieznaczne można zapisywać dokładnie zsumowany sygnał (mono), a różnice (które będą niewielkie) kodować oszczędniejszym sposobem.

10. Kompresja bezstratna • Formaty kompresji bezstratnej są różne. Przykładem może być tu np.: • monkey's audio • LPAC • RKAU • FLAC • WavPack • jeden z podformatówquicktime'a • Niestety, kompresja bezstratna zazwyczaj nie daje dużych możliwości zmniejszenia rozmiaru plików - zysk na pojemności pamięci oscyluje w okolicy 2  razy (w najlepszych warunkach 3-4). Dlatego stosuje się nieco gorszą jeśli chodzi o wierność zapisu, ale znacznie wydajniejszą - kompresję stratną.

11. Kompresja stratna • Kompresja stratna wykorzystuje kilka uzupełniających się efektów i technik: • po pierwsze - ten typ kompresji może wykorzystać prawie wszystkie metody kompresji bezstratnej • po drugie - ponieważ ludzki narząd słuchu nie jest stuprocentowo dokładny, to wiele dźwięków jest przezeń "gubionych" i można ich po prostu nie zapisywać, oszczędzając przy tym pasmo pamięci. • Ta druga metoda - wykorzystanie niedokładności słuchu jest właśnie kluczem do wydajności kompresji stratnej. W jej ramach sygnał dźwiękowy jest analizowany pod kątem owych niedostrzeganych słuchem elementów - np. maskowanie dźwięków cichych przez głośne, lub maskowanie gorzej słyszalnych dźwięków. • Dzięki kompresji stratnej daje się (bez wyraźnego pogorszenia jakości dźwięku) upakować dane audio 10-cio, a nawet 20-to krotnie. W rezultacie typowe nagranie zajmuje nie kilkadziesiąt, a kilka megabajtów pamięci.

12. Kompresja stratna • Kompresję stratną stosuje się w następujących formatach zapisu dźwięku: • mp3 (także mp3 pro - twórcaInstytutFraunhoffera) • wma, asf  (MICROSOFT) • Mpeg • ogg (Vorbis - projekt open source) • atrac (SONY) • aac, ac3 (APPLE) • vqf (YAMAHA)

13. DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ 