Характеристика функциональной структуры системы

ВВЕДЕНИЕ

Звуковая волна (звуковые колебания) – это передающиеся в пространстве механические колебания молекул вещества. Тело, создающее возмущение (колебания) воздуха, называют источником звука . Привычное для всех нас понятие « звук» означает всего лишь воспринимаемый слуховым аппаратом человека набор звуковых колебаний.

Звуковые колебания, а также вообще все колебания, как известно из физики, характеризуются амплитудой (интенсивностью), частотой и фазой. В соответствии с теорией математика Фурье, звуковую волну можно представить в виде спектра входящих в нее частот. Частотные составляющие спектра - это синусоидальные колебания (так называемые чистые тона), каждое из которых имеет свою собственную амплитуду и частоту. Таким образом, любое, даже самое сложное по форме колебание (например, человеческий голос), можно представить суммой простейших синусоидальных колебании определенных частот и амплитуд. И наоборот, сгенерировав различные колебания и наложив их друг на друга (смикшировав, смешав), можно получить различные звуки.

«Обычный» аналоговый звук представляется в аналоговой аппаратуре непрерывным электрическим сигналом. Компьютер оперирует с данными в цифровом виде. Это означает, что и звук в компьютере представляется в цифровом виде.

Цифровой звук – это способ представления электрического сигнала посредством дискретных численных значений его амплитуды. Оцифровка сигнала включает в себя два процесса - процесс дискретизации (осуществление выборки) и процесс квантования. Процесс дискретизации - это процесс получения значений величин преобразуемого сигнала в определенные промежутки времени. Квантование - процесс замены реальных значений сигнала приближенными с определенной точностью. Таким образом, оцифровка – это фиксация амплитуды сигнала через определенные промежутки времени и регистрация полученных значений амплитуды в виде округленных цифровых значений Записанные значения амплитуды сигнала называются отсчетами.

Основные параметры цифрового звука:

– частота дискретизации: определяется интервалом времени, через которое происходит измерение значения амплитуды аналогового сигнала;

– битрейт: разрядность квантования; количество бит, которым описывается одна секунда звукового сигнала;

– число каналов:число источников звука, через которые воспроизводятся звуковые сигналы.

Под обработкой звука следует понимать различные преобразования звуковой информации с целью изменения каких-то характеристик звучания. К обработке звука относятся способы создания различных звуковых эффектов, фильтрация, а также методы очистки звука от нежелательных шумов, изменения тембра и т.д. Все это огромное множество преобразований сводится, в конечном счете, к следующим основным типам: амплитудные, частотные, фазовые и временные преобразования.

 Стоит привести несколько практических примеров использования указанных видов преобразований при создании реальных звуковых эффектов:

– echo (эхо). Реализация повторения звукового сигнала с помощью временных преобразований таким образом, чтобы человеческое ухо воспринимало полученный сигнал как эхо;

– reverberation (повторение, отражение): придание звучанию объемности, характерной для большого зала, где каждый звук порождает соответствующий, медленно угасающий отзвук;

– изменение темпа: замедление или ускорение скорости воспроизведения звукового сигнала;

– изменение общего уровня громкости: увеличение или уменьшение общего уровня громкости.;

– эффект возрастания громкости: плавное увеличение громкости от нулевого уровня в начале фрагмента до максимального в конце;

– эффект затухания громкости: плавное уменьшение громкости от максимального уровня в начале фрагмента до нулевого в конце.

Обработка сигнала – это сложная и, главное, ресурсоемкая процедура. Она сравнительно недавно стала проводиться в цифровых устройствах – раньше различные эффекты звучания и другие достигались путем обработки звука в аналоговых приборах. В аналоговой аппаратуре звук в виде электрических колебаний проходит через различные тракты (блоки электрических элементов), чем достигается изменение фазы, спектра и амплитуды сигнала. Однако такой способ обработки имеет массу недостатков. Возможность же использования цифровых устройств имеет неоспоримые преимущества. Качество обработки сигналов в них намного меньше зависит от качества аппаратуры. Кроме того, для различных манипуляций со звуком не требуется постоянная смена оборудования. И, самое главное, поскольку обработка ведется программным путем, для нее открываются просто невероятные возможности, которые ограничены лишь мощностью компьютеров (а она увеличивается с каждым днем) и фантазией человека.

1. РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ ОБРАБОТКИ АУДИОИНФОРМАЦИИ

Обоснование целесообразности разработки системы обработки аудиоинформации

Назначение системы

Система обработки аудиоинформации реализует обработку звуковых сигналов. Система предназначена для обработки звуковых сигналов, записанных в звуковых файлах различных форматов. Обработка позволяет внести необходимые изменения в исходный звуковой файл: редактирование его структуры, основных параметров, позволяет применить различные эффекты к файлу. Система также позволяет осуществить кодирование исходного файла с целью уменьшения занимаемого им размера без явной потери качества.

Характеристика функциональной структуры системы

Функциональная схема системы приведена на рис. 1.1.

Обработка аудиофайлов состоит из следующих этапов:

1) ввод звуковых сигналов в подсистему обработки и фильтрации сигнала, результатом работы которой является измененный звуковой сигнал, записанный в файле и статистические данные, полученные при анализе звукового сигнала;

2) ввод отредактированного звукового сигнала в подсистему кодирования данных, результатом которой является файл со сжатым звуковым сигналом.

Результатом работы системы является измененный и/или сжатый звуковой файл.

Функциональная схема системы обработки аудиоинформации

Рис. 1.1