Аналого-цифровое преобразование аудио сигналов. Вологдин Э.И. - 4 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

СПбГУТ | Санкт-Петербург

Составители: 

Рубрика: 

4
За последние 20…30 лет в результате совершенствования технологии и принципов
цифровой звукозаписи плотность ее на оптических и магнитных дисках повысилась во
много раз и достигла значения 60 Мбит/мм
2
. В настоящее время емкость оптических дис-
ков формата Blue-Ray составляет 50 Гбайт, близки к практической реализации гологра-
фическая и фотонная запись, которые обеспечивают емкость дисков прежних размеров до
600…800 Гбайт.
Благодаря этим достижениям при аналого-цифровом преобразовании звуковых сигна-
лов существенно упростились проблемы с возможностью повышения частоты дискрети-
зации и числа разрядов ИКМ преобразователей, не стало жестких ограничений в отно-
шении времени записи и числа записываемых звуковых каналов. Однако некоторые про-
блемы многоканальной записи пока остались. Скорость цифрового потока, при которой
длительность записи один час, составляет около 10 Мбит/с . При этом без компрессиро-
вания 6-канальная запись аудио сигналов возможна только в формате 24/48 кГц. С повы-
шением частоты дискретизации до 192 кГц скорость цифрового потока увеличивается в 4
раза до 27,5 Мбит/с, и приходится либо уменьшать время записи в 4 раза или использо-
вать сжатие цифрового потока без потерь с коэффициентом компрессии около 2,7.
В каналах передачи цифровой звуковой информации проблем значительно больше.
Частотный диапазон кабельных и эфирных линий передачи разделяется на полосы, выде-
ляемые пользователям. Число полос ограничено, поэтому каждый лишний бит, расши-
ряющий полосу передачи, стоит очень дорого. Именно поэтому в этой области (радиове-
щание) и ведутся интенсивные разработки по сокращению скорости цифровых потоков,
часто в ущерб качеству.
В качестве основных критериев оценки качества методов аналого-цифрового преоб-
разования в технической литературе до сих пор используются число бит и частота дис-
кретизации, чем выше их значения, тем вроде лучше должно быть качество звукового
сигнала. В какой то мере это применимо к линейной ИКМ, но очень условно, так как
разработаны технологии повышения отношения сигнал-шум (SNR) без увеличения чис-
ла разрядов в кодовом слове, такие как Dithering, Noise Shaping, Super Bit Mapping и дру-
гие. Увеличение числа разрядов имеет практический смысл только до таких значений,
при котором динамический диапазон сигналов начинает превышать динамический диа-
пазон канала передачи.
Возможно уменьшение числа разрядов без снижения качества за счет использова-
ния неравномерного квантования и устранения статистической избыточности звуковых
сигналов. Однобитовые АЦП на основе SDM могут иметь значительно лучшие характе-
ристики, чем многоразрядные АЦП на основе линейной ИКМ. Более реальной оценкой
качества является динамический диапазон или SNR. Так у современных звуковых карт с
24 разрядным АЦП SNR не превышает 106 дБ, тогда как теоретически он должен быть
равен 144 дБ.
По теореме Котельникова достаточно, чтобы частота дискретизации сигнала превы-
шала вдвое верхнюю границу звукового диапазона, поэтому теоретически для музы-
кальных программ более чем достаточна частота дискретизации 44,1 кГц. Тем не менее, в
аудиотехнике ее увеличили сначала до 48, потом до 96 и 192 кГц, ожидается, что даже в
бытовой технике она достигнет значения 384 кГц. Возникает вопрос зачем.
С одной стороны некоторые музыкальные инструменты имеют частотный диапазон
до 40 и даже до 100 кГц, и, возможно, в чем некоторые абсолютно уверены, мы такие
звуки воспринимаем. С другой стороны, повышение частоты дискретизации технически
реализуется достаточно просто. Более весомым аргументом является экономическая сто-
рона вопроса, значительно дешевле поднять частоту и сделать фильтр низкой частоты 2-
3 порядка, чем 7…11 порядка, причем с фильтром низкого порядка звучание становит-
ся даже лучше.

Страницы