Пробна резолюция

Когато един звук се записва цифрово, амплитудата на звуковата вълна се взема в различни точки на времето и се записва като някакво число. Колко често се пробва амплитудата определя пробната честота (честотата на дискретизацията). Какви числа се използват за да се запише амплитудата при всяка проба определя пробната резолюция.

Пробната резолюция, също така наречена "резолюция на дискретизацията", е начина или размера на числата, с които амплитудите на цифровия звук са записани.

В някои често срещани формати за аудио, амплитудата на семплите се записва цифрово с основни видове данни (например цели числа) с определен брой байтове и битове. Така, пробната резолюция може също така да бъде наречена битова дълбочина, битова резолюция или битова мярка (брой на битовете в един от семплите).

Както в примерите по-долу, предимствата и недостатъците на по-големите и по-малките пробни резолюции са очевидни. По-големите пробни резолюции позволяват по-голям динамичен диапазон и по-голямо отношение на нивото на сигнала към нивото на шума, но пък изискват повече място за записаните данни с аудио.

Следното са примери.

Пробна резолюция на аудиото с качеството позволено от CD-тата

В едно аудио CD, всеки от семплите е записан като едно цяло число със 16 бита. 16 бита (2 байта) могат да представят 216 = 65536 стойности. В аудиото в едно CD, това са стойностите между -32768 и 32767. Абсолютната стойност на амплитудата на семплите може да използва само 65536 / 2 = 215 = 32768 стойности. Това е така, защото сигнала за аудио трепти нагоре и надолу, с положителни и отрицателни стойности, при които стойността нула в CD-то с аудио е амплитудата нула.

Това означава, че при аудиото с качеството на CD-то, се получава следното:

  • Динамичният диапазон на аудиото в едно CD – отношението на най-силните към най-тихите семпли– е 20 log10 (215/1) ≈ 90 dB. Това е подходящо, защото това и е приблизително динамичният диапазон на човешкото чуване.
  • Тъй като всеки от семплите отнема 2 байта, пробната честота в аудиото в CD-то е 44.1 kHz (44100 семпли в секунда) и аудиото в CD-то е стерео (използва два канала и следователно два от семплите във всяка точка във времето), една секунда от аудиото в CD-то отнема 2 * 44100 * 2 = 176000 байта. Типичното CD със 74 минути тогава може да приеме 176000 * 60 * 74 ≈ 747 Mb с данни.

Забележи, че аудиото в CD-то използва постоянна пробна честота и постоянна пробна резолюция (т.е., процеса PCM). Тоест, пробната честота и пробната резолюция не се променят в цялото CD.

Пробна резолюция, динамичен диапазон и грешки при квантуването

Както по-горе, пробната резолюция със 16 бита в едно аудио CD позволява динамичния диапазон приблизително равен на 90 dB.

За сравнение, вземи един запис на аудио с постоянната пробна резолюция равна на 8 бита за всеки от семплите и предположи, че този запис също използва положителни и отрицателни цели числа за да запази информацията. Динамичният диапазон на този запис ще бъде 20 log10 (27/1) ≈ 42 dB.

По-интересно е това, че записа с 8 бита ще съдържа шум от квантуването. Тъй като записаните семпли трябва да се закръглят и ако предположим че те се закръгляват към най-близкото цяло число, най-голямата възможна грешка ще бъде 0.5. Това е най-голямата потенциална разлика между истинския аналогов сигнал и цифровия запис в един от семплите. Тези разлики са шум в записа, който се дължи на процеса на дискретизация и квантуване. Отношението на нивото на сигнала към нивото на шума, което е отношението на стойността на тази грешка към максималната стойност на амплитудата на сигнала, е 20 log10 (0.5 / 27) ≈ -48 dB. Ако диапазона на човешкото чуване е 90 dB, тогава този шум ще се чува доста добре. Така, един запис с 8 бита сигурно ще съдържа шум, които просто се дължи на процеса на дискретизиране.

За сравнение, отношението на нивото на сигнала към нивото на шума в един запис с 16 бита ще бъде 20 log10 (0.5 / 215) ≈ -96 dB. Шумът няма да се чуе, освен ако не е увеличен.

Пробна резолюция и формата на файловете Wave

Един пример на често срещани файлове уейв са файловете уейв Microsoft PCM (файлове уейв с код на компресирането 1). Често срещани пробни резолюции в такива файлове са 8 бита, 16 бита, 24 бита и (по-рядко) 32 бита. Семплите се записват с цели числа и могат да са със знак (с положителни и отрицателни стойности) или без знак (само положителни). Често, семплите с 8 бита използват цели числа без знак (положителни), което означава, че тези семпли имат стойности между 0 и 28 = 258, като амплитудата нула е стойността 128 в средата. Семплите с 16 и 24 бита, от друга страна, използват цели числа със знак (положителни и отрицателни), като амплитудата нула е стойността 0.

Един друг пример на формат във файловете уейв е Microsoft IEEE (файлове уейв с код на компресиране 3). Файловете с този формат използват пробната резолюция от 32 бита. В тези файлове, семплите са числа с десетична запетайка и със стойности между -1 и 1, а не цели числа.

Добави нов коментар

Filtered HTML

  • Freelinking helps you easily create HTML links. Links take the form of [[indicator:target|Title]]. By default (no indicator): Click to view a local node.
  • Web page addresses and e-mail addresses turn into links automatically.
  • Lines and paragraphs break automatically.

Plain text

  • No HTML tags allowed.
  • Web page addresses and e-mail addresses turn into links automatically.
  • Lines and paragraphs break automatically.
CAPTCHA
This question is for testing whether or not you are a human visitor and to prevent automated spam submissions.
Image CAPTCHA
Enter the characters shown in the image.