 |
Программы для работы со звуком
|
|
|
|
Что Звуковая система
Звуковые карты используются для записи и воспроизведения различных звуковых сигналов: речи, музыки, шумовых эффектов. Любая современная звуковая карта может использовать несколько способов воспроизведения звука. Одним из простейших является преобразование ранее оцифрованного сигнала снова в аналоговый. Другой способ воспроизведения звука заключается в его синтезе. При поступлении на синтезатор некоторой управляющей информации (упрощенно говоря - нотной последовательности) по ней формируется соответствующий выходной сигнал. В настоящее время применяются две основные формы для синтеза звукового сигнала: синтез на основе использования частотной модуляции (FM-синтез), а также синтез с применением таблицы волн (сэмплов) - так называемый табличный, или WT-синтез (WaveTable).
WT (WaveTable - таблица волн) - воспроизведение заранее записанных в цифровом виде звучаний - самплов (samples). Инструменты с малой длительностью звучания обычно записываются полностью, а для остальных может записываться лишь начало/конец звука и небольшая "сpедняя" часть, которая затем пpоигpывается в цикле в течение нужного вpемени. Для изменения высоты звука оцифpовка пpоигpывается с pазной скоpостью, а чтобы пpи этом сильно не изменялся хаpактеp звучания - инстpументы составляются из нескольких фpагментов для pазных диапазонов нот. В сложных синтезатоpах используется паpаллельное пpоигpывание нескольких самплов на одну ноту и дополнительная обpаботка звука (модуляция, фильтpование, pазличные "оживляющие" эффекты и т.п.). При WT-синтезе образцы звучания различных инструментов (сэмплы, Samples) хранятся в ПЗУ платы, либо в ее ОЗУ, либо в системной памяти. Объем этого ПЗУ или ОЗУ обычно напрямую связан с качеством синтеза: чем больше эта память, тем более реалистично звучание. Для бытовых карт нормальным считается наличие от 0,5 до 4 Мбайт памяти, в полупрофессиональных и профессиональных моделях может применяться до 32 Мбайт памяти. Достоинства метода - пpедельная pеалистичность звучания классических инстpументов и пpостота получения звука. Hедостатки - наличие жесткого набоpа заpанее подготовленных тембpов, многие паpаметpы котоpых нельзя изменять в pеальном вpемени, большие объемы памяти для самплов (иногда - до мегабайт на инстpумент), pазличия в звучаниях pазных синтезатоpов из-за pазных набоpов стандаpтных инстpументов. Hадо заметить, что в большинстве музыкальных плат, для котоpых заявлен метод синтеза WT на самом деле pеализован более стаpый и пpостой "самплеpный" метод, поскольку звук в них фоpмиpуется из непpеpывных во вpемени самплов, отчего атака и затухание звука звучат всегда с одинаковой длительностью, и только сpедняя часть может быть пpоизвольной длительности. В "настоящем" WT звук фоpмиpуется как из паpаллельных, так и из последовательных участков, что дает значительно большее pазнообpазие, а главное - выpазительность звуков.
|
|
|
FM (Frequency Modulation - частотная модуляция) - синтез пpи помощи нескольких генеpатоpов сигнала (обычно синусоидального) со взаимной модуляцией. Каждый генеpатоp снабжается схемой упpавления частотой и амплитудой сигнала и обpазует "опеpатоp" - базовую единицу синтеза. Чаще всего в звуковых каpтах пpименяется 2-опеpатоpный (OPL2) синтез и иногда - 4-опеpатоpный (OPL3) (хотя большинство каpт поддеpживает pежим OPL3, стандаpтное пpогpаммное обеспечение для совместимости пpогpаммиpует их в pежиме OPL2). Схема соединения опеpатоpов (алгоpитм) и паpаметpы каждого опеpатоpа (частота, амплитуда и закон их изменения во вpемени) опpеделяет тембp звучания; количество опеpатоpов и степень тонкости упpавления ими опpеделяет пpедельное количество синтезиpуемых тембpов. Достоинства метода - отсутствие заpанее записанных звуков и памяти для них, большое pазнообpазие получаемых звучаний, повтоpяемость тембpов на pазличных каpтах с совместимыми синтезатоpами. Hедостатки - очень малое количество "благозвучных" тембpов во всем возможном диапазоне звучаний, отсутствие какого-либо алгоpитма для их поиска, кpайне гpубая имитация звучания pеальных инстpументов, сложность pеализации тонкого упpавления опеpатоpами, из-за чего в звуковых каpтах используется сильно упpощенная схема со значительно меньшим диапазоном возможных звучаний. Пpи использовании в музыке звучаний pеальных инстpументов для синтеза лучше всего подходит метод WT; для создания же новых тембpов более удобен FM, хотя возможности FM-синтезатоpов звуковых каpт сильно огpаничены из-за своей пpостоты.
|
|
|
Поскольку эти виды синтеза также являются цифровыми, для них необходимо преобразование сигнала при помощи цифроаналогового преобразователя (ЦАП или DAC - Digital to Analog Converter).
Форматы звуковых файлов
Формат AU. Этот простой и распространенный формат на системах Sun и NeXT (в последнем случае, правда, файл будет иметь расширение SND). Файл состоит из короткого служебного заголовка (минимум 28 байт), за которым непосредственно следуют звуковые данные. Широко используется в Unix-подобных системах и служит базовым для Java-машины.
Формат WAVE (WAV). Стандартный формат файлов для хранения звука в системе Windows. Является специальным типом другого, более общего формата RIFF (Resource Interchange File Format); другой разновидностью RIFF служат видеофайлы AVI. Файл RIFF составлен из блоков, некоторые из которых могут, в свою очередь, содержать другие вложенные блоки; перед каждым блоком данных помещается четырехсимвольный идентификатор и длина. Звуковые файлы WAV, как правило, более просты и имеют только один блок формата и один блок данных. В первом содержится общая информация об оцифрованном звуке (число каналов, частота дискретизации, характер зависимости громкости и т.д.), а во втором — сами числовые данные. Каждый отсчет занимает целое количество байт (например, 2 байта в случае 12-битовых чисел, старшие разряды содержат нули). При стереозаписи числа группируются парами для левого и правого канала соответственно, причем каждая пара образует законченный блок — для нашего примера его длина составит 4 байта. Такая, казалось бы, излишняя структурированность позволяет программному обеспечению оптимизировать процесс передачи данных при воспроизведении, но, как в подобных случаях всегда бывает, выигрыш во времени приводит к существенному увеличению размера файла.
|
|
|
Формат MP3 (MPEG Layer3). Это один из форматов хранения аудиосигнала, позднее утвержденный как часть стандартов сжатого видео. Природа получения данного формата во многом аналогична уже рассмотренному нами ранее сжатию графических данных по технологии JPEG. Поскольку произвольные звуковые данные обратимыми методами сжимаются недостаточно хорошо, приходится переходить к методам необратимым: иными словами, базируясь на знаниях о свойствах человеческого слуха, звуковая информация “подправляется” так, чтобы возникшие искажения на слух были незаметны, но полученные данные лучше сжимались традиционными способами. Это называется адаптивным кодированием и позволяет экономить на наименее значимых с точки зрения восприятия человека деталях звучания. Приемы, применяемые в MP3, непросты для понимания и опираются на достаточно сложную математику, но зато обеспечивают очень значительный эффект сжатия звуковой информации. Успехи технологии MP3 привели к тому, что ее применяют сейчас и во многих бытовых звуковых устройствах, например, плеерах и сотовых телефонах.
Формат MIDI. Название MIDI есть сокращение от Musical Instrument Digital Interface, т.е. цифровой интерфейс для музыкальных инструментов. Это довольно старый (1983 г.) стандарт, объединяющий разнообразное музыкальное оборудование (синтезаторы, ударные, освещение). MIDI базируется на пакетах данных, каждый из которых соответствует некоторому событию, в частности, нажатию клавиши или установке режима звучания. Любое событие может одновременно управлять несколькими каналами, каждый из которых относится к определенному оборудованию. Несмотря на свое изначальное предназначение, формат файла стал стандартным для музыкальных данных, которые при желании можно проигрывать с помощью звуковой карты компьютера безо всякого внешнего MIDI-оборудования. Главным преимуществом файлов MIDI является их очень небольшой размер, поскольку это не детальная запись звука, а фактически некоторый расширенный электронный эквивалент традиционной нотной записи. Но это же свойство одновременно является и недостатком: поскольку звук не детализирован, то разное оборудование будет воспроизводить его по-разному, что в принципе может даже заметно исказить авторский музыкальный замысел.
|
|
|
Формат MOD. Представляет собой дальнейшее развитие идеологии MIDI-файлов. Известные как “модули программ воспроизведения”, они хранят в себе не только “электронные ноты”, но и образцы оцифрованного звука, которые используются как шаблоны индивидуальных нот. Таким способом достигается однозначность воспроизведения звука. К недостаткам формата следует отнести большие затраты времени при наложении друг на друга шаблонов одновременно звучащих нот.
Программы для работы со звуком
Программа Steinberg Cubase SX 2.2 — современная профессиональная виртуальная звуковая студия. Начинающие пользователи найдут на диске рекомендации по подключению MIDI-клавиатуры, обзор форм представления музыкальной информации в Cubase SX, методику выполнения основных операций, базовые сведения по MIDI-технологиям, основам аудиоэффектов, анализу и синтезу звука, структуре микшера, принципам организации студии для записи.
Steinberg WaveLab 5.0 - программа, предназначенная для записи и обработки аудиоданных на PC и имеющая интуитивно-понятный общий интерфейс. WaveLab — отличное средство для решения таких задач, как запись и редактирование, исправление ошибок и проведение детального анализа, CD-мастеринг. Какой бы ни была задача, эта программа способна решить её полностью — будь то архивация файлов во встроенной базе данных или создание мастер-ленты в формате Exabyte.
Sony Sound Forge 8.0 представляет собой профессиональный аудиоредактор, позволяющий создавать и редактировать музыкальные композиции на высоком уровне. Содержит множество фильтров и инструментов, позволяет редактировать звуковые файлы в реальном времени и имеет базовые возможности редактирования видео и возможность импорта Flash-роликов.
Sony Acid Pro 5.0 — программа, позволяющая профессионально обрабатывать любое количество сэмплов для создания собственных композиций, как для Audio CD, так и для Интернет и Flash. Поддерживает более 10 различных аудио-форматов, импорт и экспорт звуков, огромное количество спецэффектов.
|
|
|
Сетевое оборудование
Модемы
Асинхронные модемы
Стандартные телефонные линии наиболее часто используют асинхронную связь, при которой данные передаются последовательным потоком (рис. ниже).
Асинхронная передача (последовательный поток) данных
При старт-стопной передаче отсутствует синхронизация между приемником и передатчиком. Передающий модем просто шлет данные, а принимающий - принимает, а затем проверяет, что они приняты без ошибок. Для обнаружения ошибок выделяется дополнительный бит - бит четности. Если информационные биты имеют нечетное число "1", то в бит четности заносится "1", если четное - "0". При приеме осуществляется контроль четности. Если в процессе передачи произошло искажение какого-либо разряда ("1" > "0" или "0" > "1"), то будет получено нечетное количество "1" и обнаружена ошибка.
Стандарт модемов V.32 не предусматривает аппаратного контроля ошибок, и он возлагается на специальное программное обеспечение, работающее с модемом. Модемы V.42 используют аппаратную коррекцию ошибок (и поддерживают MNP4). Недостатком асинхронной связи является то, что? 25% трафика данных состоит из управляющей и контролирующей информации.
Сжатие уменьшает время, необходимое для передачи данных (за счет удаления избыточных элементов или пустых участков). Наиболее распространенными стандартами сжатия являются V.42bis и MNP5 (Microsoft Network Protocol class 5). Различные стандарты определяют различные аспекты работы модема. Поэтому один и тот же модем, чтобы увеличить производительность, иногда использует комбинацию протоколов передачи данных и контроля ошибок.
Например, при использовании модемов на асинхронном аналоговом канале связи между ЛВС хорошие результаты может дать следующая комбинация: V.32bis - передача; V.42 - контроль ошибок; V.42bis - сжатие. Однако необходимо, чтобы модемы на обеих сторонах поддерживали одни и те же протоколы. Асинхронные или последовательные модемы дешевле синхронных, поскольку не нуждаются в схемах и компонентах для управления синхронизацией.
Синхронные модемы
Синхронная связь основана на согласованной работе двух устройств. Ее цель - выделить биты из группы при передаче их блоками. Эти блоки называют кадрами. Для установки синхронизации и периодической проверки ее правильности используются специальные символы.
Синхронная передача данных
Поскольку биты передаются в синхронном режиме, стартовые и стоповые биты не нужны (рис. 9.3). Передача завершается в конце одного кадра и начинается вновь на следующем кадре. Этот метод более эффективнее, чем асинхронная передача, т. к. доля передаваемой полезной информации может превышать 95% (в то время как при асинхронной передаче не более 75 - 80%). В случае обнаружения ошибки синхронная схема распознавания и коррекции ошибок просто повторяет передачу кадра. Синхронные протоколы:
- разбивают данные на блоки;
- добавляют управляющую информацию;
- устанавливают соединение;
- проверяют данные на наличие ошибок.
Основные протоколы синхронной связи: SDLC - протокол синхронного управления каналом (Synchronous Data Link Control); HDLS - высокоуровневый протокол управления каналом (High Data Link Control); BISYNC - протокол двоичной синхронной связи (Binary Synchronous Communication protocol).
Синхронная связь используется практически во всех цифровых системах связи. Если для соединения удаленных ПК используются цифровые линии, то необходимо устанавливать синхронный модем. Следует отметить, что из-за высокой стоимости и сложности синхронные модемы для домашних условий и небольших ЛВС, как правило, не предлагаются.
Репитеры
Это устройства, которые принимают затухающий сигнал из одного сегмента сети, восстанавливают его и передают в следующий сегмент, чем повышают дальность передачи сигналов между отдельными узлами сети.
Подключение репитера в ЛВС
Репитеры передают весь трафик в обоих направлениях и работают на физическом уровне модели OSI. Это означает, что каждый сегмент должен использовать одинаковые: форматы пакетов, протоколы и методы доступа. То есть, с помощью репитера можно объединить в единую сеть два сегмента Ethernet и невозможно Ethernet и Token Ring.
Однако репитеры позволяют соединять два сегмента, которые используют различные физические среды передачи сигналов (кабель - оптика, кабель - пара и т. д.). Некоторые многопортовые репитеры работают как многопортовые концентраторы, соединяющие разные типы кабелей.
Применение репитеров оправдано в тех случаях, когда требуется преодолеть ограничение по длине сегмента или по количеству РС. Причем ни один из сегментов сети не генерирует повышенного трафика, а стоимость ЛВС - главный фактор. Связано это с тем, что репитеры не выполняют функций: изоляции и фильтрации.
Так передавая из сегмента в сегмент каждый бит данных, они будут передавать и искаженные пакеты, и пакеты, не предназначенные этому сегменту. В результате проблемы одного сегмента скажутся и на других. Т.е. применение репитеров не обеспечивает функцию изоляции сегментов. Кроме того, репитеры будут распространять по сети все широковещательные пакеты. И если устройство не отвечает на все пакеты или пакеты постоянно пытаются достичь устройств, которые никогда не отзываются, то производительность сети падает, т. е. репитеры не осуществляют фильтрацию сигналов.
Мосты
Мост - это устройство комплексирования компьютерной сети. Эти устройства, как и репитеры, могут:
• увеличивать размер сети и количество РС в ней;
• соединять разнородные сетевые кабели. Однако принципиальным их отличием является то, что они работают на канальном уровне модели OSI, т.е. на более высоком, чем репитеры и учитывают больше особенностей передаваемых данных, позволяя:
• восстанавливать форму сигналов, но делая это на уровне пакетов;
• соединять разнородные сегменты сети (например, Ethernet и Token Ring) и переносить между ними пакеты;
• повысить производительность, эффективность, безопасность и надежность сетей (что будет рассмотрено ниже).
Работа моста основана на принципе, согласно которому все узлы сети имеют уникальные сетевые адреса, и мост передает пакеты исходя из адреса узла назначения. Мост обладает некоторым "интеллектом", поскольку изучает, куда направить данные. Когда пакеты передаются через мост, адреса передатчиков сохраняются в памяти моста, и на их основе создается таблица маршрутизации. В начале работы таблица пуста. Затем, когда узлы передают пакеты, их адреса копируются в таблицу. Имея эти данные, мост изучает расположение компьютеров в сегментах сети. Прослушивая трафик всех сегментов, и принимая пакет, мост ищет адрес передатчика в таблице маршрутизации. Если адрес источника не найден, он добавляет его в таблицу. Затем сравнивает адрес получателя с БД таблицы маршрутизации. Если мост знает о местоположении узла - адресата, он передает пакет ему. В противном случае - транслирует пакет во все сегменты.
Маршрутизатор
Маршрутизатор - это устройство для соединения сетей, использующих различные архитектуры и протоколы. Работая на сетевом уровне модели OSI, они могут:
• коммутировать и направлять пакеты через несколько сетей;
• определять наилучший путь для их передачи;
• обходить медленные и неисправные каналы;
• отфильтровывать широковещательные сообщения;
• действовать как барьер безопасности между сетями.
Маршрутизатор в отличие от моста имеет свой адрес и используется как промежуточный пункт назначения.
Маршрутизаторы, принимая пакеты, не проверяют адрес узла назначения, а выделяют только адрес сети. Они пропускают пакет, если адрес сети известен, передавая его маршрутизатору, который обслуживает сеть назначения. Воспринимая только адресованные сетевые пакеты, они препятствуют проникновению в сеть некорректных и широковещательных пакетов, уменьшая тем самым нагрузку на сеть. Маршрутизатор может "прослушивать" сеть и определять, какие ее части сильнее загружены. Он устанавливает количество транзитов между ЛВС. Используя эту информацию, маршрутизатор выбирает маршрут передачи. Если один перегружен, он укажет другой.
Шлюзы
Шлюзы - это устройства, которые обеспечивают связь между различными архитектурами и средами. Главное их назначение - осуществить связь между ПК и средой мини-компьютеров или мейнфреймов. Шлюзы принимают данные из одной среды, удаляют протокольный стек и переупаковывают их в протокольный стек системы назначения. Обрабатывая данные, шлюз выполняет следующие операции:
1. извлекает данные из приходящих пакетов, пропуская их снизу вверх через полный стек протоколов передающей среды;
2. заново упаковывает полученные данные, пропуская их сверху вниз через стек протоколов сети назначения.
|
|
|
