Toshkent viloyati kasbiy ta’limni rivojlantirish va muvofiqlashtirish

Raqamlashtirish bilan bog'liq qiyinchiliklar

Raqamlashtirish jarayonining soddaligi va intuitivligiga qaramasdan, ushbu protsedura ko'plab qiyinchiliklar va muammolar bilan bog'liq.
Birinchidan, Kotelnikov teoremasi tomonidan o'rnatilgan namuna olish tezligi minimal zarur, ammo etarli emas. Diskretlashtirish asl signalning spektriga qo'shimcha aralashuvni keltirib, unga bir xil oyna nusxasini qo'shadi. Shuning uchun namuna olish chastotasining qiymatiortiqcha spektral komponentlarni muvaffaqiyatli filtrlash uchun Kotelnikov teoremasi tomonidan o'rnatilgan chastotaga qaraganda bir oz b ni tanlash kerak.
Ikkinchidan, signal qiymatlarini kvantlash signal spektriga kvant shovqin yoki ezish shovqin deb ataladigan qo'shimcha aralashuvni keltirib chiqaradi . Kvantlashning shovqini (xatosi) qayta tiklangan raqamli va original audio signallari orasidagi farqni tashkil etuvchi signal deb ataladi. Bu farq o'lchangan signal qiymatlarini yaxlitlash natijasida hosil bo'ladi. Bu quyidagi muntazamlikni amalga oshiradi: kvant miqdori qanchalik baland bo'lsa, kvant shovqin darajasi past bo'ladi (chunki har bir o'lchangan signal qiymatini yaxlitlash uchun kamroq qiymat talab qilinadi).
Kvant shovqinining tabiati shundan iboratki, u kengaygan spektral maydonning kengligi namuna olish tezligi qiymatiga mutanosib. Shu bilan birga, qattiq kvantlash miqdori bilan kvant shovqinining umumiy energiyasi doimiy bo'lib qoladi. Bu shuni anglatadiki, namuna olish tezligi qanchalik yuqori bo'lsa, kengroq spektral sohada kvantatsiya shovqinlari kengayadi va shunga mos ravishda, bizni qiziqtirgan spektrning ma'lum bir sobit chizig'ida, masalan, eshitiladigan chastotalar guruhida uning kuchi qanchalik past bo'ladi. Bu haqiqat katta amaliy ahamiyatga ega.
Shuni aytish kerakki, kvant shovqin darajasi signalning shakliga ham bog'liq. Ideal holda, signal qiymatlarini yaxlitlashda xatolik tasodifiy va shuning uchun kvant shovqinining spektri bir xil bo'ladi. Aslida, bu sodir bo'lmaydi. Haqiqiy ovozli signallarning shakli ma'lum darajada tasodifiy emas va shuning uchun kvant xatosi ham tasodifiy emas. Bunday holda, kvant shovqin spektri bir xil emas va raqamli signalning ovoziga salbiy ta'sir ko'rsatadigan ma'lum bir sohada konsentratsiyalanadi.
Ushbu hodisaga qarshi kurashishning bir necha yo'li mavjud. Shunday qilib, ma'lum bir chastotali hududda kvantlash shovqinining kiruvchi konsentratsiyasi psevdosluchaynogo shovqinning zaif kuchining dastlabki analog signaliga aralashtirish orqali neytrallashtirilishi mumkin. Bu shovqin, kvant shovqin spektrini yaxshi tarqatadigan va uni bir xil holga keltiradigan konvertatsiya qilinadigan signalning shaklidan yaxlitlash xatolarining qaramligini kamaytiradi. Shunday qilib, ta'riflangan usul (dizering deb ataladi, ingliz tilidan. "dithering" – "titroq") sun'iy ravishda aralashtirilgan psevdosluchaynym shovqin bilan kvant kiruvchi shovqin o'rnini bosadi. Shu bilan birga, yolg'onchi tasodifiy shovqin, dizeringdan foydalanmasdan paydo bo'ladigan kvant shovqinidan ko'ra quloqda kamroq ko'rinadi.
Kvant shovqin darajasiga qarshi kurashning yana bir usuli shovqin (ingliz tilidan. “ noise shaping”). Qabul qilish g'oyasi dastlabki analog signal shaklini qasddan o'zgartirishdir, shuning uchun keyingi kvant miqdori kvant shovqinining paydo bo'lishiga olib keladi, uning asosiy energiyasi eshitishda eng kam ko'rinadigan chastotali hududlarda joylashgan bo'ladi. Bunday spektr bilan shovqin shakllanishi teng hajmli egri (yuqorida muhokama qilingan bu egri haqida) modellashtirish filtridan foydalanish orqali erishiladi.
Analog-raqamli transformatsiyadan olingan impuls signali transformator qurilmalarining nomutanosibligi tufayli ba'zi kamchiliklarga ega. Ushbu kamchiliklar namuna olish bosqichining nominal qiymatidan, shuningdek, impulslarning oldingi qatlamlarining nomutanosib aylanishidan to'rtburchaklar impulslarning vaqti-vaqti bilan o'zgarishi bilan ifodalanadi. Boshqacha qilib aytganda, raqamlashtirish vaqtida signalni namuna olish mutlaqo muntazam ravishda emas, balki nominal qiymatdan tasodifiy sapmalar bilan amalga oshiriladi, natijada paydo bo'lgan impuls signali esa nomukammal to'rtburchaklar shakliga ega.
Misol uchun, namuna olish 44.1 kHz chastotasi bilan amalga oshirilsa, hisob-kitoblar aniq emas soniya, keyin bir oz oldin, keyin birozdan keyin. Va kirish signali doimo o'zgarib borayotganligi sababli, bunday xato signal darajasining to'liq emasligini qayd etishga olib keladi. Ta'riflangan noxush ta'sir jitter deb ataladi (ingliz tilidan. "jitter – - "titroq") va aslida faqat apparaturaning tuzsiz barqarorligi (ADC) natijasidir. Eshitish vositasida jitter yuqori chastotalarda signalning titrayotgani kabi qabul qilinadi, past chastotalarda esa jitter signal spektrining ba'zi "bulg'anishida" ifodalanadi. Jitterga qarshi kurashish uchun juda barqaror soat generatorlari qo'llaniladi. Shuni ta'kidlash kerakki, jitter paydo bo'lishining sababi nafaqat analog va raqamli transformatsiyalar, balki raqamli kanal orqali puls signalini bir qurilmadan boshqasiga o'tkazish ham mumkin. Bunday holda, jitterning ko'rinishi qurilmalarning ideal bo'lmagan kommutatsiyasi/sinxronizatsiyasi natijasidir va faqat raqamli signalni qayta tiklaydigan uskunadan foydalanish orqali bartaraf etilishi mumkin.
Nihoyat, granulyar shovqin deb ataladigan yana bir noxush raqamlashtirish effektini ko'rib chiqing. Granulyar shovqin(ingliz tilidan. "granular noise") kvant jarayonida yaxlitlash beqarorligining ta'siri deb ataladi. Agar signalning qiymati ikki qo'shni kvantatsiya darajalari orasidagi chegara bo'lgan ma'lum bir qiymatga nisbatan biroz o'zgarib tursa, bu chegara atrofidagi signalning kattaligidagi eng kichik tebranishlar amplitudaning qiymatlarini kvantlashda yaxlitlash natijalarida sezilarli o'zgarishlarga olib kelishi mumkin. Buning sababi shundaki, bu holda kvant beruvchi signalning o'lchanadigan qiymatini bir, keyin esa qo'shni kvantatsiya darajalarining ikkinchi qiymatiga aylantiradi. 0 dan 20 kHz gacha bo'lgan chastota diapazonida (eshitiladigan chastotalar diapazonida) asl analog signal haqida to'liq ma'lumot olish uchun analog signal kamida 40 kHz chastotasi bilan ajratilishi kerak. Shunday qilib, CD - DA standarti (barcha audio CD-lar uchun odatiy ma'lumotlarni yozish standarti) quyidagi kodlash parametrlarini belgilaydi: 44.1 kHz namuna olish tezligi va 16 bit kvantlash darajasi bilan ikki yoki bitta kanalli PCM yozish. Ushbu formatda bir soatlik musiqa taxminan 600 Mb (60 daqiqa * 60 soniya * 2 kanal * 44100 soniyada * 2 baytni hisoblash uchun = 605 Mb) hajmini oladi. Misol uchun, oddiy musiqa ixlosmandlarining musiqiy to'plami 5000 treklarini o'rtacha 3 daqiqa davom etishi mumkinligini hisobga olsak, asl raqamli shaklda saqlash uchun zarur bo'lgan xotira miqdori juda ta'sirli. Shuning uchun, juda yaxshi ovoz sifatini kafolatlaydigan nisbatan katta hajmdagi audio ma'lumotlarni saqlash ma'lumotlarni to'plash imkonini beruvchi turli xil "fokuslar" dan foydalanishni talab qiladi.
Umuman olganda, audio ma'lumotni kodlashning barcha mavjud usullari shartli ravishda faqat ikki turga bo'linishi mumkin.
1. Ma'lumotlarni yo'qotishsiz siqish (eng. "lossless coding") - bu siqilgan oqimdan manba ma'lumotlarini 100% tiklashga imkon beruvchi raqamli audio ma'lumotlarni kodlash (siqish) usuli ("manba ma'lumotlari" tushunchasi ostida bu raqamlashtirilgan audio ma'lumotlarning asl turini bildiradi). Ushbu ma'lumotni muhrlash usuli asl audio ma'lumotlarining sifatini mutlaq, yuz foiz saqlab qolish zarur bo'lgan hollarda qo'llaniladi. Bugungi kunda mavjud bo'lgan noaniq siqishni algoritmlari ma'lumotlar bilan band bo'lgan hajmni 20-50% ga kamaytirishga imkon beradi va ayni paytda siqilgan ma'lumotlardan asl raqamli materialning 100% tiklanishini ta'minlaydi. Bunday kodlayıcılarning ishlash mexanizmlari, masalan, ZIP yoki RAR kabi umumiy ma'lumotlar arxivchilarining ishlash mexanizmlariga o'xshaydi, lekin audio ma'lumotlarni siqish uchun maxsus moslangan. Audio materiallarning sifati xavfsizligi nuqtai nazaridan mukammal bo'lsa-da , jiddiy kodlash, lekin yuqori darajadagi siqishni ta'minlay olmaydi.