Реферат: Музыкальные возможности ПК

Чем выше индекс уровня тем выше сложность и производительность алгоритма кодирования, соответственно и увеличиваются требования к системным ресурсам.

Здесь под термином 'кодирование" понимается процесс, позволяющий получать файл в сжатом виде, который занимает меньше места на диске и соответственно быстрее передается по каналам связи. В сжатой форме файл использоваться не может, соответственно, перед использованием его необходимо декодировать. Сжатие файла происходит не всегда с положительным результатом. Результат напрямую зависит от метода компрессии и от содержимого самого файла.

Принцип кодирования сигнала в MPEG Audio основан на использовании психоакустической модели (Psycho-acoustics), суть которой в следующем.

Существует ряд звуковых частот, которые человеческое ухо не воспринимает. Происходит маскирование одних звуков другими, как с большей амплитудой, так и с близкой частотой. Так, например, если излучается сильный звук частотой 1000 Гц (маскирующий), то более слабый звук частотой 1100 Гц (маскируемый) человеческое ухо не зафиксирует из-за особенностей порога слышимости человеческого уха. Порог слышимости на краях частотного диапазона (16-20 Гц и 16-20 кГц) значительно повышается, т.к. на этих частотах слух имеет значительно меньшую чувствительность по сравнению с областью наибольшей чувствительности слуха (диапазон 1-5 кГц). Также известно, что время восстановления чувствительности слуха после громкого сигнала составляет порядка 100 мс, а время задержки восприятия этого же сигнала составляет порядка 5 мс.

Таким образом, происходит передача только той звуковой информации, которая может быть адекватно воспринята подавляющим большинством слушателей, а вся остальная, увы, безвозвратно теряется.

Как уже упоминалось, все уровни имеют одинаковую базовую структуру, при которой кодер анализирует исходный сигнал, вычисляет для него гребенку фильтров (32 полосы) и применяет психоакустическую модель. С заранее выбранной частотой квантования, величиной потока и маскирования кодер производит квантование и кодирование сигнала.

Сравнительные характеристики способов кодирования для одного канала при частоте квантования в 32 кГц представлены в таблице 2.

                                        Таблица 2.

Перед кодированием исходный сигнал разбивается на фреймы, каждый из которых кодируется отдельно с разными параметрами и помещается в конечном файле независимо от других. Последовательность воспроизведения определяется порядком расположения фреймов. Вся информация о фрейме содержится в его заголовке, а информация о фреймах содержится в заголовке файла. Для информации об артисте, альбоме, названии композиции, жанре и пр. предусмотрен ID3/ID2 tag - заголовок. Подавляющее большинство существующих проигрывателей используют данный заголовок для прокрутки этой информации во время проигрывания музыкального фрагмента.

Между фреймами может содержаться произвольная информация, допустим, авторские права, расположенные ровным слоем по всему файлу. Основное требование к последовательно расположенным фреймам заключается в том, чтобы отсутствовали совпадения с сигнатурой начала фрейма.

Частота следования фреймов называется битрейтом (BIT RATE - битовая скорость, чем она выше, тем ближе будет конечный результат к оригиналу).

Каждый битрейт имеет свою область применения. Для создания качественной копии, соответствующей качеству оригиналу применяются только высокие битрейты порядка 256 кбит/с. При битрейте 128 кбит/с качество конечного продукта кажется вполне нормальным, но заметить разницу между копией и оригиналом способны уже многие. В Интернете чаще всего содержатся как раз МРЗ файлы, закодированные битрейтом 128 кбит/с. Но для создания действительно качественной копии необходимо использовать скорость кодирования в 320 кбит/с, хотя конечный файл получается меньше лишь в 4,3 раза по сравнению с 10,8 раз на 128 кбит/с и 5,4 раза на 256 кбит/с. Поэтому выбирать битрейт необходимо самому, исходя из потребностей.

После фреймовой разметки исходный сигнал с помощью гребенчатых фильтров разделяется на составляющие, представляющие отдельные частотные диапазоны, в сумме дающие обрабатываемый сигнал. Для каждого такого диапазона определяется своя психоакустическая модель и участки фрейма, которые "выпадают" из процесса кодирования. Для оставшихся данных определяется максимально допустимая частота квантования, которая должна обеспечивать потери ниже величины маскирующего эффекта.

После обработки всех фреймов формируется итоговый поток, который дополнительно кодируется по методу Хаффмана. Этот алгоритм также используется в архиваторе ARJ, только с динамической, постоянно изменяющейся таблицей Хаффмана, что требует двух проходов по данным; при фиксированной же таблице Layer 3, сжатие происходит за один проход. Указанный метод позволяет "сжать" до 20 процентов от общего объема. В результате получаем конечный поток кодированных аудиоданных.

3.2.1. Модели кодирования сигнала

В рамках формата МРЗ для работы со стереозвуком существуют четыре основные модели кодирования сигнала:

1) Первая модель Dual Channel основана на том, что каждый канал получает половину потока и кодируется как моносигнал. Отсюда и ее название. Эта модель идеально подходит в случае, когда каналы содержат абсолютно разные сигналы;

2) В модели Stereo каждый из каналов кодируется отдельно, но кодеру "позволено" самому принять решение о передаче одному из каналов большего места, чем другому. Этим достигается кодирование "тишины" (либо уровень сигнала лежит ниже порога слышимости) в одном канале, когда в другом присутствует мощный сигнал;

3) Модель MS Stereo использует разложение стереосигнала на средний между каналами и разностный, который кодируется с меньшим битрейтом. Данный метод не рекомендуется использовать, если каналы не совпадают по фазе (наиболее часто встречается в записях, оцифрованных с аудиоленты);

4) Модель MS/IS Stereo позволяет несколько увеличить качество кодирования сигнала при использовании низких битрейтов. Суть метода заключается в использовании на некоторых частотных диапазонах отношения мощностей сигнала в разных каналах. Однако данный метод приводит к потере фазовой информации.

3.2.2. Продолжение Mp3 - Mp3Pro

14 июня 2001 года вышло продолжение MP3 – Mp3Pro. Создателем MP3Pro является частная компания Coding Technologies. Созданная в 1997 году, компания занимается разработкой и маркетингом кодеков на основе технологии SBR (Spectral Band Replication). За спиной у компании Coding Technologies стоят два очень солидных стратегических партнера - Fraunhofer Institute и Thomson Multimedia, а также достаточное количество инвесторов, среди которых такие люди, как профессор Heinz Gerhauser - глава института Fraunhofer. В связи с этим, следует также заметить, что Coding Technologies имеет доступ ко всем разработкам института Fraunhofer, а само название MP3Pro дала новому формату компания Thomson Multimedia, которая и занимается его продвижением совместно со своей дочерней компанией RCA.

Первый проигрыватель, поддерживающий новый формат, уже появился - это Thomson mp3PRO Audio Player 1.0.2 (Рис.). Помимо проигрывающей части этот плеер содержит ещё и демо-версию кодера, сжимающего wav-файлы в MP3Pro (правда только на 64 кбит/c).

Рис.12.

Достоинства и недостатки формата Mp3Pro:

1) Достоинства:

·           достойное качество звука на низких битрейтах;

·           достаточно низкие системные требования;

·           высокая степень сжатия.

2) Недостатки:

·           отсутствие поддержки высоких битрейтов;

·           синтез высоких частот из средних.

4. МУЗЫКАЛЬНОЕ ПРОГРАМНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

На наших глазах звуковые компьютерные технологии постепенно переходят из разряда хитроумных игрушек в класс профессионального инструментария, использующегося в серьезных аудиотрактах. Первая область, которую вычислительная техника завоевала много лет назад, это - контроль сложных комплексов самого различного применения. Специализированное программное обеспечение управляет трансформацией сценического пространства, световыми и звуковыми инсталляциями, аппаратурой усиления и передачи сигналов, радио- и телеэфирами, помогает архивировать ценнейшие материалы фонотек и видеотек. Однако, с наступлением эры цифрового звука программно реализованные алгоритмы вмешались в аудиозапись, обработку и микширование звука.

4.1. Классификация музыкального программного обеспечения

Постараемся классифицировать программы, задействованные в традиционной технологии создания современной музыки. Прежде всего это, конечно же, программы, участвующие в создании звуков. К ним в первую очередь стоит отнести продукты, позволяющие заменить небольшой малоудобный дисплей сэмплера или синтезатора большим компьютерным экраном. Такие программы обычно ничего не делают со звуком самостоятельно, предоставляя пользователю лишь достойный цветной графический интерфейс работы с тем или иным прибором. В качестве примера можно привести программное обеспечение Multi-Mode, прилагающееся к новому 128-голосному синтезатору Proteus 2000 фирмы EMU-ENSONIQ и позволяющее управлять громкостью, панорамой, выбором предустановок для всех 32 MIDI-каналов и моментально изменять конфигурацию инструмента при работе на сцене. Подобный сервис имеют инструменты компании Korg и многие другие звуковые модули. Также выпускаются универсальные редакторы звуков (например, Mark Of The Unicorn Unisyn Macintosh/PC), поддерживающие сотни MIDI-синтезаторов и позволяющие легко и наглядно создавать звуки, корректировать их и автоматически определять названия.

Следующий тип программ уже не просто управляет неким внешним модулем, но самостоятельно синтезирует звук или работает с волновыми таблицами. При этом подобные продукты могут иметь не только волновые, но и MIDI-функции. Здесь в качестве примера можно привести хорошо известный эмулятор аналогового звукового синтеза ReBirth, программный редактор звука WaveLab или программа обработки музыкальных фраз ReCycle! - все они не требуют дополнительного аппаратного обеспечения, используя в своей работе лишь стандартные ресурсы персонального компьютера. Появились и достойные внимания чисто программные сэмплеры, однако, пройдет еще некоторое время, прежде чем они смогут реально конкурировать со своими аппаратными собратьями.

Третий тип программ, безоговорочно применяемый в сегодняшней профессиональной студийной практике, - это MIDI-секвенсеры, не занимающиеся непосредственной звуковой обработкой и поэтому не требующие серьезных вычислительных ресурсов (хотя, при насыщении аранжировки плотными MIDI-событиями, стоит серьезно задуматься о грамотной аппаратной реализации MIDI-портов). Основным MIDI-секвенсером, неким индустриальным стандартом аранжировочной и студийной практики, на сегодня остается Cubase, а также Cakewalk.

Далее следует специфический класс интегрированных программ (например, современные версии Cubase), с тем или иным успехом сочетающих в себе свойства MIDI-секвенсера, многоканальной системы записи на жесткий диск, звуковой обработки и микширования. Существуют и подобные продукты, не имеющие возможностей MIDI-секвенсирования. Такие программы могут работать со стандартными ресурсами компьютера или ориентируются на конкретное "железо" (например, ProTools). Впрочем, во многих случаях и аппаратно-независимые программы для своего функционирования с тем или иным "железом" требуют специальных драйверов. Просто проектирование аппаратно-программных комплексов подразумевает одновременный выпуск программы и "железа", а создание аппаратно-независимых продуктов сопровождается их дальнейшим "обрастанием" драйверами или их ориентацией на стандартные драйверы персональных компьютеров.

Не маловажным разделом в классификации музыкального программного обеспечения являются музыкальные проигрыватели, предназначенные, в основном, для развлечения пользователя в минуты отдыха. Так как особых требований к производительности системы они не предъявляют, то в большинстве из них поддерживаются сменные внешние виды или так называемые Skins и встраевымые внешние дополнительные модули эффектов как визуальных, так и звуковых. Эти модули обычно называют Plugins. Ярким примером служат Winamp, STP Player, Jet Audio и другие.

Огромное место в классификации музыкального программного обеспечения занимают звуковые редакторы (например Sound Forge, Samplitude и другие), которые предназначены для обработки уже оцифрованного звука, либо для его записи. В них также имеется возможность открытия файлов наиболее распространённых звуковых форматов и переконвертирования в другие. 

Наверное, разговор о звуковых программах будет неполным, если мы не упомянем множество сервисных утилит, производящих конвертацию звука, его компрессию, архивацию и т.п. В этой области программы не имеют конкурентов ибо не работают в реальном времени и могут спокойно, солидно и не торопясь, пересчитать файл, разместить ссылку в базе данных и записать его на требуемый носитель.

4.2. CakeWalk Pro Audio 6.0 программа для создания MIDI – композиций

4.2.1. Описание и требования к системе.

Cakewalk Pro Audio 6.0 — это не просто MIDI-секвенсор и нотатор, но и, в определенном смысле, многоканальный цифровой магнитофон, а если говорить точнее - HDD-рекордер (устройство многоканальной звуковой записи на жесткий диск). Конечно, с точки зрения профессионалов, Cakewalk Pro Audio имеет существенные отличия от такого программно-аппаратного устройства: этот музыкальный редактор является не только «многоканальным рекордером», но и «многоканальным плейером». С его помощью вы можете одновременно воспроизводить последовательность MIDI-команд и несколько WAVE-файлов.

Качество воспроизведения MIDI-музыки зависит от MIDI-синтезатора (исключение составляют виртуальные синтезаторы). Обработка и микширование цифрового звука целиком опирается на ресурсы центрального процессора. Это значит, что процессор должен быть относительно мощным.

Кроме относительно больших вычислительных ресурсов, цифровому звуку требуются и относительно большие ресурсы памяти. Для нормальной работы с программой желательно иметь ОЗУ емкостью 32 Мбайт и современный быстрый винчестер (E-IDE) с объемом свободного пространства порядка нескольких сотен мегабайт. Желательно также при работе с аудиоматериалом чаще проводить дефрагментацию рабочего диска. Конечно, можно пользоваться и не таким мощным компьютером, но тогда при работе с программой вы будете чувствовать себя менее комфортно.

4.2.2. Подготовка программы к работе

Без этого этапа просто невозможно обойтись. Правда, при начальной установке программа должна сама производить все необходимые настройки. Но не все может получиться (как по Вашей вине, так и по вине программы), поэтому не исключено, что, загрузив файл с примером совместного использования MIDI и цифрового звука (например, Riff Funk Audio and MIDI Demo), вы не услышите либо MIDI, либо цифровой звук, либо и то, и другое.

Для начала заглянем в окно MIDI Ports, возможный вид которого показан на рис. 13. Вызов этого окна осуществляется с помощью пункта команды Settings > MIDI Devices. В списке Input Ports выбираются порты ввода MIDI-информации (в нашем примере выбран вход MIDI-интерфейса звуковой карты, к которому подключена MIDI-клавиатура). Out Ports — это список MIDI-устройств, на которые будет осуществляться вывод MIDI-информации (воспроизведение). Следует заметить, что одновременно можно выбрать несколько устройств, и все они станут доступными для ввода/вывода MIDI-информации. На рис.13. показано, что в числе устройств вывода выбраны синтезатор на основе микросхемы EMU8000 и FM-синтезатор на основе OPL3.

Рис.13.

Окно выбора MIDI-устройств ввода/вывода.

Кнопку Move Selected Devises to Top (передвинуть выбранные устройства в начало списка) производители программы задумали для того, чтобы выбранные в списке устройства следовали одно за другим.

Следующий шаг — настройка портов ввода/вывода цифрового звука. Выполнить эту настройку рекомендуется даже в том случае, если программа на первый взгляд работает нормально (цифровой звук воспроизводится), но при выполнении каких-либо действий (манипуляций с окнами, меню и т. п.) происходят сбои в воспроизведении звука (временные изменения темпа или вообще прекращение воспроизведения).

На всякий случай с помощью команды Settings > Audio Hardware откройте окно Audio Hardware (рис.14).

Рис.14.

Окно выбора устройства ввода/вывода цифрового звука

В этом окне находится список звуковых карт, поддерживаемых программой. Возможно, список покажется вам коротким, но это только на первый взгляд. Под устройством Windows Sound Cards следует понимать любую звуковую карту, драйверы которой установлены в системе Windows. Ваша звуковая карта, скорее всего, попадает в такую категорию. Остальные устройства в рассматриваемом списке — это HDD-рекордеры, профессиональные многоканальные звуковые карты, оборудованные мощными эффект-процессорами для обработки звука и наложения эффектов в режиме реального времени. Конечно, обычная звуковая карта не способна на такие чудеса.

У вас не будет возможности обработки звука в режиме реального времени, однако звук можно записать и обработать заранее, например, с помощью того же Cool Edit, и импортировать уже его в Cakewalk. Единственное неудобство, возникающее при таком подходе, это невозможность отмены операций по обработке звука во время сведения музыкальной композиции (ведь мы обрабатывали звук в одной программе, а используем его в другой).

Суть технологии сведения проста: запись и начальная обработка звука выполняется во внешнем звуковом редакторе (если это необходимо, то используются то возможности этого редактора, аналог которых отсутствует в Cakewalk), а окончательная обработка (в том числе и наложение эффектов) производится средствами Cakewalk. Обработка звука в Cakewalk Pro Audio 6.0 реализована по тому же принципу, что и в любом редакторе звуков: звук «рассчитывается» заранее, а уже потом, когда вы нажимаете кнопку Play, он воспроизводится. Но Cakewalk существенно отличается от обычного редактора звуков таким свойством, как многоканальность. По сути дела, одновременно могут воспроизводиться сразу несколько звуковых файлов. Для этого не требуется никакой особенной звуковой карты, звук микшируется «математическим» способом: процессор просто берет и суммирует значения звуковых отсчетов, соответствующих одному и тому же моменту времени, всех звучащих одновременно WAVE-файлов. А результат сложения воспроизводится через ЦАП.

Воспользовавшись командой Settings > Audio Options вызовите окно диалога Windows Multimedia Configuration, изображенное на рис.15.

Рис.15.

Окно конфигурирования цифрового канала ввода/вывода.

В списке Audio Sampling Rate задается частота сэмплирования для всех звуковых сообщений, которые будут записаны в процессе создания музыкальной композиции. Этот параметр доступен для изменения до тех пор, пока сэмпл не содержит ни одного звукового сообщения. Конечно же, выберем частоту сэмплирования 44,1 кГц.

Mono Record/Playback — опция, интересующая только обладателей звуковой карты Roland RAP-10. Она позволяет использовать режим Full-Duplex, жертвуя при этом стереофонией.

Playback Timing Master и Record Timing Master — списки, содержащие перечни источников синхронизации при записи и воспроизведении, в качестве которых обычно выступают драйверы соответствующих устройств (в нашем примере — это драйверы цифрового канала звуковой карты).

Enable Low-Latency Mixing — микширование с маленькой задержкой. Как мы уже говорили, микширование цифрового звука осуществляется математическим путем. С помощью микшера (окно Panel) вы можете изменять в режиме реального времени (и записывать эти изменения) такие параметры микширования цифрового звука, как панорама и громкость, Это требует довольно больших вычислительных ресурсов процессора. При этом возникает задержка реакции на изменение положения регуляторов микшера. Эта задержка имеет ту же самую природу, что и задержка генерации звука виртуальным синтезатором после нажатия на MIDI-клавишу. Но ее можно уменьшить, заплатив за это еще большими вычислительными затратами. При микшировании MIDI-информации, разумеется, никакой задержки нет, так как процессору нет необходимости заниматься объемными вычислениями.

Wave Profiler — определение производителя карты и настройка канала DMA.

4.2.3. Запись и экспорт звуковых сообщений

Сам процесс записи звука в Cakewalk ничем не отличается от процесса записи последовательности MIDI-команд с MIDI-клавиатуры. Единственным затруднением для непосвященного человека является необходимость изменения источника записываемой информации. Ведь по умолчанию в качестве источника установлен интерфейс MIDI.

Для начала загляните в окно диалога Recording Mode (режим записи), изображенное на рис.16. Это окно вызывается командой Real Time > Record Mode или путем нажатия кнопки Record Mode, расположенной в главном окне программы.

Рис.16.

Окно выбора режима записи.

В окне Recording Mode вы можете установить один их трех режимов записи:

> Sound on Sound (Blend) устанавливает режим, при котором записываемый музыкальный материал не будет удалять старый, а новая информация сохранится вместе с той, что была записана ранее.

> При выборе Overwrite (Replace) новая информация будет записываться поверх старой. Это означает, что записанный ранее материал будет стерт.

> Auto Punch (Replace) — очень полезный режим, аналогичный Overwrite (Replace) за исключением того, что запись будет происходить только на определенном интервале времени, начало и конец которого задаются в полях Punch In Time: и Punch Out Time:. Таким способом можно застраховаться от случайной потери информации. Выберите необходимый режим записи и закройте это окно.

Страницы: 1, 2, 3, 4