ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 05.12.2019
Просмотров: 12406
Скачиваний: 24
46
Черный
00000000 00000000 00000000
6.2.3. Векторное и фрактальное изображения.
Векторное изображение
- это графический объект, состоящий из
элементарных отрезков и дуг. Базовым элементом изображения является
линия. Как и любой объект, она обладает свойствами: формой (прямая,
кривая), толщиной., цветом, начертанием (пунктирная, сплошная).
Замкнутые линии имеют свойство заполнения (или другими объектами, или
выбранным цветом). Все прочие объекты векторной графики составляются из
линий. Так как линия описывается математически как единый объект, то и
объем данных для отображения объекта средствами векторной графики
значительно меньше, чем в растровой графике. Информация о векторном
изображении кодируется как обычная буквенно-цифровая и обрабатывается
специальными программами.
К программным средствам создания и обработки векторной графики
относятся следующие ГР: CorelDraw, Adobe Illustrator, а также векторизаторы
(трассировщики) - специализированные пакеты преобразования растровых
изображений в векторные.
Фрактальная графика
основывается на математических вычислениях, как
и векторная. Но в отличии от векторной ее базовым элементом является сама
математическая формула. Это приводит к тому, что в памяти компьютера не
хранится никаких объектов и изображение строится только по уравнениям.
При помощи этого способа можно строить простейшие регулярные
структуры, а также сложные иллюстрации, которые иммитируют ландшафты.
6. 3. Кодирование звуковой информации
Звук представляет собой распространяющуюся в воздухе, воде или другой
среде волну с непрерывно меняющейся
интенсивностью
и
частотой
.
Человек воспринимает звуковые волны (колебания воздуха) с помощью
слуха в форме звука различных
громкости
и
тона
. Чем больше
интенсивность звуковой волны, тем громче звук, чем больше частота волны,
тем выше тон звука (рис. 1.1).
47
Рис. 1.1. Зависимость громкости и высоты тона звука от интенсивности и частоты
звуковой волны
На слух человек воспринимает упругие волны, имеющие частоту где-то в
пределах от 16 Гц до 20 кГц (1 Гц - 1 колебание в секунду). В соответствии с
этим упругие волны в любой среде, частоты которых лежат в указанных
пределах, называют звуковыми волнами или просто звуком. В учении о звуке
важны такие понятия как
тон
и
тембр
звука. Всякий реальный звук, будь то
игра музыкальных инструментов или голос человека, - это своеобразная
смесь многих гармонических колебаний с определенным набором частот.
Колебание, которое имеет наиболее низкую частоту, называют
основным
тоном
,
другие -
обертонами
.
Тембр
- разное количество обертонов, присущих тому или иному звуку,
которое придает ему особую окраску. Отличие одного тембра от другого
обусловлено не только числом, но и интенсивностью обертонов,
сопровождающих звучание основного тона. Именно по тембру мы легко
можем отличить звуки рояля и скрипки, гитары и флейты, узнать голос
знакомого человека.
Музыкальный звук можно характеризовать тремя качествами:
тембром, т. е. окраской звука, которая зависит от формы колебаний,
высотой, определяющейся числом колебаний в секунду (частотой), и
громкостью, зависящей от интенсивности колебаний.
Для
измерения
громкости
звука
применяется
специальная
единица
"децибел"
(дбл) (табл. 5.1). Уменьшение или увеличение громкости
звука на 10 дбл соответствует уменьшению или увеличению интенсивности
звука в 10 раз.
48
Таблица 5.1. Громкость звука
Звук
Громкость в децибелах
Нижний предел чувствительности человеческого уха
0
Шорох листьев
10
Разговор
60
Гудок автомобиля
90
Реактивный двигатель
120
Болевой порог
140
Для того чтобы компьютер мог обрабатывать звук, непрерывный звуковой
сигнал должен быть преобразован в цифровую дискретную форму с
помощью временной дискретизации. Непрерывная звуковая волна
разбивается на отдельные маленькие временные участки, для каждого такого
участка устанавливается определенная величина интенсивности звука.
Таким образом, непрерывная зависимость громкости звука от времени A(t)
заменяется на дискретную последовательность уровней громкости. На
графике это выглядит как замена гладкой кривой на последовательность
"ступенек" (рис. 1.2).
Рис. 1.2. Временная дискретизация звука
А как же происходит кодирование звука? С самого детства мы сталкиваемся
с записями музыки на разных носителях: грампластинках, кассетах, компакт-
дисках и т.д. В настоящее время существует два основных способах записи
звука:
аналоговый и цифровой.
Но для того чтобы записать звук на какой-
нибудь носитель его нужно преобразовать в электрический сигнал.
Это делается с помощью микрофона. Самые простые микрофоны имеют
мембрану, которая колеблется под воздействием звуковых волн. К мембране
присоединена катушка, перемещающаяся синхронно с мембраной в
магнитном поле. В катушке возникает переменный электрический ток.
Изменения напряжения тока точно отражают звуковые волны.
49
Переменный электрический ток, который появляется на выходе микрофона,
называется
аналоговым
сигналом.
Применительно к электрическому сигналу «аналоговый» обозначает, что
этот сигнал непрерывен по времени и амплитуде. Он точно отражает форму
звуковой волны, которая распространяется в воздухе.
Звуковую информацию можно представить в дискретной или аналоговой
форме. Их отличие в том, что при дискретном представлении информации
физическая величина изменяется скачкообразно («лесенкой»), принимая
конечное множество значений. Если же информацию представить в
аналоговой форме, то физическая величина может принимать бесконечное
количество значений, непрерывно изменяющихся.
Виниловая пластинка является примером аналогового хранения звуковой
информации, так как звуковая дорожка свою форму изменяет непрерывно.
Но у аналоговых записей на магнитную ленту есть большой недостаток -
старение носителя. За год фонограмма, которая имела нормальный уровень
высоких частот, может их потерять. Виниловые пластинки при
проигрывании их несколько раз теряют качество. Поэтому преимущество
отдают цифровой записи.
В начале 80-х годов появились компакт-диски. Они являются примером
дискретного хранения звуковой информации, так как звуковая дорожка
компакт - диска содержит участки с различной отражающей способностью.
Теоретически эти цифровые диски могут служить вечно, если их не царапать,
т.е. их преимуществами являются долговечность и неподверженность
механическому старению. Другое преимущество заключается в том, что при
цифровой перезаписи нет потери качества звука.
На
мультимедийных звуковых картах можно найти аналоговые
микрофонный предусилитель и микшер.
Цифро-аналоговое и аналого-цифровое преобразование звуковой
информации.
Кратко рассмотрим процессы преобразования звука из аналоговой формы в
цифровую и наоборот. Примерное представление о том, что происходит в
звуковой карте, может помочь избежать некоторых ошибок при работе со
звуком
Звуковые волны при помощи микрофона превращаются в аналоговый
переменный электрический сигнал. Он проходит через звуковой тракт (см.
приложения рисунок 1.11, схема 1) и попадает в аналого-цифровой
преобразователь (АЦП) - устройство, которое переводит сигнал в цифровую
форму.
В упрощенном виде принцип работы АЦП заключается в следующем: он
измеряет через определенные промежутки времени амплитуду сигнала и
50
передает дальше, уже по цифровому тракту, последовательность чисел,
несущих информацию об изменениях амплитуды (.см. приложения рисунок
1.11, схема 2).
Во время аналого-цифрового преобразования никакого физического
преобразования не происходит. С электрического сигнала как бы снимается
отпечаток или образец, являющийся цифровой моделью колебаний
напряжения в аудиотракте. Если это изобразить в виде схемы, то эта модель
представлена в виде последовательности столбиков, каждый из которых
соответствует определенному числовому значению. Цифровой сигнал по
своей природе дискретен - то есть прерывист, поэтому цифровая модель не
совсем точно соответствует форме аналогового сигнала.
Семпл
- это промежуток времени между двумя измерениями амплитуды
аналогового сигнала .
Дословно Sample переводится с английского как «образец». В
мультимедийной и профессиональной звуковой терминологии это слово
имеет несколько значений. Кроме промежутка времени семплом называют
также любую последовательность цифровых данных, которые получили
путем аналого-цифрового преобразования. Сам процесс преобразования
называют
семплированием.
В русском техническом языке называют его
дискретизацией.
Вывод цифрового звука происходит при помощи цифро-аналогового
преобразователя (ЦАП), который на основании поступающих цифровых
данных в соответствующие моменты времени генерирует электрический
сигнал необходимой амплитуды (см. приложения рисунок 1.11, схема 3).
Параметры
семплирования
Важными параметрами
семплирования
являются частота и разрядность.
Частота
- количество измерений амплитуды аналогового сигнала в
секунду.
Если частота семплирования не будет более чем в два раза превышать
частоту верхней границы звукового диапазона, то на высоких частотах будут
происходить потери. Это объясняет то, что стандартная частота для
звукового компакт-диска - это частота 44.1 кГц. Так как диапазон колебаний
звуковых волн находится в пределах от 20 Гц до 20 кГц, то количество
измерений сигнала в секунду должно быть больше, чем количество
колебаний за тот же промежуток времени. Если же частота дискретизации
значительно ниже частоты звуковой волны, то амплитуда сигнала успевает
несколько раз измениться за время между измерениями, а это приводит к
тому, что цифровой отпечаток несет хаотичный набор данных. При цифро-