[Alekseev_A.P.]_Informatika_2015(z-lib.org)

__________________________________________________________________________________

В векторной графике при изменении масштаба изображения пропорции точно выдерживаются благодаря запоминанию математической модели объекта, а не карты (матрицы) расположения разноцветных пикселей.

Векторными графическими редакторами являются: Corel Draw, Adobe Illustrator, Xara, Adobe Fireworks и др.

Основными элементами векторной графики (ВГ) являются линия и математическая формула, которая описывает эту линию.

При использовании растровой графики линия создается из множества последовательно расположенных точек, и чем длиннее линия, тем больший объем памяти она требует для своего хранения.

При использовании векторной графики запоминается формула, поэтому независимо от протяженности (длины, размера) все линии одинаковой формы занимают одинаковое место в памяти ЭВМ. С помощью дополнительных параметров задаются цвет, толщина линии и ее вид (сплош-

ная, пунктирная, штрих - пунктирная и т. д.).

Для формирования векторных изображений широкое распространение получили кривые Безье — разновидность сплайнов третьего порядка.

Отрезок прямой линии описывается параметрическим уравнением:

При изменении параметра t от 0 до 1 формируется изображение отрезка прямой линии, который соединяет точку P0 с точкой P1. Точки – это якоря, через которые проходят линии. Пользователь указывает положение этих точек, а графический редактор формирует изображе-

ние отрезка.

Квадратичная парабола формируется с помощью трех опорных точек P0, P1 и P2 в соответствии с выражением:

Парабола начинается в точке P0 и заканчивается в точке P2 . Точка P1 определяет форму кривой (вытянутая, сплюснутая, степень наклона). С помощью сплайна второй степени можно описать кривую линию с одним экстремумом.

182 Графические редакторы

__________________________________________________________________________________

Рассмотрим растровый графический редактор MS Paint, который входит в состав стандартных программ операционных систем MS Windows. Графический редактор MSPaint позволяет получить первое представление о возможностях растровой графики. Графический редактор MS Paint является однооконным приложением, и его применяют для работы с точечными рисунками формата JPG, GIF, TIFF

или BMP.

MS Paint позволяет легко проводить прямые и кривые линии разной толщины, формировать изображения стандартных фигур: прямоугольников, квадратов, скругленных прямоугольников, эллипсов, звёзд, стрелок, нестандартных многоугольников. Несложно залить контуры замкнутых фигур каким-то цветом. Кисти различной формы позволяют создать нестандартные изображения. К рисунку можно добавить поясняющую надпись.

Все инструментальные средства MS Paint по функциональному назначению можно разделить на следующие группы: средства для вычерчивания графических примитивов (прямоугольников, эллипсов, окружностей, прямых и гладких кривых линий); свободного рисования (кисть, карандаш); стирания изображения (ластик); выделения замкнутых областей; масштабирования изображения; трансформации изображений (отразить, повернуть, растянуть, наклонить); ввода текста; копирования необходимого цвета (пипетка); заливки замкнутой области одним цветом; изменения цвета используемой краски.

Графический редактор GIMP позволяет работать с растровой, векторной и фрактальной графикой. Возможности графического редактора GIMP значительно превосходят возможности редактора MS Paint. Например, GIMP позволяет работать со слоями, каналами, масками. В его арсенале значительно большее число инструментов, например, фильтры, штамп, «волшебная палочка», лассо, кривые Безье. GIMP позволяет редактировать фотографии, формировать фракталы.

Каналы – это компоненты точек изображения (красный цвет, зеленый, синий и прозрачность

– альфа канал). Каналы позволяют работать с ка-

__________________________________________________________________________________

ждым цветом по-отдельности. Это помогает, например, устранить эффект «красных глаз», делать цветовую коррекцию фотографий.

Слои – это составляющие изображения, которые можно представить себе, как стопку прозрачных стёкол (плёнок), каждое из которых содержит фрагмент полной картины. Прозрачность каждого слоя регулируется с помощью альфа-канала (степень прозрачности меняется от полной прозрачности до непроницаемости).

Кисть – миниатюрное изображение, используемое для рисования. Фильтры – программные средства, позволяющие имитировать худо-

жественный стиль картины (например, карандашный рисунок, акварель, гуашь, масло, барельеф), изменять изображение в соответствии с художественным замыслом пользователя (удаление ненужных деталей изображения или многократное повторение выразительных деталей).

Редактор GIMP позволяет формировать фрактальное изображение.

На рисунке показаны примеры фрактальных картин, созданных с помощью графического редактора GIMP.

184 Звуковые редакторы

__________________________________________________________________________________

6.3. Звуковые редакторы

Сантехник открыл крышку канализационного люка и громко крикнул:

— Тройной интеграаааал!!!.

Удивлённое эхо в ответ не произнесло ни звука...

Анекдот

Звуковые редакторы предназначены для вырезания, копирования, вставки и удаления аудио фрагментов, соединения нескольких звуковых дорожек в одну, плавного увеличения или снижения уровня громкости, записи музыкальных произведений, речи, природных звуков, удаления шумов, пауз, щелчков, усиления, ослабления или нормализации звука, озвучивания компьютерных игр, фильмов, телевизионных и радио передач, реставрации старых фонограмм, анализа звуковых волн, создания разнообразных звуковых эффектов (например, эха), конвертирования форматов звуковых файлов, изменения темпа воспроизведения, вариации стереобазы, фильтрации, регулировки амплитудно-частотной характеристики с помощью эквалайзера, объединения нескольких звуковых дорожек (многоканальный режим), выполнения нотной записи произведения, формирования фоновых звуков и т.д.

При редактировании звуки заменяются визуальными образами, над которыми производятся операции преобразования. Графическое представление звука позволяет даже рисовать звуки с помощью специального карандаша. Графическое изображение звукового процесса называется сигналограммой (иногда осциллограммой), звуковой дорожкой или треком.

Перед рассмотрением возможностей звуковых редакторов напомним некоторые важные понятия, которые используются в физики, музыке и акустике.

Звук — волнообразные колебания газа или жидкости, воспринимаемые слуховыми органами людей или животных. Звук характеризуется интенсивностью и спектром звуковых частот.

Интенсивность звука — физическая величина, характеризующая средний поток энергии через единицу площади волнового фронта в единицу времени.

Звуковой спектр — графическое представление зависимости энергии звуковых колебаний от частоты. Звуковой спектр — это амплитудночастотная характеристика волнового процесса.

Громкость звука — величина, определяющая субъективное слуховое ощущение людей. Ощущение громкости звука зависит от интенсивности звука, частоты звуковых колебаний (звукового спектра) и возраста человека. Люди слышат звуки в диапазоне частот примерно от 16 Гц до 20 кГц. При-

__________________________________________________________________________________

чём с увеличением возраста частотный диапазон сужается. Наибольшая чувствительность людей к звуковым колебаниям наблюдается в диапазоне частот от 1 до 4 кГц.

Гармонические колебания — колебания, при которых звуковая волна изменяется с течением времени по синусоидальному или косинусоидальному закону.

Амплитуда гармонического колебания – это наибольшее отклонение сигнала от положения равновесия.

Период колебаний — наименьший промежуток времени, через который система, совершающая колебания, снова возвращается в состояние, в котором она находилась в начальный момент времени. Измеряется период в секундах.

Частота колебаний — величина обратная периоду колебаний. Измеряется частота в герцах.

На практике гармонические колебания встречаются редко (их можно создать лишь искусственно с помощью электромузыкальных инструментов, звуковых редакторов MIDI или генераторов синусоидальных колебаний). Однако, любые негармонические и даже непериодические сигналы можно разложить на множество частотных составляющих (математики говорят: разложить в ряд Фурье). Есть возможность технически решить и обратную задачу: сформировать сигнал заданной формы путём суммирования множества гармонических колебаний разной частоты.

Шум — совокупность большого числа колебаний с близкими амплитудами, но различными частотами.

Тембр характеризуется распределением энергии по гармоникам и характером изменения этого распределения во времени. Очевидно, что тембр определяется спектром звука.

Число звуковых редакторов велико: от простейших программ, позволяющих вести лишь запись и воспроизведение, до профессиональных продуктов, способных производить сложнейшие преобразования звукового сигнала (например, удаление вокала и создание минусовки).

Перечислим некоторые их них: Sound Forge, Sony Vegas Pro, Audacity, Adobe Audition, GoldWave, Cakewalk Sonar.

Редакторы позволяют работать со звуковыми файлами популярных форматов: WAV, MP3, OGG, AU, AIFF, WMA, WMV, MPG, MPEG, IRCAM, MIDI, MOD и др.

186 Звуковые редакторы

__________________________________________________________________________________

На рисунке показан пользовательский интерфейс звукового редактора

Audacity.

Вверху располагается Главное меню (Файл, Правка, Вид, Управление, Дорожки, Создание, Эффекты, Анализ, Справка). Ниже слева находится Панель транспорта (шесть круглых кнопок для включения записи, воспроизведения, паузы, перемотки, остановки). Панель инструментов позволяет выделить нужный фрагмент аудио клипа, изменить огибающую, нарисовать сигнал, произвести масштабирование. С помощью Панели индикаторов можно оценить значения уровней записи и воспроизведения. Панель редактирования используется для выполнения стандартных операций копирования, вырезания, вставки, обрезки, заполнения тишиной, отмены, восстановления, синхронизации звуковых дорожек, изменения масштаба. Панель микшера позволяет выставить уровни записи и воспроизведения. Панель выделения служит для индикации времени начала и конца выделения. Панель транскрипции предназначена для изменения скорости воспроизведения. Панель устройств используется для выбора устройств записи и воспроизведения.

Рассмотрим несколько операций по преобразованию звукового сигнала с помощью редактора Audacity.

Звуковые редакторы позволяют подавлять шумы, созданные при записи фонограмм. На рисунке показана сигналограмма звукового процесса (волновая форма). По горизонтали откладываются временные метки (в секундах), по вертикали – нормированный уровень громкости.

На верхнем рисунке в паузах между звуками виден шум (например, от вентилятора ЭВМ, транспорта на улице и т.п.). На нижнем рисунке виден результат очистки звуковой волны от шума.

__________________________________________________________________________________

Для удаления шума нужно предварительно создать образ шума. Для этого на сигналограмме выделяется фрагмент с записью шума. Затем в пункте «Эффекты» выбирается опция «Удаление шума». На первом этапе создаётся модель шума, а на втором этапе производится его удаление.

Рассмотрим ещё один пример (создание эффекта реверберации).

Реверберация — это процесс постепенного уменьшения интенсивности звука при его многократных отражениях в замкнутом пространстве (большое количество эхо, медленно затухающих изза поглощения звуковых волн стенами, предметами и воздухом).

Программа позволяет выбрать несколько моделей для формирования различных видов послезвучания, например, имитация акустики большого помещения, храма, кафедрального собора.

188 Звуковые редакторы

__________________________________________________________________________________

При необходимости пользователи могут самостоятельно смоделировать акустические свойства некоторого помещения путём настройки соответствующих параметров.

Следующий пример показывает возможности спектрального анализа звука с помощью Audacity.

На рисунке показана визуализация звуковой волны, которая создаётся при звучании первой струны семиструнной гитары. Как видно из сигналограммы, через 4…5 секунд колебания струны практически затухают.

Детальное рассмотрение звуковой волны показывает, что форма колебаний существенно отличается от синусоидальной формы. Этот факт, а также затухающий характер звука говорят о том, что в спектре данных колебаний будет присутствовать

__________________________________________________________________________________

большое число частотных составляющих.

Спектральный (ампли- тудно-частотный) анализ показал, что, действительно в спектре данной волны присутствует множество частотных

составляющих разной интенсивности (непрерывный спектр).

Чтобы получить изображение спектра в Audacity нужно последовательно пройти пункты «Анализ» и «Построить график спектра».

На графике спектра по горизонтальной оси отложены частоты, а по вертикальной оси – их уровни интенсивности, выраженные в относительных логарифмических единицах (децибелах).

Относительный логарифмический уровень интенсивности вычисляется по формуле:

где I — интенсивность данного звука, I0 — интенсивность, соответствующая порогу слышимости.

Из рисунка видно, что наибольшее значение по уровню имеют составляющие с частотами около 294 Гц (метка 2). Именно на эту частоту была настроена первая струна гитары (нота ре первой октавы). На первый взгляд кажется удивительным, что большие значения имеют составляющие с часто-