Вступ

Стан і перспективи розвитку інформаційних технологій у XXI століття характеризуються становленням і широким практичним використанням техніки цифрової обробки сигналів ­­­­­­− однієї з найдинамічніших і швидко розвинених технологій у світі телекомунікацій та інформатизації суспільства.

Технології цифрової обробки сигналів і їх зображень знаходять усе більш широке застосування в різних галузях, зокрема під час визначенні характеристик сигналів, ідентифікації сигналів, для побудови багаторівневих систем захисту. Основними вимогами для таких систем є універсальність, швидкість і ефективність виконання різних процедур обробки на основі використання стандартних недорогих технічних засобів, що входять у комплект традиційної комп'ютерної техніки: персональний комп`ютер, сканера, принтера, звукової плати, модему. Для реалізації таких систем потрібні підходи, що дозволяють обробляти реальні сигнали, а також здійснювати візуалізацію їх інформативних характеристик.

Комп'ютеризація різних видів інтелектуальної діяльності рано чи пізно, але обов'язково зумовить необхідність експлікації мов­леннєвої здатності користувача комп'ютера з подальшим створен­ням банків знань і машинних програм у галузі лінгвістики.

Індустрія звуку постійно розвивається, з'являються нові стандарти звукозапису, зникають старі. Це цілком закономірний процес. Наприклад, DVD, що користується в Україні величезною популярністю, в Європі вже практично не використовується. Йому на зміну прийшли абсолютно нові носії інформації Blue Ray і HD-DVD. Вони майже в 8 разів ємніші, ніж DVD, і під них вже сьогодні з'являються нові стандарти багатоканального звуку − Dolby TrueHD і DTS-HD, характеризуються 8-и повноцінними каналами. Тому незабаром і ми станемо свідками появи абсолютно нових звукових стандартів, які роблять світ на екрані ще більш схожим на світ поза ним. 

I. Поняття цифрового звука.

Цифровий звук − це спосіб представлення електричного сигналу за допомогою дискретних чисельних значень його амплітуди. Цифровий запис не має спотворень і дозволяє зберігати і тиражувати запис без суттєвої втрати якості Оцифровка сигналу включає в себе три процеси − процес дискретизації, процес квантування, двійковий запис квантового імпульсу. Процес дискретизації – це поділ звукового сигналу на окремі інтервали, у середині яких амплітуда звукової хвилі вважається постійною. Квантування − процес заміни реальних значень сигналу наближеними з певною точністю. Двійковий запис квантового імпульсу – це числа, отримувані під час квантування, вони є десятковими, тому під час третьої стадії оцифровування їм надається двійковий еквівалент. Таким чином, оцифровування − це фіксація амплітуди сигналу через певні проміжки часу і реєстрація отриманих значень амплітуди у вигляді округлених цифрових значень Записані значення амплітуди сигналу називаються відліками. Процес введення звукового сигналу у комп`ютер здійснюється за допомогою електронного пристрою, що міститься у звуковій карті і називається аналогово-цифровим перетворювачем (АЦП).

Основні параметри цифрового звуку:

1) частота дискретизації − визначається інтервалом часу, через яке відбувається вимір значення амплітуди аналогового сигналу;

2) бітрейт − розрядність квантування; кількість біт, яким описується одна секунда звукового сигналу;

3 ) число каналів − число джерел звуку, через які відтворюються звукові сигнали.

Під обробкою звуку слід розуміти різні перетворення звукової інформації з метою зміни якихось характеристик звучання. До обробки звуку відносяться способи створення різних звукових ефектів, фільтрація, а також методи очищення звуку від небажаних шумів, зміни тембру тощо. Усі ці перетворення зводяться, врешті-решт, до наступних основних типів: амплітудні, частотні, фазові і тимчасові перетворення.

Варто навести кілька практичних прикладів використання зазначених видів перетворень під час створенні реальних та загальних звукових ефектів:

- Echo (відлуння) − реалізація повторення звукового сигналу за допомогою тимчасових перетворень таким чином, щоб людське вухо сприймало отриманий сигнал як відлуння;

- Reverberation (повторення, відображення) − надання звучанню об'ємності, характерною для великої зали, де кожен звук породжує відповідний, повільно згасаючий відгомін;

- зміна темпу − уповільнення або прискорення швидкості відтворення звукового сигналу;

- зміна загального рівня гучності − збільшення або зменшення загального рівня гучності;

- ефект зростання гучності − плавне збільшення гучності від нульового рівня на початку фрагмента до максимального в кінці;

- ефект загасання гучності − плавне зменшення гучності від максимального рівня на початку фрагмента до нульового в кінці;

- фленжер  — затриманий сигнал додається до оригінального із змінною затримкою до 10 мілісекунд. Цей ефект досягається цифровою обробкою;

- фейзер  — сигнал роздвоюють, частина його фільтрується фазовим фільтром (електронний або будь-який інший фільтр, що пропускає всі частоти сигналу з рівним посиленням, проте змінює фазу сигналу) для створення фазового зсуву, після чого фільтрований та нефільтрований сигнали змішуються;

- фільтрація звуку — процес, що використовує різні види звукових фільтрів; 

- звуковисотний зсув  − підвищує або знижує висоту звукових сигналів. Цей ефект часто використовується для корекції співу поп-співаків, що співають фальшиво;

- компресія звуку  — зменшення амплітудного діапазону звуку з метою запобігання мимовільних коливань динаміки;

- 3D аудіо ефекти — поміщає звуки за межами стереобази.

Обробка сигналу − це складна і ресурсомістка процедура. Вона порівняно недавно почала проводитися в цифрових пристроях − раніше різні ефекти звучання та інші досягалися шляхом обробки звуку в аналогових приладах. В аналоговій апаратурі звук у вигляді електричних коливань проходить через різні тракти (блоки електричних елементів), чим досягається зміна фази, спектру і амплітуди сигналу. Однак такий спосіб обробки має масу недоліків. Можливість же використання цифрових пристроїв має незаперечні переваги. Якість обробки сигналів у них набагато менше залежить від якості апаратури. Крім того, для різних маніпуляцій зі звуком не вимагається постійна зміна устаткування. І, найголовніше, оскільки обробка ведеться програмним шляхом, для неї відкриваються просто неймовірні можливості, які обмежені лише потужністю комп'ютерів (а вона збільшується з кожним днем) і фантазією людини.