МИНИСТЕРСТВО ЦИФРОВОГО РАЗВИТИЯ СВЯЗИ И МАССОВЫХ
КОММУНИКАЦИЙ
Ордена Трудового Красного Знамени федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Московский технический университет связи и информатики»
ФАКУЛЬТЕТ
«Радио и телевидение»
КАФЕДРА
«Телевидения и звукового вещания имени с.И. Катаева»
ОТЧЁТ ПО ПРАКТИЧЕСКОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ
на тему: «Моделирование изменения аудиозаписи при применении современных методов сжатия и передачи через радиоканал»
Выполнил |
|
|
Студент группы БИК2205
|
_______________________ |
|
Проверил |
|
|
Ассистент кафедры ТиЗВ
|
_______________________
|
Кудряшов В.В. |
Содержание
1 СОДЕРЖАНИЕ 1
2 ТЕОРИТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ ИССЛЕДОВАНИЯ 2
2.1 ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ, ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ 2
2.2 ОБЗОР СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ИЗУЧАЕМОЙ ОБЛАСТИ 2
2.3 ОБЗОР ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ИССЛЕДОВАНИЯ 5
2.4 СРАВНЕНИЕ МЕТОДОВ В ПРЕДСТАВЛЕННЫХ ПУБЛИКАЦИЯХ 6
2.5 РЕЗУЛЬТАТ СРАВНЕНИЯ МЕТОДОВ 7
3 ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ ИССЛЕДОВАНИЯ 8
3.1 ПРЕДСТАВЛЕНИЕ МОДЕЛИ В ВИДЕ СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ 8
3.2 ПРЕДСТАВЛЕНИЕ МЕТОДА В ВИДЕ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ 9
3.3 ПОДБОР ВХОДНЫХ И ВЫХОДНЫХ ДАННЫХ ДЛЯ МОДЕЛИ 13
3.4 ВИЗУАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ МОДЕЛИ 13
3.5 ВЫВОДЫ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ИССЛЕДОВАНИЯ 16
4 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 17
5 ПРИЛОЖЕНИЕ 18
5.1 ИСХОДНЫЙ КОД ПРОГРАММЫ 18
Теоритическая часть исследования
Цель и задачи работы, объект исследования
Цель
Целью этой работы является сравнительный анализ распространённых кодеков передачи аудио с по радиоканалу, конкретно с помощью технологии Bluetooth.
Задачи
Изучить распространённые методы передачи аудио (без передачи человеческой речи) с использованием технологии Bluetooth;
Изучить и кратко изложить принципы работы изученных методов;
Провести сравнительный анализ изученных методов по основным параметрам;
Смоделировать один из изученных методов передачи аудио от источника к приёмнику.
Объект исследования
Объектом исследования являются кодеки передачи аудио по радиоканалу, в частности с помощью технологии Bluetooth.
Обзор современного состояния изучаемой области
С развитием технологий человечество всё больше отходит от «проводных технологий» к беспроводным. В большее значение приобретают технологии передачи различных данных «по воздуху». В частности, технологии передачи аудио: речи, музыки и т.д.
Передача аудиоконтента по беспроводным каналам связи имеет отдельное значение при развитии беспроводных технологий, так как звук является неотъемлемой частью человеческого восприятия. Передача человеческой речи и аудиоконтента: два основных направления передачи аудиоинформации по беспроводным каналам.
Отдельно выделяется передача аудиоконтента с устройства воспроизведения (телефон, плеер, компьютер и т.д) на устройство воспроизведения (наушники, колонки). Для этого, в основном, используется радиоканал напрямую или технология Bluetooth. Причём передача аудиоинформации по последнему, с появлением и развитием беспроводных комбинированных и TWS (True Wireless Stereo) наушников [6], занимает отдельное важное место в развитии технологий передачи аудио по радиоканалу.
Пропускные возможности канала Bluetooth при передачи информации ограничены, и несмотря на то, что пропускной способности канала, в теории, хватает на передачу аудио без каких-либо проблем, по факту задача передачи аудиоинформации не так тривиальна из-за технических особенностей работы технологии Bluetooth [1]. Сама технология подразумевает стандартизированные методы кодирования, передачи и декодирования аудио в целом и музыки в частности, однако и сторонние компании, напрямую не относящиеся к развитию самой технологии, предлагают свои решения [1][3].
В настоящее время существуют различные стандартизированные кодеки передачи аудио, но основными являются: SBC, AAC, aptX, LDAC.
SBC (SubBand low-complexity Codec) – это самый «базовый» и гибкий кодек, который присутствуют на всех устройствах, сертифицированных Bluetooth. Он достаточно прост по своей сути и позволяет передавать аудио с широким диапазоном битрейта (от 10 до 1500 кбит/с), хотя обычно используется диапазон 128-320 кбит/с. Одна из основных проблем для рядового пользователя – битрейт кодека не стандартизирован, что делает конечное качество воспроизводимого аудио непредсказуемым [1][2].
AAC (Advanced Audio Coding) – кодек, разработанный как приемник формата MP3, который также используется для потоковой передачи аудио. Является сложным для вычисления кодеком с комплексной психоакустической моделью. Основным плюсом является то, что он позволяет передавать лучшее по качеству аудио при меньшем битрейте. Одними из минусов является то, что это лицензируемый кодек, а лучший вариант кодека предоставляет компания Apple, что сужает диапазон используемых устройств, а также нивелирует некоторые его полюсы (например, предсказуемость качества звучания) [1].
aptX (audio processing technology X) – простой в вычислениях кодек, не использующий психоакустические модели для сжатия информации. В основе его работы лежит адаптивная дифференциальная импульсно-кодовая модуляция. Сам кодек был разработан до появления технологии Bluetooth, однако на данный момент принадлежит компании Qualcomm и также используется для потоковой передачи аудио по радиоканалу. Является «жёстко» стандартизированным лицензированным кодеком, однако поддержка кодека почти всей продукцией компании владельца делает его более распространённым, чем AAC. Основными плюсами являются предсказуемость качества звучания передаваемой аудиоинформации и её сравнительно хорошее качество при простоте кодирования [1][3][6].
LDAC – это проприетарный «Hi-Res» кодек, разработанный компанией Sony. Специфика кодека, ввиду проприетарности, досконально не известна, однако известно, что в основе лежат модифицированное дискретное косинус-преобразование и сжатие с применением алгоритма Хаффмана. Основными плюсами кодека являются высокие «цифровые» характеристики: высокая частота дискретизации (до 96 кГц), 24‑х битная разрядность (все вышеописанные кодеки 16‑ти разрядные) и битрейт до 990 кбит/с. Основные минусы это – сравнительно малая распространённость и сравнительно малая стабильность соединения при максимальном битрейте [1].