МИНИСТЕРСТВО ЦИФРОВОГО РАЗВИТИЯ, СВЯЗИ И МАССОВЫХ КОММУНИКАЦИЙ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Ордена Трудового Красного Знамени
Федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего образования
Московский Технический Университет Связи Информатики
Факультет
Радио и Телевидение (РиТ)
Кафедра
«Телевидение и звуковое вещание (ТиЗВ)»
ОТЧЁТ
по лабораторной работе №2
по дисциплине «Формирование и первичная обработка звуковых и видео сигналов»
на тему «Искажения звукового сигнала при аналого-цифровом преобразовании»
Выполнили: |
|
|
Студент группы БРВ2201 |
|
Велит А.И. |
Студент группы БРВ2201 |
|
Мусаев Д.Ш. |
Студент группы БРВ2201 |
|
Зейналов Р.А. |
Проверил: |
|
|
К.т.н., профессор |
|
Попов О.Б. |
ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Цель выполняемой работы – исследовать искажения звукового сигнала, вносимые при аналого-цифровом преобразовании.
ТЕОРИТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
АЦП (Аналого-Цифровой преобразователь) – это устройство, которое преобразует аналоговые сигналы в цифровые. Принцип действия АЦП прост и повторят основные этапы «оцифровки» звука: дискретизация и квантование.
Основными характеристиками АЦП являются частота дискретизации и разрядность. Очень грубо говоря, частота дискретизации означает, сколько отсчётов цифрового сигнала будут присутствовать в одной секунде аналогового сигнала. Разрядность отвечает за то, сколько будет уровней квантования будет использоваться при определении значений амплитуд отсчётов. Чем больше значения обоих параметров, тем лучше качество преобразованного цифрового звучания.
Однако, из-за неизбежных ошибок квантования и дискретизации, невозможно избежать искажений исходного аналогово сигнала: разрядность и частоту дискретизации нельзя повышать бесконечно, а, следовательно, аналоговый сигнал нельзя описать досконально точно. Но можно описать с определённой достаточной точность.
Изучению возникающих при работе АЦП искажений и будет посвящена экспериментальная часть лабораторной работы.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Для выполнения этой лабораторной работы был использован аудиоредактор Adobe Audition версии 1.5.
Исследование искажений, вносимых уменьшением разрядности сигнала
Перед началом исследования необходимо создать эталонный сигнал c 32-разрядным представлением, имеющий следующие параметры:
Рисунок 1 – Параметры эталонного сигнала
Получившейся сигнал:
Рисунок 2 – Отрезок эталонного сигнала (32 разряда)
Как можно заметить, при представлении сигнала в 32 разрядах, искажения отсутствуют.
Теперь создадим такой же сигнал, но уже в 16-ти разрядном представлении.
Рисунок 3 – Отрезок сигнала при 16-ти разрядном представлении
На рисунке 3 заметна совсем другая картина, нежели при 32-разрядном сигнале. Искажения присутствуют. Чтобы получить их величину вычтем из эталонного сигнала сигнал с ошибками.
Рисунок 4 – Сигнал ошибки
Получим также оценку статистики сигнала:
Рисунок 5 – Оценка статистики сигнала ошибки
Исследование искажений, вносимых компактным представлением сигналов(компрессией)
Архивы звукозаписывающих студий занимают большие объемы, поэтому звукорежиссеры вынуждены использовать способы компактного представления. Общепринятым является формат МП3 со скоростью передачи 320 кБит/с.
Для проведения исследования создадим сигнал в формате mp3:
Рисунок 6 – Созданный сигнал в формате mp3
На рисунке 6 видно, что при сохранении в MP3 кодек ввел паузу. Для сравнения с эталонным сигналом ее необходимо удалить.
Полученный сигнал ошибки после сравнения с эталонным сигналом, представлен на рисунке ниже.
Рисунок 7 – Сигнал ошибки целиком
Рисунок 8 Отрезок сигнала ошибки в приближении
Оценим также статистику полученного сигнала ошибки:
Рисунок 9 – Оценка статистики сигнала ошибки при использовании сжатия форматом mp3
ВЫВОДЫ
В результате выполнения лабораторной работы было произведено исследование искажений звукового сигнала, вносимых при аналого-цифровом преобразовании.
Результаты, полученные в ходе выполнения лабораторной работы, показали, что оба основных метода сокращения объема цифрового аудио - уменьшение разрядности и сжатие с потерями - неизбежно вносят искажения в исходный сигнал. Сравнение характеристик сигналов ошибки демонстрирует, что переход с 32-битного на 16-битное представление создает квантованный шум уровнем около -96 dB, в то время как компрессия в формат MP3 даже с высоким битрейтом 320 кбит/с дает значительно более мощные искажения уровнем около -82 dB. Это означает, что для исследуемого сигнала алгоритм сжатия MP3 внес существенно больше помех, чем простое уменьшение разрядности. Полученные результаты подтверждают необходимость использования несжатых форматов с высокой разрядностью в профессиональной работе с звуком, тогда как сжатые форматы целесообразно применять лишь для финального распространения материала, где допустим компромисс между качеством и объемом данных.
Москва 2025г