Digitalni zvuk

S Vikipedije, slobodne enciklopedije
Zvučni nivoi se prikazuju na digitalnom audio diktafonu (Zoom H4n)

Digitalni zvuk je zvuk koji je snimljen ili pretvoren u digitalni oblik. U digitalnom zvuku, zvučni talas audio signala kodira se kao numerički uzorci u kontinuiranom nizu. Na primer, u CD zvuku uzorci se uzimaju 44100 puta u sekundi, sa 16 bitnom dubinom uzorka. Digitalni audio je takođe naziv za celokupnu tehnologiju snimanja i reprodukcije zvuka pomoću audio signala koji su kodirani u digitalnom obliku. Nakon značajnog napretka u digitalnoj audio tehnologiji tokom 1970-ih, ona je postepeno zamenjivala analognu audio tehnologiju u mnogim oblastima audio inženjerstva i telekomunikacija tokom 1990-ih i 2000-ih.

U digitalnom audio sistemu, analogni električni signal koji predstavlja zvuk pretvara se analogno-digitalnim konvertorom (ADK) u digitalni signal, obično koristeći pulsnu modulaciju. Ovaj digitalni signal se zatim može snimati, uređivati, modifikovati i kopirati pomoću računara, mašina za reprodukciju audio zapisa i drugih digitalnih alata. Kada zvučni inženjer želi da preslušava snimak na slušalicama ili zvučnicima (ili kada potrošač želi da sluša digitalnu zvučnu datoteku), digitalno-analogni konvertor (DAK) vrši obrnuti postupak, pretvarajući digitalni signal nazad u analogni signal, koji se zatim šalje putem audio pojačala i na kraju do zvučnika.

Digitalni audio sistemi mogu uključivati komponente za kompresiju, skladištenje, obradu i prenos. Konverzija u digitalni format omogućava praktičnu manipulaciju, skladištenje, prenos i preuzimanje audio signala. Za razliku od analognog zvuka, kod kojeg kopiranje snimka rezultira gubitkom generacije i pogoršanjem kvaliteta signala, digitalni zvuk omogućava beskonačan broj kopija koje se mogu napraviti bez pogoršanja kvaliteta signala.

Pregled[uredi | uredi izvor]

Zvučni talas, u crvenoj boji, predstavljen digitalno, u plavoj boji (nakon uzorkovanja i 4-bitne kvantizacije ).

Digitalne audio tehnologije koriste se u snimanju, manipulaciji, masovnoj produkciji i distribuciji zvuka, uključujući snimke pesama, instrumentalne komade, podkastove, zvučne efekte i druge zvukove. Savremena distribucija muzike na mreži zavisi od digitalnog snimanja i kompresije podataka . Dostupnost muzike kao datoteke podataka, a ne kao fizičkih objekata, značajno je smanjila troškove distribucije. [1] Pre digitalnog zvuka, muzička industrija je distribuirala i prodavala muziku prodajući fizičke kopije u obliku ploča i kaseta . Sa digitalnim audio i mrežnim sistemima distribucije, kao što je Ajtjuns, kompanije prodaju digitalne zvučne datoteke potrošačima, koje potrošač dobija putem Interneta.

Analogni audio sistem pretvara fizičke talasne oblike zvuka u električne reprezentacije tih talasnih oblika pomoću pretvarača, kao što je mikrofon . Zvuci se zatim čuvaju na analognom medijumu kao što je magnetna traka ili se prenose putem analognog medijuma, poput telefonske linije ili radija . Proces se preusmerava radi reprodukcije: električni audio signal se pojačava, a zatim se zvučnikom pretvara u fizičke oblike talasa. Analogni zvuk zadržava svoje osnovne karakteristike u obliku talasa tokom svog skladištenja, transformacije, umnožavanja i proširenja.

Analogni audio signali su podložni buci i distorziji, zbog urođenih karakteristika elektronskih kola i povezanih uređaja. Poremećaji u digitalnom sistemu ne rezultiraju greškama ako poremećaj nije toliko velik da rezultira pogrešnim tumačenjem simbola kao drugim simbolom ili narušavanjem niza simbola. Zbog toga je generalno moguće imati potpuno digitalni audio sistem bez grešaka u kome se ne uvodi šum ili izobličenje između konverzije u digitalni format i pretvorbe nazad u analogni.

Digitalni audio signal može opcionalno biti kodiran radi ispravljanja bilo kakvih grešaka koje se mogu pojaviti u memoriji ili prenosu signala. Ova tehnika, poznata kao kodiranje kanala, bitna je za emitovanje ili snimanje digitalnih sistema za održavanje tačnosti bita. Modulacija od osam do četrnaest je šifra kanala koja se koristi u audio kompakt disku (CD).

Proces konverzije[uredi | uredi izvor]

Analog to Digital to Analog conversion
Životni ciklus zvuka od njegovog izvora, preko ADK, digitalne obrade, DAK, i na kraju opet kao zvuk.

Digitalni audio sistem započinje s analogno-digitalnim konvertorom koji pretvara analogni signal u digitalni signal. [note 1] ADK radi određenom brzinom uzorkovanja i pretvara se u poznatoj rezoluciji bita. Na primer, zvuk CD-a ima frekvenciju uzorkovanja od 44,1   kHz (44,100   uzoraka u sekundi) i ima 16-bitnu rezoluciju za svaki stereo kanal. Analogni signali koji nisu već ograničeni u opsegu moraju biti provedeni kroz anti-alijasing filter pre konverzije, kako bi se sprečilo izobličenje izuzeća koje je izazvano zvučnim signalima frekvencijama većim od Nikvist-ove frekvencije (polovina frekvencije uzorkovanja).

Digitalni audio signal se može čuvati ili prenositi. Digitalni zvuk može biti smešten na CD-u, digitalnom audio plejeru, hard disku, USB fleš uređaju ili bilo kom drugom uređaju za čuvanje digitalnih podataka . Digitalni signal se može izmeniti digitalnom obradom signala, gde se može filtrirati ili primeniti efekte . Konverzija brzine uzorkovanja, uključujući povećavanje uzorkovanja i smanjivanje uzorka, može se koristiti za usklađivanje signala koji su kodirani različitom brzinom uzorkovanja sa zajedničkom brzinom uzorkovanja pre obrade. Tehnike kompresije audio podataka, kao što su MP3, Napredno audio kodiranje, Ogg Vorbis ili FLAC, obično se koriste da bi se smanjila veličina datoteke. Digitalni audio se može prenositi preko digitalnih audio interfejsa kao što su AES3 ili MADI . Digitalni audio se može prenositi preko mreže koristeći audio preko Eternet-a, audio preko IP-a ili drugih standarda i sistema za striming medija .

Za reprodukciju, digitalni audio mora biti pretvoren u analogni signal pomoću digitalno-analognog konvertora koji može koristiti preuzorkovanje .

Istorija[uredi | uredi izvor]

Kodiranje[uredi | uredi izvor]

Modulaciju pulsnog koda (PCM) izumeo je britanski naučnik Alek Rivs 1937. godine. [2] 1950. Kasijus Šapin Katler iz kompanije Bel Labs podneo je patent o diferencijalnoj impulsnoj modulaciji (DPCM), algoritam kompresije podataka. Adaptivni DPCM (ADPCM) uveli su P. Cumiski, Nikil S. Jajant i Džejms L. Flanagan u Belovim laboratorijama 1973. [3] [4]

Percepcijsko kodiranje najpre je korišćeno za kompresiju govora kodiranja, sa linearnim prediktivnim kodiranjem (LPC). [5] Početni koncepti za LPC datiraju od dela Fumitada Itakura ( Univerzitet Nagoja ) i Šuza Saita ( Japanska telegrafija i telefoniaj ) 1966. godine. [6] Tokom 1970-ih Bišnu S. Atal i Manfred R. Šreder u Belovim laboratorijama razvili su oblik LPC-a nazvan adaptivni prediktivni koder (APC), perceptivni algoritam za kodiranje koji je koristio maskirajuća svojstva ljudskog uha, praćen početkom 1980-ih sa algoritam linearnog predviđanja (CELP) uzbudljivog koda .

Diskretno kodiranje transformacije kosinusa (DCT), metoda kompresije gubitaka koju je prvi predložio Nasir Ahmed 1972. godine, [7] [8] pruža osnovu za modifikovanu diskretnu transformaciju kosinusa (MDCT), koju su razvili J.P. Prinsen, A.V. Džonson i A.B. Bredli 1987. [9] MDCT je osnova za većinu standarda za audio kodiranje, kao što su Dolbi Digital(AC-3), [10] MP3 ( MPEG Laier III), [11] [5] Advensd Audio Koding (Advanced Audio Coding), Vindovs Media Audio (Windows Media Audio) i Vorbis ( Ogg ).

Snimanje[uredi | uredi izvor]

PCM je korišćen u telekomunikacijskim aplikacijama mnogo pre prve upotrebe u komercijalnim emisijama i snimanjima. Komercijalni digitalni snimci su u Japanu pokrenuli 1960. godine NHK i Japan Kolumbija (Nippon Columbia) i njihov brend Denon . Prvi komercijalni digitalni snimci objavljeni su 1971. godine. [12]

Bi-Bi-Si je takođe počeo da eksperimentiše sa digitalnim zvukom 1960-ih godina. Do ranih 1970-ih razvio je dvokanalni diktafon, a 1972. razvio je digitalni audio sistem za prenos koji je svoj radio-centar povezivao sa njihovim daljinskim predajnicima. [12]

Prvo 16-bitno PCM snimanje u Sjedinjenim Državama napravio je Tomas Stokham u operi Santa Fe 1976. godine, na diktafonu Saundstrim . Poboljšana verzija Saundstrim sistema korišćena je za produkciju nekoliko klasičnih snimaka kompanije Telark 1978. godine. 3M digitalni snimač sa više traka u to vreme bio je zasnovan na Bi-Bi-Si tehnologiji. Prvi sve digitalni album snimljen na ovoj mašini bio je Raj Kuderov Bop, dok ne ispustiš (Bop till You Drop)1979. Britanska diskografska kuća Deka (Decca) započela je razvoj sopstvenih digitalnih audio snimača sa dve trake 1978, a prvi evropski digitalni snimak objavila je 1979. [12]

Popularni profesionalni digitalni snimači sa više zapisa koji su proizveli Soni / Studer ( DASH ) i Micubiši ( ProDigi ) ranih osamdesetih godina prošlog veka pomogli su u prihvatanju digitalnih snimaka od strane velikih diskografskih kuća. Uvođenjem CD-a 1982. popularizovali su digitalni audio kod potrošača. [12]

Telefonija[uredi | uredi izvor]

Brz razvoj i široko usvajanje digitalne telefonije pulsne modulacije (PCM) omogućeno je kondenzatorskim (SC) konekcijskim konekcijama (SC) sa metalom-oksidom i poluvodičem (MOS), razvijenim početkom 1970-ih. [13] To je dovelo do razvoja čipova PCM kodek-filtera u kasnim 1970-im. [14] CMOS čip-filterski čip kodek-filtera sa silikonskim vratima (komplementarni MOS), razvijen od strane Dejvida A. Hodžsa i V.C. Blek-a 1980, je od tada industrijski standard za digitalnu telefoniju. Do devedesetih godina telekomunikacione mreže, kao što je javna komutaciona telefonska mreža (PSTN), u velikoj su meri digitalizovane VLSI (vrlo velika integracija ) CMOS PCM kodek-filterima široko rasprostranjenih u elektronskim preklopnim sistemima za telefonske centrale, modeme krajnjeg korisnika i niz aplikacija za digitalni prenos poput digitalne mreže integrisanih usluga (ISDN), bežičnih telefona i mobilnih telefona .

Tehnologije[uredi | uredi izvor]

Soni digitalni audio kasetofon PCM-7030

Za emitovanje zvuka koristi se digitalni audio. Standardne tehnologije uključuju digitalno audio emitovanje, digitalni radio svetski rasprostranjen, HD radio i ugrađeni kanal.

Digitalni zvuk u aplikacijama za snimanje se čuva na audio specifičnim tehnologijama, uključujući kompakt disk (CD), digitalnu audio kasetu (DAT), digitalnu kompaktnu kasetu (DCC) i MiniDisk . Digitalni zvuk može biti smešten u standardne formate audio datoteka i smešten na snimač hard diska, Blu-rej ili DVD-Audio . Datoteke se mogu reprodukovati na pametnim telefonima, računarima ili MP3 plejeru .

Interfejsi[uredi | uredi izvor]

Digitalno-audio specifični interfejsi uključuju:

  • A2DP putem Blutut-a
  • AC'97 (Audio Codec 1997) interfejs između integrisanih kola na matičnim pločama PC-a
  • ADAT Lajtpajp interfejs
  • AES3 interfejs sa XLR konektorima, uobičajen u profesionalnoj audio opremi
  • AES47 - profesionalni AES3 digitalni audio zvuk preko asinhronih mreža načina prenosa
  • [1]Intel High Definition Audio - moderna zamena za AC'97
  • <a href="https://en.wikipedia.org/wiki/I%C2%B2S" rel="mw:ExtLink" title="I²S" class="cx-link" data-linkid="257">I²S</a> interfejs između integrisanih kola u potrošačkoj elektronici
  • MADI (višekanalni audio digitalni interfejs)
  • MIDI - povezivanje male propusne širine za prenos podataka o instrumentima; ne može prenositi zvuk, ali može prenositi digitalne uzorke podataka u ne-realnom vremenu
  • S/PDIF - bilo preko koaksijalnog kabla ili TOSLINK-a, uobičajenog u audio opremi potrošača i izvedenog iz AES3
  • TDIF, TASCAM vlasnički format sa D-sub kablom

Nekoliko interfejsa je dizajnirano da zajedno spajaju digitalni video i audio zapis, uključujući HDMI i DisplejPort .

U profesionalnim arhitektonskim ili instalacionim aplikacijama postoje mnogi digitalni zvukovi audio preko Eterneta protokola i interfejsa.

Vidi još[uredi | uredi izvor]

  • Digitalni audio urednik

Napomene[uredi | uredi izvor]

  1. ^ Some audio signals such as those created by digital synthesis originate entirely in the digital domain, in which case analog to digital conversion does not take place.

Reference[uredi | uredi izvor]

  1. ^ Janssens, Jelle; Stijn Vandaele; Tom Vander Beken (2009). „The Music Industry on (the) Line? Surviving Music Piracy in a Digital Era”. European Journal of Crime. 77 (96): 77—96. doi:10.1163/157181709X429105. 
  2. ^ Genius Unrecognised, BBC, 27. 3. 2011, Pristupljeno 30. 3. 2011 
  3. ^ P. Cummiskey, Nikil S. Jayant, and J. L. Flanagan, "Adaptive quantization in differential PCM coding of speech", Bell Syst. Tech. J., vol. 52, pp. 1105—1118, Sept. 1973
  4. ^ Cummiskey, P.; Jayant, Nikil S.; Flanagan, J. L. (1973). „Adaptive quantization in differential PCM coding of speech”. The Bell System Technical Journal. 52 (7): 1105—1118. ISSN 0005-8580. doi:10.1002/j.1538-7305.1973.tb02007.x. 
  5. ^ a b Schroeder, Manfred R. (2014). „Bell Laboratories”. Acoustics, Information, and Communication: Memorial Volume in Honor of Manfred R. Schroeder. Springer. str. 388. ISBN 9783319056609. 
  6. ^ Gray, Robert M. (2010). „A History of Realtime Digital Speech on Packet Networks: Part II of Linear Predictive Coding and the Internet Protocol” (PDF). Found. Trends Signal Process. 3 (4): 203—303. ISSN 1932-8346. doi:10.1561/2000000036. 
  7. ^ Ahmed, Nasir (januar 1991). „How I Came Up With the Discrete Cosine Transform”. Digital Signal Processing. 1 (1): 4—5. doi:10.1016/1051-2004(91)90086-Z. 
  8. ^ Nasir Ahmed; T. Natarajan; Kamisetty Ramamohan Rao (januar 1974). „Discrete Cosine Transform” (PDF). IEEE Transactions on Computers. C—23 (1): 90—93. doi:10.1109/T-C.1974.223784. Arhivirano iz originala (PDF) 08. 12. 2016. g. Pristupljeno 14. 12. 2019. 
  9. ^ J. P. Princen, A. W. Johnson und A. B. Bradley: Subband/transform coding using filter bank designs based on time domain aliasing cancellation, IEEE Proc. Intl. Conference on Acoustics, Speech, and Signal Processing (ICASSP), 2161–2164, 1987.
  10. ^ Luo, Fa-Long (2008). Mobile Multimedia Broadcasting Standards: Technology and Practice. Springer Science & Business Media. str. 590. ISBN 9780387782638. 
  11. ^ Guckert, John (proleće 2012). „The Use of FFT and MDCT in MP3 Audio Compression” (PDF). University of Utah. Pristupljeno 14. 7. 2019. 
  12. ^ a b v g Fine, Thomas (2008). „The Dawn of Commercial Digital Recording” (PDF). ARSC Journal. Pristupljeno 2. 5. 2010. 
  13. ^ Allstot, David J. (2016). „Switched Capacitor Filters”. Ur.: Maloberti, Franco; Davies, Anthony C. A Short History of Circuits and Systems: From Green, Mobile, Pervasive Networking to Big Data Computing (PDF). IEEE Circuits and Systems Society. str. 105—110. ISBN 9788793609860. Arhivirano iz originala (PDF) 30. 09. 2021. g. Pristupljeno 14. 12. 2019. 
  14. ^ Floyd, Michael D.; Hillman, Garth D. (8. 10. 2018) [1st pub. 2000]. „Pulse-Code Modulation Codec-Filters”. The Communications Handbook (2nd izd.). CRC Press. str. 26—1, 26—2, 26—3. 

Dodatna literatura[uredi | uredi izvor]

  • Borvik, Džon, 1994: Praksa snimanja zvuka (Oxford: Oxford University Press)
  • Bosi, Marina i Goldberg, Ričard E., 2003: Uvod u digitalno audio kodiranje i standarde (Springer)
  • Ifečor, Emanuel K. i Džervis, Beri V., 2002: Digitalna obrada signala: praktičan pristup (Harlov, Engleska: Pearson Education Limited)
  • Rabiner, Lavrence R. i Gold, Bernard, 1975: Teorija i primena digitalne obrade signala (Inglvud Klifs, Nju Džersi: Prentice-Hall, Inc.)
  • Votkinson, Džon, 1994: Umjetnost digitalnog zvuka (Oxford: Focal Press)

Spoljašnje veze[uredi | uredi izvor]

Digitalni zvuk na Vikimedijinoj ostavi.
Preuzeto iz „https://sr.wikipedia.org/w/index.php?title=Дигитални_звук&oldid=26867253”