Аналого-цифровое преобразование

Аналого-цифровое (дискретное) преобразование (АЦП) — (ADC — analog-to-digital conversion) — заключается в формиро­вании последовательностей n – разрядных двоичных слов, пред­ставляющих с заданной точностью аналоговые сигналы. В необ­ходимых случаях осуществляется обратное — дискретно-аналого­вое (цифроаналоговое преобразование — ЦАП, DAС).

Более чем тридцатилетнее развитие теории и практики ЭВМ приводит к вытеснению (в том числе и на бытовом уровне) ана­логовых устройств и сигналов цифровыми. Наиболее популяр­ным примером является несомненно аудиокомпакт-диск (digital audio CD) [25].

В этом случае звуковой сигнал (рис. 3.1) сначала преобразу­ется в дискретную аппроксимацию («многоуровневый ступенча­тый сигнал»), при этом происходит квантование по времени, ко­торое заключается в измерении (sampling) в дискретные момен­ты необходимого параметра аналогового сигнала.

При квантовании по амплитуде каждая ступенька представ­ляется последовательностью бинарных цифровых сигналов. Принятый в настоящее время стандарт CD использует так назы­ваемый «16-разрядный звук с частотой сканирования 44 кГц».

Для рис. 3.1 в переводе на нормальный язык это означает, что «длина ступеньки» (τ)

¹/ _{44 100} с, а «высота ступеньки» (δ) составляет ¹/_{65 536} максимальной громкости сигнала (поскольку 2¹⁶ = 65 536). При этом частотный диапазон воспроизведения со­ставляет 0—22 кГц, а динамический диапазон — 96 децибел (что

составляет совершенно недостижимую для магнитной или механической звукозаписи характеристику качества). Необходимо заметить что различные звуковые карты могут обеспечить 8- или 16-битные выборки, 8-битные карты позволяют закодировать 256 различных уровней дискретизации звукового сигнала, соот­ветственно 16-битные — 65 536 уровней.

Количество выборок в секунду, т. е. частота дискретизации аналогового звукового сигнала, также может принимать различ­ные значения: 5, 5, 11, 22 и 44 кГц. Таким образом, качество зву­ка в дискретной форме может быть очень плохим (качество ра­диотрансляции) при 8 битах и 5, 5 кГц и очень высоким (качест­во аудиоСD) при 16 битах и 44 кГц.

Поскольку компакт-диск — стереосистема, необходимо за­писывать два 16-разрядных слова каждый 44 100 раз в секунду. Это удается в пределах 176, 4 Кбайт/с, 10, 58 Мбайт/мин или 635 Мбайт/ч. Самый распространенный формат файла цифро­вой звукозаписи на ПК — WAV.

Для записи звука к звуковой плате может быть подключен микрофон или устройство воспроизведения звука (магнитофон, CD-плейер). Для воспроизведения звука к ее выходу могут быть подключены акустические колонки или наушники, а также любая акустическая система (магнитофон, музыкальный центр и т. д.).

Запись и редактирование аудиоматериалов требует большое пространство жесткого диска — при качестве компакт-диска зву­чание 10 мин потребует более чем 100 Мбайт. Чем быстрее диск и подсистема ввода-вывода, тем легче работать с такими боль­шими файлами. Современные жесткие диски и PCI-контроллеры способны к поддержке передачи не менее 4 Мбайт/с. Необ­ходимы гарантии, чтобы не было никаких прерываний в аудио-­потоке. Многие НЖМД делают прерывание, чтобы выполнить тепловую перекалибровку, которое может привести к короткой, но нежелательной паузе в звуке. Некоторые дисководы AV спе­циально проектируются без тепловой перекалибровки, таким об­разом устраняя этот эффект.