Рефераты. Музыкальные возможности ПК
3.1.7.
MIDI-каналы
Представьте себе обычный многодорожечный
магнитофон. На одну дорожку можно записать трубу, на другую — гитару и так
далее. При воспроизведении мы слышим все записанные дорожки одновременно.
MIDI-каналы предназначены для того, чтобы один
синтезатор или звуковой модуль мог играть несколькими разными тембрами одновременно,
причем каждый тембр (инструмент) исполняет свою независимую партию.
Когда одно устройство передает канальные
MIDI-сообщения на другое, внешне это выглядит так, как если бы они были
соединены шестнадцатью кабелями (и по каждому следуют указания о том, какие
ноты каким тембром играть).
Рис. 9.
Разделение
MIDI-сообщений на MIDI-каналы.
На самом деле MIDI-технология использует один
кабель, но в каждое канальное MIDI-сообщение вписывается номер MIDI-канала, для
которого оно предназначено. Устройство-получатель, пользуясь этим номером,
направляет каждое канальное MIDI-сообщение на свой канал (рис. 9).
3.1.8. Типы
сообщений из группы Channel
1) Канальные
MIDI-сообщения можно разделить по типам их структуры и по их целям. В последнем
случае имеются две группы MIDI-сообщений: голосовые (Voice message) и режимные
(Mode message).
Рис. 10.
MIDI-сообщения
из группы Channel. Все режимные сообщения по типу (а не по функциям, как они
разделены на этом рисунке) являются MIDI-сообщениями типа Control Change, поэтому
изображены одним цветом и обведены пунктиром. 2)
Голосовые сообщения несут
информацию о нотах, тембре и других характеристиках, которые должно учитывать
устройство-получатель для конкретного MIDI-канала.
3) Режимные
сообщения тоже делятся на две группы. Первая группа воздействует на конкретный
MIDI-канал (эти сообщения устанавливают канал в состояние по умолчанию —
сбрасывают все ноты, настраивают канал на стандартную высоту звука и пр.).
Сообщения второй режимной группы воздействуют
на все MIDI-устройство в целом, другими словами, устанавливают режим его
работы.
3.1.9.
MIDI-сообщения группы System
В отличие от канальных сообщений все
MIDI-сообщения группы System message принадлежат одному типу (то есть имеют
одинаковый статус).
Но по своему функциональному назначению их
делят на три подгруппы (рис. 11). К первой из них (System Real Time) относятся
сообщения, связанные с синхронизацией работы двух MIDI-устройств.
Рис. 11.
MIDI-сообщения
из группы System message (подгруппы показаны разным цветом, но по статусу
принадлежат к одному типу — Control Change).
Во второй подгруппе (System Common) находятся
сообщения, которые одинаково воспринимаются всеми MIDI-устройствами. Поэтому
они и называются “общими”. Эта группа просто собрана из различных MIDI-сообщений,
и между ними нет никакой логической связи.
Сообщения третьей группы (System Exclusive)
являются одними из самых важных и самых неформализованных в MIDI-технологии.
Они носят название “эксклюзивные”, потому что содержание данных определяется
для каждого MIDI-устройства своей фирмой-производителем и не может быть
распознано устройством другой модели или фирмы. Среди этих сообщений могут быть
команды о настройке всего устройства целиком или отдельных его модулей. Другие
сообщения управляют процессом передачи данных сэмплов или каких-то специальных
файлов (Sample Dump, File Dump).
3.2. Mp3 - технология сжатия звуковой
информации
Само название МрЗ появилось в
результате сокращения аббревиатуры MPEG-1 Layer3.
MPEG (Motion Pictures Expert Group) - это группа при Международной организации по стандартизации и
Международном электрическом комитете, которая занимается разработкой стандартов
для цифрового сжатия видео и аудио информации. А зачем сжимать эту информацию?
Во-первых, для экономии экономических и материальных ресурсов при передаче
информации на расстояние по каналам связи (в том числе и спутниковым), а
во-вторых, для ее хранения.
Официальное одобрение стандарт MPEG-1 получил в
1992 году, однако до недавнего времени открытие не было востребовано в полной
мере. Лишь с появлением достаточно мощных процессоров Pentium (с тактовыми
частотами от 300 МГц и выше, позволяющих резко снизить время на
кодирование/декодирование сигнала) и высокоскоростных модемов стандарт получил
широкое признание.
Стандарт MPEG-1 является потоковым форматом и
состоит из аудио, видео и системной частей. Последняя часть содержит информацию
об объединении и синхронизации двух первых.
Передача данных происходит потоком независимых
отдельных блоков данных - фреймов, получаемых при "нарезке" на равные
по продолжительности участки, которые кодируются независимо друг от друга.
Всего в настоящее время существует пять видов (номеров)
стандартов MPEG:
1) MPEG1 - сжатие аудио и видео с общей скоростью до
150 Кбайт/сек (аудио 38, 44.1, 48 килогерц);
2) MPEG2 - сжатие аудио и видео с общей скоростью до
300 Кбайт/сек (аудио 38, 44.1, 48 килогерц), сжатие аудио ИДЕНТИЧНО MPEG1;
3) MPEG2.5 - сжатие аудио с пониженным разрешением
(аудио 16,22.05,24 килогерц). Интересно заметить, что стандарт MPEG2.5 (еще
известный как MPEG2 LSF - LOW SAMPLE FREQUENCY - низкая частота сканирования
аудио) введен фирмой IIS Fraunhofer (институт информационных технологий имени
Фраунхофера из Германии). Этот стандарт является расширением
"чистого" аудио MPEG2 (то есть MPEG1!) для частоты сканирования аудио
в два раза меньшей, чем обычно;
4) MPEG3 - многоканальный MPEG1+MPEG2. Этот стандарт
практически не используется;
5) MPEG4 - новомодный за рубежом стандарт. Его
особенность: может держать до 8-и каналов аудио (то есть AC-3 - цифровое
расширение системы Surround.
Чем выше индекс уровня тем выше сложность и
производительность алгоритма кодирования, соответственно и увеличиваются
требования к системным ресурсам.
Здесь под термином 'кодирование"
понимается процесс, позволяющий получать файл в сжатом виде, который занимает
меньше места на диске и соответственно быстрее передается по каналам связи. В
сжатой форме файл использоваться не может, соответственно, перед использованием
его необходимо декодировать. Сжатие файла происходит не всегда с положительным
результатом. Результат напрямую зависит от метода компрессии и от содержимого
самого файла.
Принцип кодирования сигнала в MPEG Audio
основан на использовании психоакустической модели (Psycho-acoustics), суть
которой в следующем.
Существует ряд звуковых частот, которые
человеческое ухо не воспринимает. Происходит маскирование одних звуков другими,
как с большей амплитудой, так и с близкой частотой. Так, например, если
излучается сильный звук частотой 1000 Гц (маскирующий), то более слабый звук
частотой 1100 Гц (маскируемый) человеческое ухо не зафиксирует из-за
особенностей порога слышимости человеческого уха. Порог слышимости на краях
частотного диапазона (16-20 Гц и 16-20 кГц) значительно повышается, т.к. на
этих частотах слух имеет значительно меньшую чувствительность по сравнению с
областью наибольшей чувствительности слуха (диапазон 1-5 кГц). Также известно,
что время восстановления чувствительности слуха после громкого сигнала
составляет порядка 100 мс, а время задержки восприятия этого же сигнала
составляет порядка 5 мс.
Таким образом, происходит передача только той
звуковой информации, которая может быть адекватно воспринята подавляющим
большинством слушателей, а вся остальная, увы, безвозвратно теряется.
Как уже упоминалось, все уровни имеют
одинаковую базовую структуру, при которой кодер анализирует исходный сигнал,
вычисляет для него гребенку фильтров (32 полосы) и применяет психоакустическую
модель. С заранее выбранной частотой квантования, величиной потока и маскирования
кодер производит квантование и кодирование сигнала.
Сравнительные характеристики способов кодирования для
одного канала при частоте квантования в 32 кГц представлены в таблице 2.
Таблица
2.
Способ кодирования
Скорость передачи (кбит/с)
Коэффициент сжатия
Layer 1
192
1:4
Layer 2
128-96
1:6...8
Layer 3
64-56
1:10...12