Основы цифрового аудио. Цифровые форматы

В этой статье мы попробуем разобраться в том обилии цифровых протоколов и спецификаций, которые относятся к цифровому аудио.

Сразу следует оговориться: термин «цифровой формат» охватывает на самом деле различные типы форматов. Прежде всего, существуют форматы хранения цифровых аудиоданных. Они описываются в таких значениях, как частота дискретизации и разрядность, но также применяется спецификация, которая определяет действительное разрешение сигнала в процессе передачи данных и хранения. Кроме того, существуют различные форматы записи и передачи данных, каждый из которых несет закодированный аудиосигнал. При работе в «цифровом мире» приходится иметь дело не только с различными типами разъемов и протоколов передачи данных, но также и с различными методами записи, форматами носителя (ленты, диски и т.д.) и компьютерными архитектурами.

Форматы записи и форматы цифровых данных.

Здесь мы будем говорить о тех носителях, на которых сохраняются чистые аудиоданные (например, их можно хранить на ленте или в виде файла на жестком диске). Некоторые записывающие устройства и форматы файлов совместимы друг с другом. Это значит, что одно устройство может читать файлы, которые созданы на другом устройстве, без необходимости предварительно конвертировать эти данные. Однако такая совместимость встречается не во всех случаях, и тогда приходится выполнять конвертирование.

Конечно, можно передать цифровые аудиоданные из одного устройства в другое, т.е. переписать из одного в другое при помощи соответствующего цифрового интерфейса. Однако это далеко не всегда удобно. В этом случае будут переданы только чистые аудиоданные, но не будет произведено конвертирование компьютерного файла в тот тип, который является совестимым для того устройства, на котором мы собираемся продолжать работу. Это значит, что данные редактирования, микширования, воспроизведения, а также названия файлов и другая важная информация будут утеряны. При прямой переписи данных понадобиться также записывать паузы, имеющие на индивидуальных треках в исходном материале, и, следовательно, HD- рекордер будет неэффективно использовать свободное место на жестком диске.

Alesis ADAT

ADAT -магнитофоны позволяют записывают 8 аудиотреков на кассету S-VHS. Кассета проигрывается в 3 раза быстрее, чем обычная видеокассета, тем самым можно записать 40 минут аудио на 120-минутную кассету S-VHS. Все 8 треков записываются параллельно. Кассету сперва требуется отформатировать, т.е. записать на нее специальный таймкод, который обеспечивает точность синхронизации нескольких ADAТ- рекордеров, поддерживает функции автолокатора (автоматического поиска заданной точки) и редактирования, и отображает информацию, относящуюся к этой ленте. Вначеле идет 15-секундный заголовок, затем на ленту записывается 2 минуты информации, описывающей данные: это инструкция, которая относится к использованию устройства удаленного доступа BRC (Big Remote Control) Alesis ADAT. В эту информацию входит SMPTE off-set,, точки вставки (punch in и punch out}, время начала и т.д.

Исходно формат ADAT поддерживал разрядность 16 бит. Номинальная частота дискретизации равна 48 кГц. На новейших устройствах ее можно изменять в пределах от 40,4 до 50,8 кГц при помощи функции Varispeed (эта функция используется для изменения скорости ленты, в связи с чем изменяется также высота тона, а следовательно, изменяется частота дискретизации). Более поздние модели (XT и др.) позволяют непосредственно работать с частотой дискретизации 44,1 кГц.

Формат ADAT II поддерживает запись с разрядностью 20 бит и тем самым обеспечивает более широкий динамический диапазон, но, к сожалению, ленты, записанные в новом формате, не обязательно совместимы с 16-битными ADAT -магнитофонами. Чтобы проигрывать эти ленты на старых ADAT-магнитофонах, потребуется загрузить их при помощи ADAT-интерфейса (и использовать при этом алгоритм дизеринга, чтобы конвертировать 20-битныисиг сигнал в 16-битный).

Tascam DA-38/88/98

В цифровых рекордерах фирмы Tascam также выполняется запись восьми треков на видеокассету, но при этом используется формат Hi-8 (кассета меньшего размера с большей плотностью данных). На 120-минутную кассету можно записать 108 минут аудиоматериала. Аудио можно записывать параллельно, т.е. на все треки одновременно. Как и в случае ADAT, ленту предварительно нужно отформатировать на рекордере. Это позволяет синхронизировать несколько рекордеров между собой. Если необходимо использовать синхронизацию по таймкоду, то понадобится рекордер, оборудованной картой Sync (DA-88/98, Sony РСМ 800). Такая карта позволяет загружать таймкод SMPTE или EBU на кассету. Таймкод записывается в отдельную служебную область на кассете, которая не используется для аудиоданных. Таким образом, если вам необходимо использовать таймкод, вам не приходиться жертвовать одной из аудиодорожек.

Благодаря преимуществам этого таймкода можно синхронизировать рекордер с другими устройствами (например, с видеорекордером). Аудиоданные записываются с разрядностью 16 бит и частотой дискретизации 44,1 или 48 кГц. Varispeed также входит в число функции устройства.

Рассмотрим теперь компьютерные форматы сохранения аудиоданных.

Wave

формат Wave был разработан фирмами Microsoft и IBM и является стандартом для Windows PC. Файлы Wave имеют расширение *'.wav.BcQ современные аудиопрограммы, которые работают на PC, читают и записывают этот формат. Программы, работающие на других платформах (например, Macintosh}, также работают с форматом Wave (либо напрямую, либо при помощи конвертирования).

Спецификация Wave определяет, что число каналов и частоту дискретизации можно задать в конкретном файле. Эти значения не заданы по умолчанию. Можно сохранять монофонические и многокальные файлы в формате Wave. Однако в большинстве случае вы будете работать с моно или стереофайлами. Многоканальные записи обычно распределяются по нескольким файлам, поскольку в ином случае нельзя было бы отредактировать аудиоданные независимо друг от друга.

Файл формата Wave также может содержать специальные данные (например, точки «кольца»), которые нужны для определенных задач и поддерживаются соответствующими программами. Чтобы уменьшить размер файла, предусмотрено несколько стандартов сжатия данных — например, ADPCM (Adaptive Differential Pulse Code Modulation), который является наиболее распространенным из алгоритмов сжатия.

AIFF

Формат AIFF (Audio Interchange File Format) был разработан фирмой Apple для обмена данными между различными приложениями. Возможность создавать и проигрывать файлы AIFF исходно была фиксированной функцией операционной системы Macintosh. В настоящее время многие приложения, работающие на платформе Windows, умеют работать с форматом AIFF. На Macintosh в имени файла не всегда показано расширение (*.aif), поскольку структура файла Macintosh позволяет записывать информацию о формате в специальный блок данных. На PC аудиофайлы в формате AIFF обязательно имеют соответствующее расширение.

AIFF является очень гибким форматом. Внутри файла можно задать число каналов, разрядность и частоты дискретизации. Кроме того, дополнительную информацию можно записать в секторы файла, которая относится к программе, в том числе маркеры, информацию о высоте тона и точки «кольца». Файлы AIFF бывают монофоническими или стереофоническими. Многоканальный формат не поддерживается большинством приложений.

AIFF -файлы также можно компрессировать для уменьшения объема. В этом случае придется иметь дело с потерей качества. Компрессированные файлы называются AIFF -C («С» обозначает «компрессированный»).

AIFF, а также Sound Designer II, являются стандартными форматами аудиофайлов на Macintosh и применяются для записи цифрового звука на жесткий диск, редактирования и т.д. Большинство приложений, работающих на Macintosh, обрабатывают оба формата одинаково. В большинстве случае их можно применять в одной программе одновременно (в случае, если они имеют одинаковую частоту дискретизации). Если вы собираетесь обмениваться данными между Macintosh и PC, имейте в виду, что формат AIFF более предпочтителен, так как читается всеми современными аудиоприложениями. Кроме того, многие приложения, работающие на Macintosh, теперь предлагают функцию экспорта в формате Wave, что облегчает обмен данными с PC.

Sound Designer II

Формат Sound Designer II (SD II) был разработан компанией Digidesign. Его предшественник Sound Designer I был предназначен исключительно для монофонических файлов и оптимизирован для требований программного обеспечения Digidesign. Он поддерживал 16-битную разрядность без компрессии данных и частоту дискретизации 44,1 кГц.

Sound Designer II стал следующим этапом развития формата Sound Designer. Он позволяет задавать частоту дискретизации и разрядность. Файлы в формате SD II имеют расширение SD2, которое не обязательно показано в имени файла. Эта информация на Macintosh сохраняется в отдельных блок данных.

Обычно аудиоданные в формате SD II записываются в виде моно или стереофайла. Стереоверсия теперь читается в программе Pro Tools фирмы Digigesign, начиная с версии 5; до этого с Pro Tools были совместимы только монофонические файлы SD II. Помимо чистых данных, формат SD II может содержать дополнительную информацию, например, какой сектор аудиофайла задан в качестве региона. На Macintosh регионы читаются большинством аудиоприложений.