Федеральное государственное образовательное учреждение
Высшего профессионального образования
"СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ"
Институт градостроительства управления и региональной экономики
Кафедра информатики
РЕФЕРАТ
"Звуковые карты, методы генерации звука, табличный способ, система DolbyDigital"
Преподаватель Кузьменко Н.Г.
подпись, дата инициалы, фамилия
Студент Притыкина К.И.
Красноярск 2009
Содержание
Введение
Звуковые карты
Система DolbyDigital
Заключение
Литература
В настоящее время мы не можем представить себе компьютер без звукового сопровождения. Мы привыкли, что музыка сопровождает нас во время работы с персональной машиной, и даже не задумываемся: откуда же, собственно, берутся эти звуки? Встроенная звуковая плата - явление настолько привычное, что этим уже никого не удивишь. И в то же время процессы звукозаписи и воспроизведения и особенности работы звуковых карт известны далеко не каждому.
В данной работе рассматриваются устройство звуковых карт и их принципы функционирования. Также будут рассмотрены методы генерации звука, применяющиеся в звуковых платах и система объемного звука DolbyDigital, которая позволяет даже в домашних условиях наслаждаться "живым звуком" кинотеатра.
В самом начале своей истории компьютер фирмы IBM был оснащен примитивным динамиком, позволявшем (посредством драйвера SPEAKER. DRV) одновременно воспроизводить звуки одного тона без регулировки уровня громкости; именно в это время были разработаны основные принципы преобразования звука для бытовых компьютеров.
Первый шаг к более серьезной работе со звуком был сделан в 1987 г., когда фирма Creative Labs (www.creative.ru) разработала Creative Music System (C/MS), представлявший собой 12-голосный стереомузыкальный синтезатор, начавший распространяться в 1989 г. под маркой Game Blaster. Огромный коммерческий успех этой карты привел в скором времени к по-явлению других подобных карт,
Звуковая карта (которая также называется звуковой платой) - это плата, которая позволяет работать со звуком на компьютере. Она является неотъемлемой частью любого персонального компьютера. В настоящее время звуковые карты бывают как встроенными в материнскую плату, так и отдельными платами расширения или внешними устройствами.
Несмотря на все разнообразие моделей звуковых карт, их возможностей, качества звука и размеров все они имеют примерно одну структуру и основные блоки. Понимание устройства и принципов работы карты сильно облегчает разрешение возникающих при установке и работе проблем.
Для начала рассмотрим простейшую и наиболее распространенную карту типа Edison Gold 16 на микросхеме ESS1688 или 1868. Эта единственная микросхема на самом деле состоит из трех функционально независимых узлов, составляющих три основных устройства большинства звуковых карт:
звуковая карта dolby digital
узел цифрового тракта, ответственный за преобразование звука из аналоговой формы в цифровую и обратно, и обмен цифровым потоком с центральным процессором или памятью компьютера;
узел музыкального синтезатора, построенного по частотно-модуляционному (FM) принципу и выполненному в стандарте OPL3;
узел аналогового микшера, выполняющего смешивание сигналов с двух предыдущих узлов, а также с линейного и микрофонного входов карты.
Эти три устройства функционально полностью независимы и программируются отдельно друг от друга.
Цифровой тракт такой карты можно считать ее основным узлом, поскольку именно он выполняет преобразование и передачу звука из внешней среды в компьютер и обратно. Для этого тракт имеет АЦП и ЦАП - аналогово-цифровой и цифро-аналоговый преобразователи, между которыми размещена логика управления цифровым потоком. Поступающий на АЦП звук в аналоговой форме - в виде непрерывно меняющегося электрического сигнала - подвергается в нем дискретизации и квантованию. Дискретизация разбивает непрерывный сигнал на последовательность его мгновенных значений - отсчетов, следующих с более высокой частотой (не менее, чем удвоенный верхний предел частотного диапазона), а квантование кодирует уровень каждого отсчета целым числом в диапазоне 0.255 (8-разрядная кодировка) или 0.65535 (16-разрядная кодировка). В результате образуется поток чисел, величина которых описывает закон изменения исходного сигнала. Этот поток проходит через схему управления и может считываться оттуда непосредственно процессором через регистры карты, однако чаще всего применяется автоматическая передача напрямую в память (прямой доступ к памяти - DMA), при котором от процессора требуется только настроить начальный адрес и параметры передачи, а все остальное сделают системный контроллер DMA и система управления цифрового тракта карты.
Аналогичным образом работает и обратный процесс: последовательность цифровых отсчетов, забираемая системой управления цифрового тракта карты из памяти, подается на ЦАП, который преобразует числовые значения в уровни напряжения, а затем объединяет дискретную последовательность этих уровней в непрерывный звуковой сигнал, который и снимается с выхода карты.
Все современные карты поддерживают запись и воспроизведение звука на частотах дискретизации до 44.1 кГц с 16-разрядным квантованием; в подавляющем большинстве реализовано также 8-разрядное квантование для работы со звуком низкого качества (параметры телефонной линии). Ряд карт поддерживает частоты дискретизации 48 кГц и выше, а те, что предназначены для профессиональной работы - 18 - и 20-разрядное квантование.
В микросхемах ESS1868, Yamaha YM718/719, а также почти во всех остальных современных наборах микросхем для звуковых карт, реализован режим дуплекса (Full Duplex), позволяющий ЦАП и АЦП работать одновременно, параллельно записывая звук со входа в одни области памяти и воспроизводя его из других областей памяти на выход. Благодаря этому режиму можно реализовать весьма интересные возможности - голосовую связь по сети, обработку поступающего звука каким-либо алгоритмом с одновременным (точнее - с небольшой задержкой на обработку) выводом результата, и т.п.
Музыкальный синтезатор OPL3, имеющийся в простых картах, сейчас включается в их состав скорее по традиции и ради совместимости с ранними моделями, нежели для проигрывания музыки. В нем используется частотно-модуляционный (FM) способ синтеза звука. В FM-синтезе каждый из управляемых генераторов называется оператором. Несколько генераторов одновременно модулируют синусоидальные сигналы. В операторе выявляются два базовых элемента: фазовый модулятор и генератор огибающей. Фазовый модулятор задает частоту (высоту) звука, а генератор огибающую его амплитуду (громкость). Также в звуковых картах обычно присутствует специальный генератор шума, обрабатываемый одним оператором (оператором огибающей). Но вместо 6-операторной конфигурации, реализованной в инструментах Yamaha DX7 и DX100, в OPL3 есть только двух - и четырехоператорная, причем последняя допускает только самые примитивные способы соединения операторов. Кроме этого, набор управляющих параметров операторов в OPL3 крайне беден. Все это в совокупности приводит к тому, что OPL3 в состоянии издавать лишь очень малую часть звуков, традиционных для FM, да еще и с довольно низким качеством. Поэтому чаще всего карты, оборудованные только этим синтезатором, считают чисто звуковыми и неспособными исполнять музыку по нотам. На профессиональных звуковых картах OPL3 не ставиться ввиду его явной бесполезности в этих применениях.
Наконец, микшер представляет собой многовходовый аналоговый сумматор с управляемыми коэффициентами усиления по каждому входу, за счет чего он может объединять звук с разных источников карты в одну выходную линию с независимой регулировкой как всех входных, так и выходного уровня и стереобаланса. Помимо цифрового тракта и OPL3, микшер получает сигналы с микрофонного и линейного входов, входа проигрывателя CD, а в ряде моделей - с дополнительной дочерней платы-синтезатора, с добавочного внутреннего входа и входа для подключения сигнала PC Speaker. К последнему разъему при помощи специального провода подключается выход громкоговорителя с системной платы, чтобы издаваемые им звуки можно было слышать в наушниках или колонках.
Кроме смешивания сигналов для подачи на звуковой выход, микшер обеспечивает также смешивание сигналов для подачи на АЦП цифрового тракта - проще говоря, для записи звука. При этом, в зависимости от модели микшера, регулировки уровней записи и контроля могут быть раздельными или совмещенными, выбор источников для записи может быть независимым, с возможностью любой их комбинации, или же с возможностью выбора для записи только одного источника.
Теперь о дополнительных устройствах звуковых карт. Чаще всего таким устройством является та или иная модель музыкального синтезатора; если цифровой тракт способен лишь просто воспроизвести звуковой поток, то синтезатор способен создавать звучания прямо внутри себя, и играть этими звуками под управлением компьютера. Наиболее распространенные синтезаторы - GF1 и Interwave (Gravis Ultrasound), EMU8000 (Sound Blaster AWE), ICS WaveFront (семейство карт Turtle Beach). Все они построены по таблично-волновому (Wave Table) принципу. Идея применения WT-синтеза состоит в использовании специальных алгоритмов, позволяющих по одному лишь характерному тону (выборке) музыкального инструмента воспроизвести все остальные тона.
Выборки сигналов (таблицы) сохраняются в ROM (Read Only Memory) или программно загружаются в RAM (Random Access Memory) звуковой карты, после чего специализированный WT-процессор выполняет операции над выборками сигнала, изменяя их амплитуду и частоту. При этом генерируемое WT-методом звучание ближе к звуку реальных инструментов, нежели при FM-технологии. Дополнительную гибкость WT-методу дает возможность простого изменения таблиц выборок. Современные WT-синтезаторы способны до неузнаваемости менять высоту, амплитуду и спектр исходных звуков, создавая из них совершенно новые.