Теоретические основы информатики

Кодовая таблица Windows (CP-1251)

png" name="рисунок 5" align=bottom width=603 height=501 border=0>

Альтернативная кодовая таблица

Сравните: в альтернативной кодировке русский прописной символ А имеет код 128, а в кодировке Windows - 192.

Лабораторная 3
Кодирование аудио и видео информации, ее обработка

1. Цель работы

Целью работы является получение практических навыков компьютерной обработки звука с помощью профессионального редактора звуковых файлов, а также изучение способов компрессии звуковой информации.

1. Методические указания

   1. Редактор звуковых файлов Sound Forge

Существует множество аудиоредакторов для записи и обработки звука и выбор какого-либо из них напрямую зависит от целей, которые вы перед собой ставите. Одной из таких программ, предназначенных для обработки аудио на профессиональном уровне, является Sound Forge фирмы Sonic Foundry Inc. С ее помощью можно обрабатывать аудиосигнал, изменяя его до неузнаваемости или же редактировать неудачно записанную партию какого-либо музыкального инструмента. Sound Forge успешно объединяет в себе практически полный набор современных звуковых эффектов и мощные средства редактирования звуков для последующего их использования в сэмплере. Благодаря удобному интерфейсу и большому числу предустановок с программой можно успешно работать также и на любительском уровне.
При выполнении лабораторной работы мы будем использовать 32-разрядную версию Sound Forge 4.5g для Windows 9x/Me/NT/2000. Применяемая также 16-разрядная версия 3.0d внешне полностью идентична рассматриваемой и отличается только меньшей производительностью. Для работы с программой необходим компьютер не ниже 486DX, минимум 8 Мбайт оперативной памяти и 5 Мбайт на жестком диске для установки программы. Sound Forge работает с любой звуковой платой, имеющей драйверы для Windows, например Sound Blaster 16. Кроме того, для работы с оцифрованным звуком необходимо иметь достаточное количество свободного места на жестком диске (одна минута стереозаписи с качеством компакт-диска занимает около 10 Мбайт). Для качественной записи и воспроизведения звука необходим достаточно быстрый жесткий диск со средним временем доступа не больше 12 миллисекунд.
Работу с программой обычно начинают с настройки ее интерфейса. Доступ ко всем функциям можно получить из главного меню, но для упрощения и ускорения работы удобно использовать линейки инструментов, на которых расположены кнопки с пиктограммами. Нажатие на кнопку эквивалентно выбору соответствующей команды из главного меню. Вызываются линейки инструментов из главного меню (File>Preferences>Toolbars). Отметив необходимые линейки крестиком, разместите их по периметру окна программы (рис. 1).

Рис. 1. Интерфейс программы Sound Forge 4.5g
Далее выберите драйверы вашей звуковой платы для аудиозаписи и воспроизведения (File>Preferences>Wave), а также для MIDI (MIDI вход и MIDI выход), если вы собираетесь использовать Sound Forge вместе с внешними MIDI-устройствами или другими программами, поддерживающими MIDI (File>Preferences>MIDI>Sync).
Также можно установить время предварительного просмотра различных звуковых эффектов, которые вы будете применять (File>Preferences>Previews). Возможность оценить результат действия применяемого к звуковому сигналу преобразования до полной обработки файла значительно сэкономит вам время при работе с большими объемами информации. На практике бывает вполне достаточно 5-10 секунд.
На этом мы закончим минимальные настройки и непосредственно приступим к работе с программой.
Для начала поставим перед собой простую задачу: записать звуковой фрагмент и провести его обработку с помощью наиболее часто используемых эффектов.
Откроем новый файл, выполнив команду File>New. Контроль над записью, воспроизведением и перемоткой к началу и концу файла осуществляется управляющими кнопками, расположенными в правой верхней части экрана и напоминающими соответствующие кнопки бытового магнитофона. Для записи используем микрофон или любой другой источник сигнала, например, магнитофон или CD-проигрыватель, подключенный к входу звуковой платы. Уровень входного сигнала можно регулировать программно при помощи микшера, встроенного в Sound Forge (Window>Mixer), стандартного регулятора уровня Windows или регулятора, поставляемого в комплекте со звуковой платой.
Далее, нажимаем на кнопку записи Record (Special>Transport>Record) и активизируем вспомогательное меню (рис. 2).
В этом меню выбирается:

• 
  формат записываемого файла Mono/Stereo, Sample Size – разрядность, Sample Rate – частота дискретизации (кнопка New);
  
• 
  режим записи (замена предыдущего дубля последующим, последовательная запись дублей).
  

Тут же находятся и индикаторы уровня входного сигнала. Формат файла можно выбрать и заранее в меню Edit>Data Format. Обратите внимание: кнопка Remote дает вам возможность управлять записью в Sound Forge из любой другой программы, например, из MIDI-секвенсера. В этом случае вы сможете с помощью Sound Forge записывать аудиотрек реального инструмента под MIDI-аккомпанемент вашего секвенсера.

Рис. 2. Вспомогательное меню
Итак, чтобы начать запись, достаточно нажать кнопку Record. Для прекращения записи нажмите кнопку Stop, появившуюся на месте кнопки Play. Затем закройте вспомогательное меню (кнопка Close) и приступайте к редактированию записанной фонограммы.
Сначала необходимо удалить заведомо лишние паузы в начале и в конце файла, появившиеся в результате задержки между моментом нажатия кнопок Record/Stop и началом/окончанием звукоизвлечения. Для этого нужно отметить подлежащую удалению область файла и выполнить команду Edit>Clear (или нажать кнопку Delete на клавиатуре). Области файла отмечаются очень просто - точно так же, как вы делаете это в текстовом редакторе: ставите мышь в выбранное место на экране и двигаете ее вправо или влево, предварительно нажав левую кнопку, затем отпускаете кнопку. Отмеченная область окрашивается в черный цвет. Заметьте, что если вы работаете со стереофайлом и хотите отметить оба канала сразу, то курсор нужно ставить недалеко от горизонтальной линии, разделяющей стереоканалы. Если же вам нужно отметить область только на одном из каналов, то курсор ставьте ниже среднего уровня правого канала или выше среднего уровня левого. Сам курсор изменит в этом случае вид на I^L или I_R.
Иногда паузу перед началом файла нужно оставить, особенно, если записанный трек был синхронизирован с другим приложением или внешним MIDI-устройством. В этом случае следует избавиться от всех шумов, присутствующих в паузе, выделив ее и выполнив команду Process>Mute.

Рис. 3. Меню Effects>Dinamics
Если сигнал слабо изменяется по громкости (например, если это звук электрогитары с эффектом Distortion), то полезно слегка ограничить его по уровню для того, чтобы избежать возможных искажений в процессе дальнейших преобразований. Для этого можно выполнить команду Effects>Dinamics>Graphic и в появившемся окне (рис. 3) скорректировать динамическую характеристику сигнала.
Следующей полезной и часто применяемой процедурой является обработка звука эквалайзером, позволяющая придать звуку желаемую тембровую окраску. В Sound Forge имеется три основных типа эквалайзера: графический (Process>EQ>Graphic), параметрический (Process>EQ>Parametric) и комбинированный (Process>EQ>Paragraphic). Параметрический и комбинированный эквалайзеры позволяет усилить или подавить выбранную вами полосу частот, графический же 10-полосный эквалайзер дает более гибкий контроль над звуком и представлен в виде панели обычного аналогового эквалайзера, с которым многие из вас наверняка знакомы (рис. 4).

Рис. 4. Окно графического эквалайзера.
Придать звуку новые краски и оттенки, можно применив эффект под названием Chorus (хорус). Chorus создает впечатление, что звучат два или несколько источников сигнала одновременно. Это достигается путем добавления к исходному необработанному сигналу его копии, задержанной во времени (до 100 миллисекунд) и слегка измененной по высоте. Для активизации хоруса выполните команду Effects>Chorus и в появившемся меню выберите какую-либо предустановку или регулируйте параметры самостоятельно, изменяя Input gain (уровень сигнала на входе), Dry out (уровень необработанного сигнала на выходе), Chorus out (уровень обработанного сигнала на выходе), Delay (задержка обработанного сигнала относительно исходного), Modulation Rate (частота модулирования обрабатываемого сигнала), Modulation Depth (глубина модуляции), Feedback (в процентах указывается, какая часть обработанного сигнала подвергается повторной обработке), Chorus size (количество обработок исходного сигнала эффектом). Для солирующей электрогитары, например, во многих случаях хорошо подходят следующие значения: Input gain = 100%; Dry out = 100%; Chorus out = 33%; Delay = 30 миллисекунд; Modulation Rate = 0.5 Гц; Modulation Depth = 8%; Feedback = 15%; Chorus size = 2. Перед тем, как применить эффект ко всему файлу, можно предварительно оценить его действие, нажав во вспомогательном меню кнопку Preview.
Одним из наиболее часто применяемых звуковых эффектов, является реверберация, которая используется для придания звуку «объема» и для имитации акустических условий различных типов помещений (концертный зал, холл, небольшая комната и т. д.). Практически ни одна современная музыкальная запись не обходится без использования реверберации в той или иной мере. Эффект реверберации основан на задержке многочисленных копий исходного сигнала во времени. Sound Forge позволяет работать с восемью копиями, для каждой из которых можно независимо задавать время задержки, амплитуду и размещение в стереоспектре. Задержанные во времени сигналы имитируют первое отражение звуковой волны от стен воображаемого помещения и далее подвергаются повторному преобразованию с параметрами Feedback, Modulation Rate, Modulation Depth и Lowpass (фильтр высоких частот). Повторное преобразование служит для имитации тысяч переотражений звука, в результате чего становится невозможным услышать какое-либо отдельное эхо в определенный момент времени. В итоге после реверберации мы имеем очень естественный и насыщенный звук. Так как реверберация использует сложный алгоритм обработки, настройки этого эффекта являются одними из самых сложных в Sound Forge. Если вы не пользуетесь заданными предустановками, то вам придется потратить довольно много времени для того, чтобы найти нужное звучание. Для вызова эффекта необходимо выполнить команду Effects>Reverb и выбрать подходящую предустановку, либо заняться регулировками самостоятельно.
Далее можно применить к записанному звуковому файлу такой часто используемый эффект, как Delay>Echo (Задержка-Эхо), который вызывается командой Effects>Delay>Echo. Delay позволяет имитировать эхо и создает впечатление, что звук, который вы слышите, раздается в большом помещении, в горах или же, наоборот, в чрезвычайно маленькой комнате. Очень интересный результат дает предустановка под названием Pseudo-stereo. Ее нужно применять только к одному из стереоканалов вашего файла.
На этом основную обработку аудиофайла можно закончить, если только вы не хотите добиться чего-нибудь экстраординарного.
Следует отметить, что три описанных выше эффекта (Chorus, Reverb, Delay/Echo) являются родственными, в их основу положен принцип задержки одной или нескольких копий исходного сигнала во времени. Поэтому применять все эти эффекты сразу к одному звуковому файлу далеко не всегда целесообразно. Часто хватает или одного из них или сочетания двух, например, Chorus>Reverb. Звук не должен в итоге оказаться забитым многочисленными эхо и непонятными шумами. Внимательно прослушивайте звуковой файл после каждой обработки и добивайтесь наилучшего результата.
С помощью имеющихся в Sound Forge средств обработки можно легко реализовать эффект постепенного нарастания громкости звучания в начале файла или затухания громкости в его конце. Достаточно лишь выделить требуемую область звуковой волны и выполнить Process>Fade>In для получения эффекта нарастания громкости или Process>Fade>Out для ее затухания. Изменения амплитуды сигнала на протяжении всего файла можно задавать и графически (Process>Fade>Graphic). Графическое представление очень наглядно и предоставляет вам определенную свободу творчества.
Описанные выше звуковые эффекты используются при обработке чуть ли не каждого звукового файла. Кроме них, Sound Forge предлагает и множество других широко распространенных инструментов, которые также очень интересны, но используются реже. Это такие специфические эффекты, как Reverse (Process>Reverse), позволяющий воспроизвести звуковой фрагмент задом наперед, Pitch Bend (Effects>Pitch>Bend), изменяющий высоту звука в соответствии с заданной огибающей, Gapper/Snipper (Effects>Gapper>Snipper) – с его помощью можно, например, придать голосу человека механические оттенки, Amplitude Modulation (амплитудная модуляция – Effects>Amplitude Modulation), позволяющий добиться как медленного тремоло, так и необычных искажений звука, Distortion (Effects>Distortion) имитирующих перегрузку усилителя и так далее.
Очень полезной на практике оказывается возможность ускорять или замедлять звуковой фрагмент, не изменяя при этом его высоту (Process>Time Compress>Expand). Музыканты могут «разгадывать» быстрые пассажи, замедляя их, или проверять, как будут звучать в требуемом темпе музыкальные фразы, которые они не могут еще сыграть достаточно быстро. К сожалению, диапазон сжатия/растяжения не очень широкий: ускорять фонограмму можно в два раза, а замедлять всего в полтора. Этот эффект также наверняка понадобиться тем, кто пользуется распространяемыми на CD-ROM библиотеками Drum Loops (зацикленные во времени ритмические рисунки, исполненные ударными инструментами). С помощью сжатия/растяжения во времени можно в разумных пределах (± 10…15%) варьировать темп исполняемой на барабанах фразы.
Еще один часто используемый и полезный эффект – это Noise Gate (Effects>Noise Gate). Он позволяет избавиться от всех шумов, присутствующих в паузах, когда основной сигнал временно отсутствует. Суть эффекта в том, что он убирает все звуки и шумы, амплитуда которых ниже заданного вами уровня.
Большую ценность программа представляет и для тех, кто занимается созданием звуков для последующего их использования в сэмплере. В состав Sound Forge входит такой мощный и удобный инструмент, как Loop Tuner, предназначенный для создания и редактирования зацикленных во времени участков звука (loop). Подобная техника (looping) позволяет добиться сколь угодно долгого звучания коротких звуков в сэмплере.

Рис. 5. Обработка сэмплов
Для того чтобы приступить к редактированию с помощью Loop Tuner, необходимо сначала выделить мышью ту часть вашего сэмпла, которую вы хотите превратить в loop, и выполнить команду Special>Edit Sample. Затем в появившемся вспомогательном меню нужно поставить отметки у надписей Sustaining (или Sustaining with Release), Infinite Loop и нажать OK. Теперь можно задействовать сам инструмент Loop Tuner командой View>Loop Tuner (рис. 5). В верхнем окне изображен весь записанный вами трек в полном объеме, а в нижнем вы видите в максимальном увеличении место «стыка» начала и конца выделенного участка. Нашей задачей теперь является как можно точнее подогнать точки «склейки» друг к другу. Начальная и конечная точки цикла легко перемещаются с помощью кнопок Zero Crossing в нижней линейке. Можно перемещать обе точки сразу, предварительно зафиксировав длину зацикленного участка кнопкой Lock Loop Length. Не стоит делать слишком короткий loop (короче 50 миллисекунд не рекомендуется), так как высота звука может в результате оказаться измененной. Нажав на кнопку Play Loop, вы сможете непосредственно прослушать, как звучит loop. Одной из самых сильных возможностей Sound Forge является то, что в нем можно редактировать loop прямо в процессе его звучания, то есть вы вносите какое-либо изменение и сразу же слышите, как оно отражается на звуке. Такую возможность предоставляют далеко не все программы. О качестве проделанной работы судите только по слуху – не должно быть никаких биений и скачков в звучании.
Звук, который в дальнейшем вы планируете загружать в сэмплер, должен иметь максимально возможную амплитуду, не вызывающую искажения сигнала. Для этого используется операция, называемая нормализацией (Process>Normalize).
Если модель вашего сэмплера поддерживается программой Sound Forge, то вы сможете загрузить в него получившийся звук командой Tools>Sampler.
Обратите внимание, что почти все эффекты можно применять не только к обоим каналам сразу, но и к одному из них отдельно. Обработка звукового файла одним и тем же эффектом, имеющим на правом и левом каналах различные установки, часто дает очень интересный результат (особенно, это относится к задержке и реверберации). Как правило, именно такой обработке, различающейся по каналам, и подвергается в настоящее время солирующий музыкальный инструмент. Эффекты, примененные к левому каналу, могут совершенно отличаться от эффектов, примененных к правому. Единственное ограничение - ваша фантазия. Не бойтесь экспериментировать. Заметное влияние на конечный результат оказывает и порядок обработки файла определенным набором эффектов. Попробуйте различные варианты (например, EQ-Chorus-Delay или Chorus-Delay-EQ и т.п.).
В процессе работы осторожно обращайтесь с процедурой сохранения, так как операция Undo (отмена) одноступенчатая, то есть, отменяет только последнее примененное к файлу преобразование; если вы зашли в обработке звука слишком далеко и хотите вернуться на два-три шага назад, то Undo уже не поможет и придется вновь открывать первоначальный файл. Поэтому бывает полезно сохранять несколько промежуточных копий файла.

2.