Какво е дитъринг
Тук е редно да започнем с обяснение на същността на цифровия сигнал. Аналогов сигнал - има непрекъсната зависимост от времето, например напрежението на изхода на аналогова верига.
Който е преподавал математика, ще стане ясно, че непрекъснатостта тук се разбира в същия смисъл като непрекъснатостта в математическия анализ: Ако има две различни точки във времето, тогава винаги можете да разгледате някаква точка във времето между тях и така нататък до безкрайност. По същия начин, ако има две нива на сигнала, да речем 0,5 V и 1 V, тогава можете да вземете предвид 0,75 V между тях, а между 0,5 V и 0,75 V можете да вземете 0,7 V или 0,51111111111111111V и т.н. Като цяло, колкото по-точно искаме да знаем всяка стойност, толкова повече цифри в числото ни трябват. Математиците са мислили за числа (реални числа) с безкраен брой цифри след десетичната запетая. Но нашите устройства (компютри), колкото и да сме надути, не могат да работят с безкрайно точни стойности на времето и сигнала. В цифровата електроника стойностите се вземат от аналогов сигнал само в определени моменти от времето (с честота, например 44,1 kHz или 96 kHz) и също се закръглят до определени стойности. Всички безкраен брой цифри, изразяващи стойността на аналоговия сигнал, се закръглят до 16 или 20 или 24 (двоични) цифри. Няма фундаментална разлика между двоични, шестнадесетични, десетични и други изчисления, те са просто различни обозначения за едно и също нещо. Но процесът на закръгляване навсякъде се свежда до факта, че изхвърляме огромен брой изясняващи цифри и оставяме само тези, които само приблизително характеризират сигнала. Тукditherидва на помощ. Да кажем, че имаме 24-битов ADC, който приема аналогов сигнал като вход и извежда с честота на семплиране (например 96kHz) на изхода във форматанабор от нули и единици в размер на 24 броя за всяко времево четене. ЦАП, напротив, може да приеме точно тази последователност от 24-битови числа като вход и да произведе един вид "закръглено" приблизително копие на оригиналния аналогов сигнал. Сега нека си представим, че искаме да запишем това копие на обикновен музикален компактдиск. Тогава няма да можем да натъпчем напълно тези 24 бита, компактът ви позволява да съхранявате грубата стойност на сигнала само в 16 бита. Как можем да бъдем? Е, ние вземаме и изхвърляме долните 8 бита в 24-битов сигнал. Това е приблизително така, ако калкулаторът в магазина показва, че трябва да платите 45 рубли 56,78564 копейки за един хляб наденица. Ясно е, че сумата ще бъде закръглена до 45 рубли 57 копейки или дори до 46 рубли. Така се оказва, че 24-битовото кодиране на аналогов сигнал е толкова перфектно, че "нито едно куче" не може да го различи от оригиналния аналогов, но ако вземете и глупаво отрежете същите тези 8 бита, тогава качеството на сигнала, особено неговите "жизненоважни" характеристики като слабо далечно затихване на реверберацията, всякакви обертонове на самите инструменти и т.н., всичко това е осезаемо убито чрез отрязване на битовете и е много забележимо може на слух. Това е CUT EFFECT, срещу който DITHER се бори.
Сега малко за динамичния диапазон на цифровото аудио. Децибелите са характеристика за сравняване на големината на два сигнала. Ако трябва да сравните две напрежения U1 и U2, тогава разглеждаме следата. стойност: 10 lg (U1 / U2), това ще бъде сравнение в децибели на два сигнала. Числото 10 преди логаритъма просто съответства на префикса deci-, онези. десета част. Ако просто се вземе предвид десетичният логаритъм, тогава съотношението на сигналите ще бъде изразено в Bells, а Bell ще бъде неудобна и твърде голяма стойност. Ако U1 = 10 волта и U2 = 1 волт, тогава U1 ще бъде с 10 dB по-висока амплитуда от U2. Всъщност човешкиухото сравнява по-скоро не амплитудите на сигналите, а техните мощности. Мощността на сигнала е пропорционална на амплитудата на квадрат (степен на 2). Следователно тази двойка се изважда от знака на десетичния логаритъм и се получава формула за сравнение: 20 lg (U1 / U2) и същите 10 волта и 1 волт ще се различават по мощност с 20 dB. А увеличение на амплитудата с коефициент 2 с добра точност е равно на увеличение на мощността с 6 dB. Човешкото ухо усеща промяна на звука от около 1 dB. Това обяснява предимството на deciBell пред Bell. Сега няма нищо по-лесно от изчисляването на динамичния обхват (и както се оказва по-късно, това все още не е динамичният обхват, а само максималното съотношение сигнал/шум) на стандартно цифрово 16-битово аудио: 20 lg (2^16/2^0) = 20 lg (65536) = 96,3 dB битът с най-малката стойност, когато всички водещи са равни на нула, вече не е в състояние, тъй като изглежда, за кодиране дори на по-малки сигнали. Тук се проявява магията на ditheringa.
Дитърът е шумов сигнал, който се добавя към оригиналния сигнал с голяма битова дълбочина (например 24 бита) и има амплитуда на нивото на най-малкия бит от сигнала, който се планира да бъде получен (например 16 бита) Ако оригиналният 24-битов сигнал има формата ABCD EFGH IJKL MNOP QRST UVWX, където всяка буква означава 0 или 1 (двоично представяне), бит А е най-значимият, бит X е най-малкият значително, тогава дитър има формата 0000 0 000 0000 0000 EYNC FCTP, т.е. долните осем бита могат да бъдат 0 или 1, а всички горни 16 бита са нула. 24-битовият сигнал се добавя към дитерома и след това се получава същото изрязване до 16-битов сигнал. Но. прекъсването след сумирането води до 16-битов сигналформа: ABCD EFGH IJKL MNb, където предишните по-ниски 2 бита на O и P могат да се променят поради сумиране с дитером и да станат b и b. По този начин, когато се сумира, цялата последователност от QRST UVWX битове засяга ниските битове b и b на получения 16-битов сигнал. И се оказва, че това добавяне на шум не влошава, а подобрява възприемането на 16-битова музика. Всички слаби анимационни сигнали от изрязаните осем бита се усещат в 16-битовия сигнал. Всичко това е малко като чудо, но съвсем обективно звуковите инженери слушат динамичния диапазон не до 96 dB, а дори до 115. Фантастично, нали? Това разширяване на динамичния обхват води до звуци, които са 9 пъти по-слаби по амплитуда от най-слабия звук, който може да бъде кодиран с най-малкия бит. Сега, това е същността на ditheringa.
Сега малко за термините. dither - гореописания шумов сигнал. Спектралните характеристики на този сигнал от различни компании варират в доста широк диапазон, от бял шум до някакъв вид вече периодични (формално безшумни) сигнали. Спектърът на дитера влияе както върху качеството на разширението на динамичния обхват, така и върху възприемането на самия дитер като шум при запис. Ако дитър (дитър) има спектър в диапазона 10 kHz - 20 kHz, тогава на ухо е почти незабележимо, но върши добре работата си. Тук е уместно да се отбележи, че самият дитър не е необходимо да бъде цифров сигнал. Със самия смисъл на процедурата за получаване на цифров сигнал е ясно, че можете да смесите аналогов шум с аналогов сигнал и след това да извършите аналогово-цифрово преобразуване с произволна битова дълбочина. Струва си да се отбележи, че ако битовата дълбочина на ADC достигне 20, тогава към сигнала се добавя трептене, независимо дали го искаме или не, защото електрониката при стайна температуратемператури генерира собствен шум, който не може да бъде избегнат (не разглеждаме криогенни системи) и тези шумове се добавят към сигнала. Но на 20-битово ниво практически няма нужда от дитъринг, такова представяне на сигнала вече е перфектно. Записването на аналогов сигнал цифрово с добавяне на шум обикновено се нарича ditheringom. И reditheringom се нарича намаляване на битовата дълбочина на сигнала след цифрова обработка. Всяка обработка изисква, като правило, значително по-голяма битова дълбочина от 24 и още повече от 16 бита. Виртуалните синтезатори, например, работят с 32-битови числа с плаваща запетая и след това се прилага redithering за правилно преобразуване на сигнала в 16-битов. Въпреки че същността на процеса е същата и можете да кажете просто - dithering.
От всичко казано става ясно, че дитърингът е тясно свързан с битовата дълбочина на представянето на сигнала, по-точно с преобразуването на една битова дълбочина в друга, по-груба, но по-евтина и приета. Въпреки това, този инструмент не трябва да се злоупотребява. Опитни мастеринг инженери съветват използването на ditheringom само веднъж през целия период на проекта. Няколко преобразувания на типове 16 -> 24; 24-> 16 ще убие качеството и дитера няма да помогне. Няма да е възможно да се компенсира дитърът и ниският капацитет на вътрешната аритметика на процесорите (плъгини). С течение на времето 16 бита вероятно ще умрат, ще има 20 и 24 битови системи. Вероятно ще запомним Dieter по същия начин, както игриво в Quake-3 си спомняме играчките Dos, гениални в своята находчивост, насочени към разширяване на границите на оскъдните технически възможности със силата на интелекта на програмиста. Но между другото, един гений (не само технически, но и музикален) винаги работи и твори в някаква рамка.