النطاق الديناميكي: مضغوط أو قياسي. الإتقان العكسي: هل من الممكن زيادة النطاق الديناميكي للتسجيلات المضغوطة؟ النسبة أو نسبة الضغط

مستوى الصوت هو نفسه في جميع أنحاء التكوين بأكمله، وهناك عدة توقفات.

تضييق النطاق الديناميكي

تضييق النطاق الديناميكي، أو ببساطة أكثر ضغط، ضروري لأغراض مختلفة، وأكثرها شيوعا هي:

1) تحقيق مستوى صوت موحد في كامل التكوين (أو جزء الآلة).

2) تحقيق مستوى صوت موحد للأغاني طوال فترة الألبوم/البث الإذاعي.

2) زيادة الوضوح، خاصة عند ضغط جزء معين (غناء، طبلة الجهير).

كيف يحدث تضييق النطاق الديناميكي؟

يقوم الضاغط بتحليل مستوى الصوت عند الإدخال من خلال مقارنته بقيمة الحد المحددة من قبل المستخدم.

إذا كان مستوى الإشارة أقل من القيمة عتبة– ثم يستمر الضاغط في تحليل الصوت دون تغييره. إذا تجاوز مستوى الصوت قيمة الحد الأدنى، يبدأ الضاغط في عمله. وبما أن دور الضاغط هو تضييق النطاق الديناميكي، فمن المنطقي افتراض أنه يحد من قيم السعة الأكبر والأصغر (مستوى الإشارة). في المرحلة الأولى تكون القيم الأكبر محدودة، والتي يتم تقليلها بقوة معينة، وهو ما يسمى نسبة(سلوك). لنلقي نظرة على مثال:

تعرض المنحنيات الخضراء مستوى الصوت؛ وكلما زاد مدى تذبذباتها من المحور X، زاد مستوى الإشارة.

الخط الأصفر هو العتبة (العتبة) لتشغيل الضاغط. من خلال جعل قيمة العتبة أعلى، يقوم المستخدم بتحريكها بعيدًا عن المحور X. ومن خلال جعل قيمة العتبة أقل، يقوم المستخدم بتقريبها من المحور Y. ومن الواضح أنه كلما انخفضت قيمة العتبة، كلما زاد الضغط على الضاغط تعمل والعكس صحيح، كلما كان ذلك أعلى، كلما كان ذلك أقل في كثير من الأحيان. إذا كانت قيمة النسبة مرتفعة جدًا، فبعد الوصول إلى مستوى إشارة العتبة، سيتم قمع جميع الإشارات اللاحقة بواسطة الضاغط حتى الصمت. إذا كانت قيمة النسبة صغيرة جدًا، فلن يحدث شيء. سيتم مناقشة اختيار قيم العتبة والنسبة لاحقًا. الآن يجب أن نسأل أنفسنا السؤال التالي: ما الفائدة من قمع كل الأصوات اللاحقة؟ في الواقع، هذا ليس له أي معنى، نحتاج فقط إلى التخلص من قيم السعة (القمم) التي تتجاوز قيمة العتبة (المميزة باللون الأحمر على الرسم البياني). لحل هذه المشكلة توجد معلمة يطلق(التوهين) الذي يحدد مدة الضغط.

يوضح المثال أن التجاوز الأول والثاني لعتبة العتبة يدوم أقل من التجاوز الثالث لعتبة العتبة. لذلك، إذا تم تعيين معلمة الإصدار على القمتين الأولين، فعند معالجة الجزء الثالث، قد يبقى جزء غير معالج (نظرًا لأن تجاوز عتبة العتبة يستمر لفترة أطول). إذا تم تعيين معلمة الإصدار على الذروة الثالثة، فعند معالجة القمم الأولى والثانية، يتم تشكيل انخفاض غير مرغوب فيه في مستوى الإشارة خلفهما.

الأمر نفسه ينطبق على معلمة النسبة. إذا تم ضبط معلمة النسبة على القمتين الأوليين، فلن يتم قمع الثالثة بشكل كافٍ. إذا تم تكوين معلمة النسبة لمعالجة الذروة الثالثة، فستكون معالجة القمتين الأوليين مفرطة جدًا.

ويمكن حل هذه المشاكل بطريقتين:

1) تحديد معلمة الهجوم (الهجوم) - حل جزئي.

2) الضغط الديناميكي - الحل الكامل.

معامل ألا يزال (هجوم)الغرض منه هو ضبط الوقت الذي سيبدأ الضاغط بعده في العمل بعد تجاوز عتبة الحد الأدنى. إذا كانت المعلمة قريبة من الصفر (تساوي الصفر في حالة الضغط المتوازي، راجع المقالة المقابلة) - فسيبدأ الضاغط في قمع الإشارة على الفور، وسيعمل لمدة الوقت المحددة بواسطة معلمة الإصدار. إذا كانت سرعة الهجوم عالية، فسيبدأ الضاغط عمله بعد فترة زمنية معينة (وهذا ضروري لإعطاء الوضوح). في حالتنا، يمكننا ضبط معلمات العتبة (العتبة)، والتوهين (الإصدار)، ومستوى الضغط (النسبة) لمعالجة القمتين الأوليين، وتعيين قيمة الهجوم بالقرب من الصفر. ثم يقوم الضاغط بقمع القمتين الأوليين، وعند معالجة الثالثة، يقوم بقمعها حتى يتم تجاوز العتبة (العتبة). ومع ذلك، فإن هذا لا يضمن معالجة صوت عالية الجودة وهو قريب من الحد (قطع تقريبي لجميع قيم السعة، في هذه الحالة يسمى الضاغط المحدد).

دعونا نلقي نظرة على نتيجة معالجة الصوت باستخدام الضاغط:

اختفت القمم، وألاحظ أن إعدادات المعالجة كانت لطيفة جدًا وقمنا بقمع قيم السعة الأبرز فقط. ومن الناحية العملية، يضيق النطاق الديناميكي أكثر بكثير وهذا الاتجاه يتقدم فقط. في أذهان العديد من الملحنين، فإنهم يجعلون الموسيقى أعلى صوتًا، لكنهم في الواقع يحرمونها تمامًا من الديناميكية بالنسبة لأولئك المستمعين الذين قد يستمعون إليها في المنزل وليس على الراديو.

علينا فقط أن نأخذ في الاعتبار معلمة الضغط الأخيرة، وهي هذه يكسب(يكسب). تم تصميم الكسب لزيادة سعة التركيبة بأكملها، وفي الواقع، يعادل أداة أخرى لتحرير الصوت - التطبيع. دعونا نلقي نظرة على النتيجة النهائية:

في حالتنا، تم تبرير الضغط وتحسين جودة الصوت، حيث أن الذروة البارزة هي على الأرجح حادث أكثر من كونها نتيجة متعمدة. بالإضافة إلى ذلك، من الواضح أن الموسيقى إيقاعية، وبالتالي فهي ذات نطاق ديناميكي ضيق. في الحالات التي تكون فيها قيم السعة العالية مقصودة، قد يكون الضغط خطأ.

الضغط الديناميكي

الفرق بين الضغط الديناميكي والضغط غير الديناميكي هو أنه في الأول، يعتمد مستوى كبت الإشارة (النسبة) على مستوى إشارة الدخل. الضواغط الديناميكية موجودة في جميع البرامج الحديثة، ويتم التحكم في معاملات النسبة والعتبة باستخدام نافذة (كل معلمة لها محورها الخاص):

لا يوجد معيار واحد لعرض الرسم البياني؛ في مكان ما على طول المحور Y يتم عرض مستوى الإشارة الواردة، وفي مكان ما على العكس من ذلك، يتم عرض مستوى الإشارة بعد الضغط. في مكان ما النقطة (0،0) تقع في الزاوية اليمنى العليا، في مكان ما في أسفل اليسار. على أية حال، عند تحريك مؤشر الماوس فوق هذا الحقل، تتغير قيم الأرقام التي تتوافق مع معلمات النسبة والعتبة. أولئك. يمكنك تعيين مستوى الضغط لكل قيمة عتبة، مما يسمح بإعدادات ضغط مرنة للغاية.

سلسلة جانبية

يقوم ضاغط السلسلة الجانبية بتحليل إشارة قناة واحدة، وعندما يتجاوز مستوى الصوت العتبة (العتبة)، فإنه يطبق الضغط على قناة أخرى. تتميز السلسلة الجانبية بمزايا العمل مع الأدوات الموجودة في نفس منطقة التردد (يتم استخدام مجموعة الركلة الجهيرية بشكل نشط)، ولكن في بعض الأحيان يتم استخدام الأدوات الموجودة في مناطق تردد مختلفة أيضًا، مما يؤدي إلى تأثير سلسلة جانبية مثير للاهتمام.

الجزء الثاني – مراحل الضغط

هناك ثلاث مراحل للضغط:

1) المرحلة الأولى هي ضغط الأصوات الفردية (الأصوات المنفردة).

يتميز جرس أي أداة بالخصائص التالية: الهجوم، التثبيت، الاضمحلال، التأخير، الاستدامة، الإصدار.

تنقسم مرحلة ضغط الأصوات الفردية إلى قسمين:

1.1) ضغط الأصوات الفردية للآلات الإيقاعية

غالبًا ما تتطلب مكونات الإيقاع ضغطًا منفصلاً لمنحها الوضوح. يقوم العديد من الأشخاص بمعالجة طبلة الجهير بشكل منفصل عن الآلات الإيقاعية الأخرى، سواء في مرحلة ضغط الأصوات الفردية أو في مرحلة ضغط الأجزاء الفردية. ويرجع ذلك إلى حقيقة أنها تقع في منطقة التردد المنخفض، حيث بالإضافة إلى ذلك، عادة ما يكون هناك صوت جهير فقط. وضوح طبلة الجهير يعني وجود نقرة مميزة (تتميز طبلة الجهير بهجوم قصير جدًا ووقت انتظار). إذا لم يكن هناك نقرة، فأنت بحاجة إلى معالجتها باستخدام ضاغط، وتعيين العتبة على الصفر ووقت الهجوم من 10 إلى 50 مللي ثانية. يجب أن ينتهي التدحرج (Realese) للضاغط قبل أن تضرب أسطوانة الركلة التالية. يمكن حل المشكلة الأخيرة باستخدام الصيغة: 60.000 / نبضة في الدقيقة، حيث BPM هو إيقاع المقطوعة الموسيقية. لذلك، على سبيل المثال) 60,000/137=437.96 (الوقت بالمللي ثانية حتى ظهور إيقاع متشائم جديد لتركيبة رباعية الأبعاد).

ينطبق كل ما سبق على الآلات الإيقاعية الأخرى ذات وقت الهجوم القصير - يجب أن يكون لها نقرة حادة لا ينبغي قمعها بواسطة الضاغط في أي مرحلة من مستويات الضغط.

1.2) الضغطالأصوات الفرديةالأدوات التوافقية

على عكس الآلات الإيقاعية، نادرا ما تتكون أجزاء الآلات التوافقية من أصوات فردية. ومع ذلك، هذا لا يعني أنه لا ينبغي معالجتها على مستوى ضغط الصوت. إذا كنت تستخدم عينة مع جزء مسجل، فهذا هو المستوى الثاني من الضغط. تنطبق فقط الأدوات التوافقية المركبة على مستوى الضغط هذا. يمكن أن تكون هذه أدوات أخذ العينات، وأجهزة توليف باستخدام طرق مختلفة لتوليف الصوت (النمذجة المادية، FM، المضافة، الطرح، وما إلى ذلك). كما خمنت على الأرجح، نحن نتحدث عن برمجة إعدادات آلة النطق. نعم! وهذا أيضًا ضغط! تحتوي جميع آلات المزج تقريبًا على معلمة مغلف قابلة للبرمجة (ADSR)، والتي تعني المغلف. باستخدام المظروف، يمكنك ضبط وقت الهجوم، والاضمحلال، والاستدامة، والإفراج. وإذا أخبرتني أن هذا ليس ضغطًا لكل صوت على حدة - فأنت عدوي مدى الحياة!

2) المرحلة الثانية – ضغط الأجزاء الفردية.

أعني بضغط الأجزاء الفردية تضييق النطاق الديناميكي لعدد من الأصوات الفردية المدمجة. تتضمن هذه المرحلة أيضًا تسجيلات للأجزاء، بما في ذلك الأغاني، والتي تتطلب معالجة الضغط لإضفاء الوضوح والوضوح. عند معالجة الأجزاء عن طريق الضغط، عليك أن تأخذ في الاعتبار أنه عند إضافة أصوات فردية، قد تظهر قمم غير مرغوب فيها، والتي تحتاج إلى التخلص منها في هذه المرحلة، لأنه إذا لم يتم ذلك الآن، فقد تتفاقم الصورة في مرحلة خلط التركيبة بأكملها. في مرحلة ضغط الأجزاء الفردية، من الضروري مراعاة ضغط مرحلة معالجة الأصوات الفردية. إذا حققت وضوح طبلة Bass، فإن إعادة المعالجة غير الصحيحة في المرحلة الثانية يمكن أن تدمر كل شيء. ليس من الضروري معالجة جميع الأجزاء باستخدام الضاغط، كما أنه ليس من الضروري معالجة جميع الأصوات الفردية. أنصحك بتثبيت محلل السعة، فقط في حالة، لتحديد وجود آثار جانبية غير مرغوب فيها للجمع بين الأصوات الفردية. بالإضافة إلى الضغط في هذه المرحلة، من الضروري التأكد من أن الدفعات مختلفة إن أمكن نطاقات الترددلكي يتم التكميم. من المفيد أيضًا أن نتذكر أن الصوت له خاصية الإخفاء (الصوتيات النفسية):

1) يتم إخفاء الصوت الأكثر هدوءًا بواسطة صوت أعلى يأتي أمامه.

2) يتم إخفاء الصوت الأكثر هدوءًا عند التردد المنخفض بصوت أعلى عند التردد العالي.

لذلك، على سبيل المثال، إذا كان لديك جزء مركب، فغالبًا ما تبدأ النوتات الموسيقية في التشغيل قبل انتهاء النغمات السابقة. في بعض الأحيان يكون ذلك ضروريًا (إنشاء الانسجام، وأسلوب اللعب، وتعدد الأصوات)، ولكن في بعض الأحيان لا يكون كذلك على الإطلاق - يمكنك قطع نهايتها (تأخير - تحرير) إذا كانت مسموعة في الوضع الفردي، ولكنها غير مسموعة في وضع التشغيل لجميع الأجزاء . وينطبق الشيء نفسه على التأثيرات، مثل الصدى - فلا ينبغي أن يستمر حتى يبدأ مصدر الصوت مرة أخرى. من خلال قطع الإشارة غير الضرورية وإزالتها، فإنك تجعل الصوت أكثر نظافة، ويمكن اعتبار ذلك أيضًا بمثابة ضغط - لأنك تقوم بإزالة الموجات غير الضرورية.

3) المرحلة الثالثة – ضغط التكوين.

عند ضغط تركيبة كاملة، عليك أن تأخذ في الاعتبار حقيقة أن جميع الأجزاء عبارة عن مزيج من العديد من الأصوات الفردية. لذلك، عند الجمع بينهما والضغط اللاحق، علينا التأكد من أن الضغط النهائي لا يفسد ما حققناه في المرحلتين الأوليين. تحتاج أيضًا إلى فصل التراكيب التي يكون فيها النطاق الواسع أو الضيق مهمًا. عند ضغط التركيبات ذات النطاق الديناميكي الواسع، يكفي تركيب ضاغط يسحق القمم قصيرة المدى التي تكونت نتيجة إضافة الأجزاء معًا. عند ضغط تركيبة يكون فيها النطاق الديناميكي الضيق مهمًا، يكون كل شيء أكثر تعقيدًا. هناك ضواغط هنا مؤخراتسمى المكبرات. Maximizer هو مكون إضافي يجمع بين الضاغط والمحدد ومعادل الرسوميات والمنشط وأدوات تحويل الصوت الأخرى. وفي نفس الوقت يجب أن يكون لديه أدوات تحليل سليمة. يعد تعظيم المعالجة النهائية باستخدام الضاغط أمرًا ضروريًا إلى حد كبير لمكافحة الأخطاء التي حدثت في المراحل السابقة. الأخطاء - ليس كثيرًا في الضغط (ومع ذلك، إذا فعلت في المرحلة الأخيرة ما كان بإمكانك فعله في المرحلة الأولى، فهذا خطأ بالفعل)، ولكن في الاختيار الأولي للعينات والأدوات الجيدة التي لن تتداخل مع كل منها أخرى (نحن نتحدث عن نطاقات التردد) . وهذا هو بالضبط سبب تصحيح استجابة التردد. غالبًا ما يحدث أنه مع الضغط القوي على السيد، من الضروري تغيير معلمات الضغط والمزج في مراحل مبكرة، لأنه مع تضييق قوي للنطاق الديناميكي، تخرج الأصوات الهادئة التي كانت ملثمة مسبقًا، وصوت المكونات الفردية من تغييرات التكوين.

في هذه الأجزاء، لم أتحدث عمدا عن معلمات ضغط محددة. لقد وجدت أنه من الضروري أن أكتب عن حقيقة أنه عند الضغط من الضروري الانتباه إلى جميع الأصوات وجميع الأجزاء في جميع مراحل إنشاء التركيبة. هذه هي الطريقة الوحيدة التي ستحصل بها في النهاية على نتيجة متناغمة ليس فقط من وجهة نظر نظرية الموسيقى، ولكن أيضًا من وجهة نظر هندسة الصوت.

الجدول أدناه يعطي نصيحة عمليةلمعالجة الدفعات الفردية. ومع ذلك، في عملية الضغط، يمكن للأرقام والإعدادات المسبقة أن تقترح فقط المنطقة المطلوبة للبحث فيها. تعتمد إعدادات الضغط المثالية على كل حالة على حدة. تفترض معلمات الكسب والعتبة مستوى صوت عادي (الاستخدام المنطقي للنطاق بأكمله).

الجزء الثالث - معلمات الضغط

معلومات مختصرة:

العتبة - تحدد مستوى صوت الإشارة الواردة، وعند الوصول إليها يبدأ الضاغط في العمل.

الهجوم – يحدد الوقت الذي سيبدأ الضاغط في العمل بعده.

المستوى (النسبة) - يحدد درجة التخفيض في قيم السعة (بالنسبة لقيمة السعة الأصلية).

الإصدار - يحدد الوقت الذي سيتوقف الضاغط عن العمل بعده.

الكسب – يحدد مستوى الزيادة في الإشارة الواردة بعد معالجتها بواسطة الضاغط.

جدول الضغط:

تم أخذ المعلومات من مصادر مختلفة تمت الإشارة إليها بواسطة الموارد الشائعة على الإنترنت. يتم تفسير الاختلاف في معلمات الضغط من خلال تفضيلات الصوت المختلفة والعمل مع مواد مختلفة.

دعونا نفكر في السؤال - لماذا نحتاج إلى رفع مستوى الصوت؟ من أجل سماع أصوات هادئة غير مسموعة في ظروفنا (على سبيل المثال، إذا كنت لا تستطيع الاستماع بصوت عالٍ، إذا كان هناك ضوضاء غريبةفي الغرفة، الخ). هل من الممكن تضخيم الأصوات الهادئة مع ترك الأصوات العالية وحدها؟ اتضح أن هذا ممكن. تسمى هذه التقنية ضغط النطاق الديناميكي (DRC). للقيام بذلك، تحتاج إلى تغيير مستوى الصوت الحالي باستمرار - تضخيم الأصوات الهادئة، بصوت عال - لا. أبسط قانون لتغير الحجم هو قانون خطي، أي. يتغير الحجم وفقًا للقانونoutput_loudness = k * input_loudness، حيث k هي نسبة ضغط النطاق الديناميكي:

الشكل 18. ضغط النطاق الديناميكي.

عندما يكون k = 1، لا يتم إجراء أي تغييرات (حجم الإخراج يساوي حجم الإدخال). في ك< 1 громкость будет увеличиваться, а динамический диапазон - сужаться. Посмотрим на график (k=1/2) - тихий звук, имевший громкость -50дБ станет громче на 25дБ, что значительно громче, но при этом громкость диалогов (-27дБ) повысится всего лишь на 13.5дБ, а громкость самых громких звуков (0дБ) вообще не изменится. При k >1 - سينخفض ​​مستوى الصوت ويزداد النطاق الديناميكي.

دعونا نلقي نظرة على الرسوم البيانية للحجم (k = 1/2: يتم مضاعفة ضغط DD):

الشكل 19. الرسوم البيانية لجهارة الصوت.

كما ترون في النسخة الأصلية، كان هناك أصوات هادئة جدًا، 30 ديسيبل تحت مستوى الحوار، وأصوات عالية جدًا - 30 ديسيبل فوق مستوى الحوار. الذي - التي. كان النطاق الديناميكي 60 ديسيبل. بعد الضغط، تصبح الأصوات العالية أعلى بمقدار 15 ديسيبل فقط، والأصوات الهادئة أقل بمقدار 15 ديسيبل من الحوار (أصبح النطاق الديناميكي الآن 30 ديسيبل). وهكذا، أصبحت الأصوات العالية أكثر هدوءًا بشكل ملحوظ، والأصوات الهادئة أصبحت أعلى بشكل ملحوظ. في هذه الحالة لا يوجد تجاوز!

الآن دعونا نلقي نظرة على الرسوم البيانية:

الشكل 20. مثال الضغط.

كما ترون بوضوح، مع التضخيم حتى +30 ديسيبل، يتم الحفاظ على شكل الرسم البياني جيدًا، مما يعني أن الأصوات العالية تظل معبرًا عنها جيدًا (لا تصل إلى الحد الأقصى ولا تنقطع، كما يحدث مع التضخيم البسيط) . وهذا ينتج أصواتًا هادئة. يظهر الرسم البياني هذا بشكل سيء، ولكن الفرق ملحوظ جدًا عن طريق الأذن. عيب هذه الطريقة هو نفس القفزات في الحجم. ومع ذلك، فإن آلية حدوثها تختلف عن قفزات الجهارة التي تحدث أثناء القطع، وشخصيتها مختلفة - فهي تظهر بشكل أساسي عند تضخيم الأصوات الهادئة بقوة (وليس عند قطع الأصوات العالية، كما هو الحال مع التضخيم الطبيعي). يؤدي المستوى المفرط من الضغط إلى تسطيح الصورة الصوتية - تميل جميع الأصوات إلى أن تكون بنفس ارتفاع الصوت وعدم التعبير.

قد يؤدي التضخيم المفرط للأصوات الهادئة إلى جعل ضوضاء التسجيل مسموعة. ولذلك، يستخدم المرشح خوارزمية معدلة قليلاً بحيث يرتفع مستوى الضوضاء بشكل أقل:

الشكل 21. زيادة الحجم دون زيادة الضوضاء.

أولئك. عند مستوى صوت -50 ديسيبل، تنحرف وظيفة النقل، وسيتم تضخيم الضوضاء بشكل أقل (الخط الأصفر). في حالة عدم وجود مثل هذا الانعطاف، ستكون الضوضاء أعلى بكثير (الخط الرمادي). يعمل هذا التعديل البسيط على تقليل كمية التشويش بشكل كبير حتى عند مستويات الضغط العالية جدًا (ضغط 1:5 في الصورة). يضبط مستوى "DRC" الموجود في المرشح مستوى الكسب للأصوات الهادئة (عند -50 ديسيبل)، أي. يتوافق مستوى الضغط 1/5 الموضح في الشكل مع مستوى +40 ديسيبل في إعدادات الفلتر.

© 2014 الموقع

أو خط العرض الفوتوغرافيالمادة الفوتوغرافية هي النسبة بين الحد الأقصى والحد الأدنى لقيم التعريض التي يمكن التقاطها بشكل صحيح في الصورة. تنطبق على التصوير الرقمى، فإن النطاق الديناميكي يعادل في الواقع نسبة الحد الأقصى والحد الأدنى للقيم الممكنة للإشارة الكهربائية المفيدة التي يولدها المستشعر الضوئي أثناء التعرض.

يتم قياس النطاق الديناميكي في نقاط توقف التعريض (). كل خطوة تتوافق مع مضاعفة كمية الضوء. لذلك، على سبيل المثال، إذا كانت كاميرا معينة لديها نطاق ديناميكي قدره 8 EV، فهذا يعني أن القيمة القصوى الممكنة للإشارة المفيدة لمصفوفتها ترتبط بالحد الأدنى 2 8: 1، مما يعني أن الكاميرا قادرة على التقاط الأشياء التي تختلف في السطوع داخل إطار واحد بما لا يزيد عن 256 مرة. وبشكل أكثر دقة، يمكنها التقاط الكائنات بأي سطوع، لكن الكائنات التي يتجاوز سطوعها الحد الأقصى للقيمة المسموح بها ستظهر باللون الأبيض المبهر في الصورة، والكائنات التي يكون سطوعها أقل من الحد الأدنى للقيمة ستظهر باللون الأسود الداكن. ستكون التفاصيل والملمس مرئية فقط على الكائنات التي يقع سطوعها ضمن النطاق الديناميكي للكاميرا.

لوصف العلاقة بين سطوع الأجسام الأفتح والأغمق التي يتم تصويرها، غالبًا ما يتم استخدام المصطلح غير الصحيح تمامًا "النطاق الديناميكي للمشهد". سيكون من الأصح الحديث عن نطاق السطوع أو مستوى التباين، حيث أن النطاق الديناميكي عادة ما يكون من سمات جهاز القياس (في هذه الحالة، مصفوفة الكاميرا الرقمية).

لسوء الحظ، يمكن أن يتجاوز نطاق السطوع للعديد من المشاهد الجميلة التي نواجهها في الحياة الواقعية النطاق الديناميكي للكاميرا الرقمية بشكل كبير. في مثل هذه الحالات، يضطر المصور إلى تحديد الأشياء التي يجب العمل عليها بالتفصيل الكامل، وأيها يمكن تركه خارج النطاق الديناميكي دون المساس بالهدف الإبداعي. لتحقيق أقصى استفادة من النطاق الديناميكي للكاميرا، قد لا تحتاج في بعض الأحيان إلى فهم شامل لكيفية عمل المستشعر الضوئي، بل تحتاج إلى حس فني متطور.

العوامل التي تحد من النطاق الديناميكي

يتم تعيين الحد الأدنى للنطاق الديناميكي من خلال مستوى الضوضاء الذاتية لجهاز الاستشعار الضوئي. حتى المصفوفة غير المضاءة تولد إشارة كهربائية خلفية تسمى الضوضاء المظلمة. يحدث التداخل أيضًا عندما يتم نقل الشحنة إلى المحول التناظري إلى الرقمي، ويقوم ADC نفسه بإدخال خطأ معين في الإشارة الرقمية - ما يسمى. الضوضاء أخذ العينات

إذا التقطت صورة في ظلام دامس أو مع غطاء العدسة، فستسجل الكاميرا فقط هذا الضجيج الذي لا معنى له. إذا سمحت لكمية قليلة من الضوء بالوصول إلى المستشعر، فستبدأ الثنائيات الضوئية في التراكم الشحنة الكهربائية. إن حجم الشحنة، وبالتالي شدة الإشارة المفيدة، سيكون متناسبًا مع عدد الفوتونات الملتقطة. لكي تظهر أي تفاصيل ذات معنى في الصورة، من الضروري أن يتجاوز مستوى الإشارة المفيدة مستوى ضوضاء الخلفية.

وبالتالي، يمكن تعريف الحد الأدنى للنطاق الديناميكي، أو بعبارة أخرى، عتبة حساسية المستشعر رسميًا على أنه مستوى إشارة الخرج التي تكون عندها نسبة الإشارة إلى الضوضاء أكبر من الوحدة.

يتم تحديد الحد الأعلى للنطاق الديناميكي من خلال سعة الثنائي الضوئي الفردي. إذا قام أي صمام ثنائي ضوئي أثناء التعرض بتجميع شحنة كهربائية بقيمتها القصوى، فإن بكسل الصورة المقابل للثنائي الضوئي المحمل بشكل زائد سوف يتحول إلى اللون الأبيض بالكامل، ولن يؤثر المزيد من التشعيع على سطوعه بأي شكل من الأشكال. وتسمى هذه الظاهرة لقطة. كلما زادت سعة التحميل الزائد للثنائي الضوئي، زادت إشارة الخرج التي يمكن أن ينتجها قبل أن يصل إلى التشبع.

لمزيد من الوضوح، دعونا ننتقل إلى المنحنى المميز، وهو رسم بياني لإشارة الخرج مقابل التعرض. على المحور الافقييتم رسم اللوغاريتم الثنائي للإشعاع الذي يستقبله المستشعر، وعلى الخط العمودي يوجد اللوغاريتم الثنائي لحجم الإشارة الكهربائية التي يولدها المستشعر استجابة لهذا الإشعاع. رسوماتي تقليدية إلى حد كبير وتخدم أغراضًا توضيحية بحتة. يتميز المنحنى المميز لمستشعر الضوء الحقيقي بشكل أكثر تعقيدًا قليلاً، ونادرًا ما يكون مستوى الضوضاء مرتفعًا جدًا.

يُظهر الرسم البياني بوضوح نقطتي تحول حاسمتين: في الأولى، يتجاوز مستوى الإشارة المفيدة عتبة الضوضاء، وفي الثانية، تصل الثنائيات الضوئية إلى التشبع. تشكل قيم التعريض التي تقع بين هاتين النقطتين النطاق الديناميكي. في هذا المثال المجرد، يساوي، كما هو واضح، 5 EV، أي. يمكن للكاميرا التعامل مع خمسة مضاعفة من التعرض، وهو ما يعادل 32 ضعفا (2 5 = 32) فرق في السطوع.

مناطق التعرض التي تشكل النطاق الديناميكي غير متساوية. تتمتع المناطق العلوية بنسبة إشارة إلى ضوضاء أعلى، وبالتالي تبدو أكثر نظافة وتفصيلاً من المناطق السفلية. ونتيجة لذلك، فإن الحد الأعلى للنطاق الديناميكي مهم جدًا وملحوظ - حيث يؤدي القطع إلى قطع الضوء عند أدنى تعريض ضوئي زائد، في حين أن الحد الأدنى غارق بشكل غير واضح في الضوضاء، والانتقال إلى اللون الأسود ليس حادًا مثل اللون الأبيض.

يعد الاعتماد الخطي للإشارة على التعرض، بالإضافة إلى الارتفاع الحاد إلى الهضبة، من الميزات الفريدة لعملية التصوير الرقمي. للمقارنة، ألق نظرة على المنحنى المميز لفيلم التصوير الفوتوغرافي التقليدي.

يعتمد شكل المنحنى وخاصة زاوية الميل بشكل كبير على نوع الفيلم وعلى إجراءات تطويره، لكن الفرق الرئيسي والملفت للنظر بين الرسم البياني للفيلم والرسم البياني الرقمي يظل دون تغيير - الطبيعة غير الخطية للاعتماد على الكثافة البصرية للفيلم على قيمة التعريض.

يتم تحديد الحد الأدنى لخط العرض الفوتوغرافي للفيلم السلبي من خلال كثافة الحجاب، ويتم تحديد الحد الأعلى من خلال الحد الأقصى للكثافة البصرية التي يمكن تحقيقها لطبقة التصوير الفوتوغرافي؛ أما بالنسبة للأفلام القابلة للعكس، فالأمر هو العكس. في كل من الظلال والإبرازات، يتم ملاحظة الانحناءات الناعمة في المنحنى المميز، مما يشير إلى انخفاض في التباين عند الاقتراب من حدود النطاق الديناميكي، لأن ميل المنحنى يتناسب مع تباين الصورة. وبالتالي، تتمتع مناطق التعرض الموجودة في الجزء الأوسط من الرسم البياني بأقصى قدر من التباين، بينما يتم تقليل التباين في الإبرازات والظلال. من الناحية العملية، يكون الفرق بين الفيلم والمصفوفة الرقمية ملحوظًا بشكل خاص في النقاط البارزة: حيث يتم حرق النقاط البارزة في الصورة الرقمية عن طريق القطع، وفي الفيلم تظل التفاصيل مرئية، على الرغم من انخفاض التباين، والانتقال إلى الأبيض النقي يبدو سلسًا وطبيعيًا.

في قياس الحساسية، يتم استخدام مصطلحين مستقلين: في الواقع خط العرض الفوتوغرافي، محدودة بجزء خطي نسبيًا من المنحنى المميز، و خط العرض الفوتوغرافي مفيد، والذي يتضمن أيضًا، بالإضافة إلى القسم الخطي، قاعدة المخطط وكتفه.

من الجدير بالذكر أنه عند معالجة الصور الرقمية، كقاعدة عامة، يتم تطبيق منحنى على شكل حرف S أكثر أو أقل وضوحًا عليها، مما يزيد من تباين الألوان النصفية على حساب تقليلها في الظلال والإبرازات، مما يمنح الصورة الرقمية مظهرًا أكبر مظهر طبيعي وممتع للعين.

عمق بت

على عكس مصفوفة الكاميرا الرقمية، تتميز الرؤية البشرية، على سبيل المثال، برؤية لوغاريتمية للعالم. إننا ندرك أن التضاعفات المتتالية لكمية الضوء هي تغيرات متساوية في السطوع. يمكن حتى مقارنة الأرقام الضوئية بالأوكتافات الموسيقية، لأن التغيرات المزدوجة في تردد الصوت تعتبرها الأذن بمثابة فاصل موسيقي واحد. الحواس الأخرى تعمل على هذا المبدأ. تعمل اللاخطية في الإدراك على توسيع نطاق حساسية الإنسان بشكل كبير للمحفزات ذات الشدة المتفاوتة.

عند تحويل ملف RAW (لا يهم - باستخدام الكاميرا أو في محول RAW) يحتوي على بيانات خطية، ما يسمى. منحنى جاما، وهو مصمم لزيادة سطوع الصورة الرقمية بشكل غير خطي، مما يجعلها تتماشى مع خصائص الرؤية البشرية.

مع التحويل الخطي، تكون الصورة داكنة جدًا.

بعد تصحيح جاما، يعود السطوع إلى وضعه الطبيعي.

يقوم منحنى جاما بتمديد درجات الألوان الداكنة وضغط الألوان الفاتحة، مما يجعل توزيع التدرجات أكثر اتساقًا. والنتيجة هي صورة ذات مظهر طبيعي، ولكن التشويش وأخذ العينات في الظل يصبح حتمًا أكثر وضوحًا، وهو ما يتفاقم فقط بسبب العدد الصغير من مستويات السطوع في المناطق السفلية.

التوزيع الخطي لتدرجات السطوع.

التوزيع الموحد بعد تطبيق منحنى جاما.

ISO والنطاق الديناميكي

على الرغم من حقيقة أن التصوير الفوتوغرافي الرقمي يستخدم نفس مفهوم الحساسية للضوء للمواد الفوتوغرافية كما هو الحال في التصوير الفوتوغرافي للأفلام، يجب أن يكون مفهوما أن هذا يحدث فقط بسبب التقاليد، لأن أساليب تغيير الحساسية للضوء في التصوير الرقمي والأفلام تختلف بشكل أساسي.

زيادة حساسية ISO في التصوير الفوتوغرافي التقليدي تعني استبدال فيلم بآخر بحبوب أكثر خشونة، أي. هناك تغير موضوعي في خصائص المادة الفوتوغرافية نفسها. في الكاميرا الرقمية، يتم تحديد حساسية المستشعر للضوء بشكل صارم من خلال خصائصه الفيزيائية ولا يمكن تغييرها بالمعنى الحرفي. عند زيادة ISO، لا تغير الكاميرا الحساسية الفعلية للمستشعر، ولكنها تعمل فقط على تضخيم الإشارة الكهربائية التي يولدها المستشعر استجابة للإشعاع وتضبط خوارزمية الرقمنة لهذه الإشارة وفقًا لذلك.

إحدى النتائج المهمة لذلك هي أن النطاق الديناميكي الفعال يتناقص بما يتناسب مع الزيادة في ISO، لأنه جنبًا إلى جنب مع الإشارة المفيدة، تزداد الضوضاء أيضًا. إذا تم ترقيم النطاق الكامل لقيم الإشارة عند ISO 100 - من الصفر إلى نقطة التشبع، فعند ISO 200 يتم أخذ نصف سعة الثنائيات الضوئية فقط كحد أقصى. مع كل مضاعفة لحساسية ISO، يتم قطع الخطوة العليا للنطاق الديناميكي، ويتم سحب الخطوات المتبقية إلى مكانها. هذا هو السبب في أن استخدام قيم ISO العالية جدًا ليس له أي معنى عملي. مع نفس النجاح، يمكنك تفتيح الصورة في محول RAW والحصول على مستوى ضوضاء قابل للمقارنة. الفرق بين زيادة ISO وسطوع الصورة بشكل مصطنع هو أنه عند زيادة ISO يتم تضخيم الإشارة قبل دخولها إلى ADC، مما يعني عدم تضخيم ضوضاء التكميم، على عكس ضوضاء المستشعر نفسه، بينما في محول RAW يتم تضخيمها. تخضع للتضخيم بما في ذلك أخطاء ADC. بالإضافة إلى ذلك، فإن تقليل نطاق أخذ العينات يعني أخذ عينات أكثر دقة لقيم إشارة الإدخال المتبقية.

بالمناسبة، فإن خفض ISO إلى أقل من القيمة الأساسية (على سبيل المثال، إلى ISO 50)، المتوفر في بعض الأجهزة، لا يؤدي إلى توسيع النطاق الديناميكي على الإطلاق، ولكنه ببساطة يخفف الإشارة بمقدار النصف، وهو ما يعادل تغميق الصورة في محول الخام. يمكن أيضًا اعتبار هذه الوظيفة ضارة، نظرًا لأن استخدام قيمة ISO دون الحد الأدنى يستفز الكاميرا لزيادة التعريض الضوئي، والذي، بينما يظل عتبة تشبع المستشعر دون تغيير، يزيد من خطر القطع في الإضاءات.

النطاق الديناميكي الحقيقي

هناك عدد من البرامج مثل (DxO Analyzer، Imatest، RawDigger، وغيرها) التي تتيح لك قياس النطاق الديناميكي للكاميرا الرقمية في المنزل. من حيث المبدأ، هذا ليس ضروريا للغاية، حيث يمكن العثور على البيانات الخاصة بمعظم الكاميرات بحرية على الإنترنت، على سبيل المثال، على موقع DxOMark.com.

هل يجب أن نصدق نتائج مثل هذه الاختبارات؟ تمامًا. مع التحذير الوحيد أن كل هذه الاختبارات تحدد النطاق الديناميكي الفعال أو، إذا جاز التعبير، النطاق الديناميكي التقني، أي. العلاقة بين مستوى التشبع ومستوى الضوضاء للمصفوفة. بالنسبة للمصور، الشيء الأكثر أهمية هو النطاق الديناميكي المفيد، أي. عدد مناطق التعرض التي تسمح لك حقًا بالتقاط بعض المعلومات المفيدة.

كما تتذكر، يتم تعيين عتبة النطاق الديناميكي من خلال مستوى الضوضاء لجهاز الاستشعار الضوئي. المشكلة هي أنه من الناحية العملية، فإن المناطق السفلية، والتي تم تضمينها بالفعل من الناحية الفنية في النطاق الديناميكي، لا تزال تحتوي على الكثير من الضوضاء بحيث لا يمكن استخدامها بشكل مفيد. هنا يعتمد الكثير على الاشمئزاز الفردي - يحدد الجميع مستوى الضوضاء المقبول لأنفسهم.

رأيي الشخصي هو أن التفاصيل الموجودة في الظل تبدأ في الظهور بمظهر لائق إلى حد ما عندما تكون نسبة الإشارة إلى الضوضاء ثمانية على الأقل. على هذا الأساس، أقوم بتعريف النطاق الديناميكي المفيد بأنه النطاق الديناميكي الفني مطروحًا منه حوالي ثلاث نقاط توقف.

على سبيل المثال، إذا كانت كاميرا DSLR، وفقًا للاختبارات الموثوقة، تحتوي على نطاق ديناميكي يبلغ 13 EV، وهو أمر جيد جدًا وفقًا لمعايير اليوم، فإن نطاقها الديناميكي المفيد سيكون حوالي 10 EV، وهو أيضًا جيد جدًا بشكل عام. بالطبع، نحن نتحدث عن التصوير بصيغة RAW، مع الحد الأدنى من ISO والحد الأقصى لعمق البت. عند تصوير JPEG، يعتمد النطاق الديناميكي بشكل كبير على إعدادات التباين، ولكن في المتوسط ​​يجب عليك التخلي عن توقفين أو ثلاثة توقفات أخرى.

للمقارنة: تتمتع أفلام عكس الألوان بخط عرض فوتوغرافي مفيد يبلغ 5-6 توقفات؛ تعطي الأفلام السلبية بالأبيض والأسود 9-10 توقفات مع إجراءات التطوير والطباعة القياسية، ومع بعض التلاعبات - حتى 16-18 توقفًا.

لتلخيص ما سبق، دعونا نحاول صياغة بعض القواعد البسيطة، التي سيساعدك الالتزام بها على تحقيق أقصى أداء من مستشعر الكاميرا:

• لا يمكن الوصول إلى النطاق الديناميكي للكاميرا الرقمية بشكل كامل إلا عند التصوير بصيغة RAW.
• يتناقص النطاق الديناميكي مع زيادة حساسية الضوء، لذا تجنب إعدادات ISO العالية ما لم يكن ذلك ضروريًا للغاية.
• لا يؤدي استخدام عمق بت أعلى لملفات RAW إلى زيادة النطاق الديناميكي الحقيقي، ولكنه يعمل على تحسين الفصل اللوني في الظل بسبب زيادة مستويات السطوع.
• التعرض لليمين. تحتوي مناطق التعرض العليا دائمًا على الحد الأقصى معلومات مفيدةمع الحد الأدنى من الضوضاء، وينبغي استخدامها بكفاءة أكبر. في الوقت نفسه، لا تنسى خطر القطع - البكسلات التي وصلت إلى التشبع عديمة الفائدة على الإطلاق.

والأهم من ذلك: لا تقلق كثيرًا بشأن النطاق الديناميكي للكاميرا. نطاقها الديناميكي جيد. إن قدرتك على رؤية الضوء وإدارة التعرض له بشكل صحيح أكثر أهمية بكثير. لن يشكو المصور الجيد من عدم وجود خط عرض للتصوير الفوتوغرافي، ولكنه سيحاول انتظار إضاءة أكثر راحة، أو تغيير الزاوية، أو استخدام الفلاش، في كلمة واحدة، سيتصرف وفقًا للظروف. سأخبرك المزيد: تستفيد بعض المشاهد فقط من حقيقة أنها لا تتناسب مع النطاق الديناميكي للكاميرا. غالبًا ما يلزم إخفاء وفرة غير ضرورية من التفاصيل في صورة ظلية سوداء شبه مجردة، مما يجعل الصورة أكثر إيجازًا وثراءً.

التباين العالي ليس دائمًا أمرًا سيئًا – كل ما عليك فعله هو معرفة كيفية التعامل معه. تعلم كيفية استغلال عيوب المعدات بالإضافة إلى مزاياها، وسوف تتفاجأ بمدى توسع إمكانياتك الإبداعية.

شكرًا لكم على اهتمامكم!

فاسيلي أ.

ما بعد السيناريو

إذا وجدت المقالة مفيدة وغنية بالمعلومات، يمكنك دعم المشروع من خلال المساهمة في تطويره. إذا لم يعجبك المقال، ولكن لديك أفكار حول كيفية تحسينه، فسيتم قبول انتقاداتك مع امتنان لا يقل عن ذلك.

يرجى تذكر أن هذه المقالة تخضع لحقوق الطبع والنشر. يُسمح بإعادة الطبع والاقتباس بشرط وجود رابط صالح للمصدر، ويجب عدم تشويه النص المستخدم أو تعديله بأي شكل من الأشكال.

تعتمد هذه المجموعة من الطرق على حقيقة أن الإشارات المرسلة تخضع لتحولات سعة غير خطية، وفي أجزاء الإرسال والاستقبال تكون اللاخطية متبادلة. على سبيل المثال، إذا تم استخدام الدالة غير الخطية Öu في جهاز الإرسال، فسيتم استخدام u 2 في جهاز الاستقبال. سيضمن التطبيق المتسق للوظائف المتبادلة بقاء التحول العام خطيًا.

فكرة طرق ضغط البيانات غير الخطية هي أن جهاز الإرسال يمكنه إرسال نطاق أكبر من التغييرات بنفس سعة إشارات الإخراج المعلمة مرت(أي نطاق ديناميكي أكبر). النطاق الديناميكي- هذه هي نسبة أكبر سعة إشارة مسموح بها إلى أصغر سعة، معبرًا عنها بالوحدات النسبية أو الديسيبل:

;	(2.17)
.	(2.18)

إن الرغبة الطبيعية في زيادة النطاق الديناميكي عن طريق تقليل U min محدودة بحساسية المعدات والتأثير المتزايد للتداخل والضوضاء الذاتية.

في أغلب الأحيان، يتم تنفيذ ضغط النطاق الديناميكي باستخدام زوج من الوظائف المتبادلة للوغاريتم والتقوية. تسمى العملية الأولى لتغيير السعة ضغط(عن طريق الضغط)، والثاني - توسع(تمتد). يرتبط اختيار هذه الوظائف المعينة بقدراتها الكبيرة على الضغط.

وفي الوقت نفسه، هذه الأساليب لها أيضا عيوب. أولها أن لوغاريتم العدد الصغير سالب وفي الحد:

أي أن الحساسية غير خطية للغاية.

لتقليل هذه العيوب، يتم تعديل كلتا الدالتين عن طريق الإزاحة والتقريب. على سبيل المثال، بالنسبة لقنوات الهاتف، تكون الوظيفة التقريبية بالشكل (النوع A):

مع أ = 87.6. الربح من الضغط هو 24 ديسيبل.

يتم تنفيذ ضغط البيانات باستخدام الإجراءات غير الخطية بوسائل تمثيلية مع وجود أخطاء كبيرة. يمكن أن يؤدي استخدام الأدوات الرقمية إلى تحسين دقة أو سرعة التحويل بشكل كبير. وفي الوقت نفسه، الاستخدام المباشر للأموال تكنولوجيا الكمبيوتر(أي حساب اللوغاريتمات والأسس مباشرة) لن يعطي أفضل النتائج بسبب الأداء المنخفض وتراكم الأخطاء الحسابية.

نظرًا لقيود الدقة، يتم استخدام ضغط البيانات عن طريق الضغط في الحالات غير الحرجة، على سبيل المثال، لنقل الكلام عبر قنوات الهاتف والراديو.

الترميز الفعال

تم اقتراح الرموز الفعالة بواسطة K. Shannon وFano وHuffman. جوهر الرموز هو أنها غير متساوية، أي مع عدد غير متساو من البتات، وطول الكود يتناسب عكسيا مع احتمال حدوثه. ميزة أخرى رائعة للرموز الفعالة هي أنها لا تتطلب محددات، على سبيل المثال. شخصيات خاصة، وفصل مجموعات التعليمات البرمجية المتجاورة. يتم تحقيق ذلك باتباع قاعدة بسيطة: الرموز الأقصر ليست بداية للرموز الأطول. في هذه الحالة، يتم فك تشفير التدفق المستمر من البتات بشكل فريد لأن وحدة فك التشفير تكتشف كلمات التشفير الأقصر أولاً. لطالما كانت الرموز الفعالة أكاديمية بحتة، ولكن تم استخدامها مؤخرًا بنجاح في إنشاء قواعد البيانات، وكذلك في ضغط المعلومات في أجهزة المودم الحديثة وأرشيفات البرامج.

بسبب التفاوت، يتم تقديم متوسط ​​طول الكود. متوسط ​​الطول - التوقع الرياضي لطول الكود:

علاوة على ذلك، l av يميل إلى H(x) من الأعلى (أي l av > H(x)).

يصبح استيفاء الشرط (2.23) أقوى مع زيادة N.

هناك نوعان من الرموز الفعالة: Shannon-Fano وHuffman. دعونا نلقي نظرة على كيفية الحصول عليها باستخدام مثال. لنفترض أن احتمالات الرموز في التسلسل لها القيم الواردة في الجدول 2.1.

الجدول 2.1.

احتمالات الرمز

يتم ترتيب الرموز، أي يتم عرضها في صف واحد بترتيب تنازلي للاحتمالات. بعد ذلك، وباستخدام طريقة شانون فانو، يتم تكرار الإجراء التالي بشكل دوري: يتم تقسيم مجموعة الأحداث بأكملها إلى مجموعتين فرعيتين لهما نفس الاحتمالات الإجمالية (أو نفس الشيء تقريبًا). يستمر الإجراء حتى يبقى عنصر واحد في المجموعة الفرعية التالية، وبعد ذلك يتم حذف هذا العنصر، وتستمر الإجراءات المحددة مع الإجراءات المتبقية. يحدث هذا حتى يتبقى عنصر واحد فقط في المجموعتين الفرعيتين الأخيرتين. دعونا نواصل مثالنا، الذي تم تلخيصه في الجدول 2.2.

الجدول 2.2.

ترميز شانون-فانو

كما يتبين من الجدول 2.2، شارك الرمز الأول ذو الاحتمال p 4 = 0.3 في إجراءين للتقسيم إلى مجموعات وانتهى الأمر في كلتا الحالتين في المجموعة رقم I. ووفقا لهذا، يتم ترميزه برمز مكون من رقمين II. العنصر الثاني في المرحلة الأولى من التقسيم ينتمي إلى المجموعة الأولى، في الثانية - إلى المجموعة الثانية. ولذلك فإن رمزه هو 10. ورموز الرموز المتبقية لا تحتاج إلى تعليقات إضافية.

عادة، يتم تصوير الرموز غير الموحدة على شكل أشجار رموز. شجرة التعليمات البرمجية عبارة عن رسم بياني يشير إلى مجموعات التعليمات البرمجية المسموح بها. تم تحديد اتجاهات حواف هذا الرسم البياني مسبقًا، كما هو موضح في الشكل 2.11 (اختيار الاتجاهات تعسفي).

يتنقلون في الرسم البياني كما يلي: إنشاء مسار للرمز المحدد؛ عدد البتات الخاصة به يساوي عدد الحواف في المسار، وقيمة كل بت تساوي اتجاه الحافة المقابلة. يتم رسم المسار من نقطة البداية (في الرسم يتم تمييزه بالحرف A). على سبيل المثال، الطريق إلى القمة 5 يتكون من خمس حواف، جميعها باستثناء الأخيرة لها اتجاه 0؛ نحصل على الكود 00001.

دعونا نحسب الإنتروبيا ومتوسط ​​طول الكلمة في هذا المثال.

H(x) = -(0.3 سجل 0.3 + 0.2 سجل 0.2 + 2 0.1 سجل 0.1+ 2 0.05 سجل 0.05+

0.03 سجل 0.03 + 0.02 سجل 0.02) = 2.23 بت

المتوسط ​​= 0.3 2 + 0.2 2 + 0.15 3 + 0.1 3 + 0.1 4 + 0.05 5 +0.05 4+

0.03 6 + 0.02 6 = 2.9 .

كما ترون، متوسط ​​طول الكلمة قريب من الإنتروبيا.

يتم إنشاء رموز هوفمان باستخدام خوارزمية مختلفة. يتكون إجراء الترميز من مرحلتين. في المرحلة الأولى، يتم إجراء ضغطات فردية للأبجدية بالتتابع. الضغط لمرة واحدة - استبدال الرمزين الأخيرين (بأقل الاحتمالات) برمز واحد، مع احتمال إجمالي. يتم تنفيذ عمليات الضغط حتى يبقى حرفان. في الوقت نفسه، يتم ملء جدول الترميز، حيث يتم إدخال الاحتمالات الناتجة، ويتم تصوير الطرق التي تتحرك بها الرموز الجديدة في المرحلة التالية.

في المرحلة الثانية، يحدث التشفير الفعلي، والذي يبدأ من المرحلة الأخيرة: يتم تعيين الرمز الأول من الرمزين بالرمز 1، والثاني - 0. وبعد ذلك، ينتقلون إلى المرحلة السابقة. الرموز التي لم تشارك في الضغط في هذه المرحلة يتم تعيين رموز لها من المرحلة اللاحقة، ويتم تعيين رمز الرمز الذي تم الحصول عليه بعد اللصق مرتين على الرمزين الأخيرين وإضافته إلى الكود الشخصية العليا 1، الأدنى - 0. إذا لم يكن الرمز متورطا في الإلتصاق، فإن رمزه يبقى دون تغيير. يستمر الإجراء حتى النهاية (أي حتى المرحلة الأولى).

ويبين الجدول 2.3 ترميز هوفمان. كما يتبين من الجدول، تم تنفيذ عملية الترميز على 7 مراحل. على اليسار توجد احتمالات الرمز، وعلى اليمين توجد الرموز المتوسطة. تُظهر الأسهم حركات الرموز المشكلة حديثًا. وفي كل مرحلة، يختلف الرمزان الأخيران فقط في البتة الأقل أهمية، والتي تتوافق مع تقنية التشفير. دعونا نحسب متوسط ​​طول الكلمة:

المتوسط ​​= 0.3 2 + 0.2 2 + 0.15 3 ++ 2 0.1 3 + +0.05 4 + 0.05 5 + 0.03 6 + 0.02 6 = 2.7

وهذا أقرب إلى الإنتروبيا: فالشفرة أكثر كفاءة. في التين. ويبين الشكل 2.12 شجرة كود هوفمان.

الجدول 2.3.

ترميز هوفمان

يفي كلا الرمزين بمتطلبات فك التشفير الذي لا لبس فيه: كما يتبين من الجداول، فإن المجموعات الأقصر ليست بداية لرموز أطول.

مع زيادة عدد الأحرف، تزداد كفاءة الرموز، لذلك في بعض الحالات يتم تشفير كتل أكبر (على سبيل المثال، إذا كنا نتحدث عن النصوص، يمكن تشفير بعض المقاطع والكلمات وحتى العبارات الأكثر تكرارًا).

ويتم تحديد تأثير إدخال هذه الرموز من خلال مقارنتها برمز موحد:

(2.24)

حيث n هو عدد بتات الكود الموحد الذي تم استبداله بالرمز الفعال.

تعديلات على رموز هوفمان

خوارزمية هوفمان الكلاسيكية هي خوارزمية ذات مسارين، أي. يتطلب أولاً جمع إحصائيات حول الرموز والرسائل، ومن ثم الإجراءات الموضحة أعلاه. هذا غير مريح في الممارسة العملية لأنه يزيد من الوقت الذي تستغرقه معالجة الرسائل وتجميع القاموس. في كثير من الأحيان، يتم استخدام أساليب المرور الواحد، حيث يتم الجمع بين إجراءات التراكم والتشفير. وتسمى هذه الأساليب أيضًا بالضغط التكيفي وفقًا لهوفمان [46].

يتلخص جوهر الضغط التكيفي وفقًا لهوفمان في بناء شجرة رموز أولية وتعديلها المتسلسل بعد وصول كل رمز تالٍ. كما كان من قبل، الأشجار هنا ثنائية، أي. ينبثق قوسان على الأكثر من كل قمة في الرسم البياني الشجري. من المعتاد تسمية الرأس الأصلي بالأصل، والرأسين اللاحقين المتصلين به كأبناء. دعونا نقدم مفهوم وزن قمة الرأس - وهو عدد الأحرف (الكلمات) المقابلة لقمة معينة، والتي يتم الحصول عليها عند تغذية التسلسل الأصلي. من الواضح أن مجموع أوزان الأطفال يساوي وزن الوالدين.

بعد إدخال الرمز التالي لتسلسل الإدخال، تتم مراجعة شجرة الرموز: يتم إعادة حساب أوزان القمم، وإذا لزم الأمر، يتم إعادة ترتيب القمم. قاعدة تبديل القمم هي كما يلي: أوزان القمم السفلية هي الأصغر، والقمم الموجودة على يسار الرسم البياني لها أقل الأوزان.

في نفس الوقت يتم ترقيم القمم. يبدأ الترقيم من الرؤوس السفلية (المعلقة، أي التي ليس لها أطفال) من اليسار إلى اليمين، ثم ينتقل إلى افضل مستوىإلخ. قبل ترقيم الرأس الأخير الأصلي. في هذه الحالة يتم تحقيق النتيجة التالية: كلما قل وزن الرأس، انخفض رقمه.

يتم إجراء التقليب بشكل أساسي للقمم المعلقة. عند التقليب، من الضروري أن تأخذ في الاعتبار القاعدة المذكورة أعلاه: القمم ذات الوزن الأكبر لها عدد أكبر.

بعد اجتياز التسلسل (ويسمى أيضًا التحكم أو الاختبار)، يتم تعيين مجموعات التعليمات البرمجية لجميع القمم المعلقة. تشبه قاعدة تعيين الرموز ما ورد أعلاه: عدد بتات الكود يساوي عدد الرؤوس التي يمر عبرها المسار من المصدر إلى الرأس المعلق المحدد، وقيمة بت معينة تتوافق مع الاتجاه من الوالد إلى "الطفل" (على سبيل المثال، الذهاب إلى يسار الوالد يتوافق مع القيمة 1، إلى اليمين - 0 ).

يتم تخزين مجموعات التعليمات البرمجية الناتجة في ذاكرة جهاز الضغط مع نظائرها وتشكل قاموسًا. استخدام الخوارزمية على النحو التالي. يتم تقسيم تسلسل الأحرف المضغوط إلى أجزاء وفقًا للقاموس الموجود، وبعد ذلك يتم استبدال كل جزء بالرمز الخاص به من القاموس. الأجزاء غير الموجودة في القاموس تشكل رؤوسًا معلقة جديدة وتكتسب وزنًا ويتم إدخالها أيضًا في القاموس. بهذه الطريقة، يتم تشكيل خوارزمية تكيفية لتجديد القاموس.

ولزيادة كفاءة الطريقة، من المستحسن زيادة حجم القاموس؛ وفي هذه الحالة تزداد نسبة الضغط. عمليا، حجم القاموس هو 4 - 16 كيلو بايت من الذاكرة.

لنفترض الآن أن الرمز المقابل للقمة 1 يظهر مرة أخرى في تسلسل الاختبار. لقد تغير وزن الرأس كما هو موضح في الشكل. 2.14، ونتيجة لذلك يتم انتهاك قاعدة ترقيم القمم. في المرحلة التالية، نقوم بتغيير موقع الرؤوس المعلقة، حيث نستبدل الرؤوس 1 و 4 ونعيد ترقيم جميع رؤوس الشجرة. يظهر الرسم البياني الناتج في الشكل. 2.15. ثم يستمر الإجراء بنفس الطريقة.

يجب أن نتذكر أن كل قمة معلقة في شجرة هوفمان تتوافق مع رمز معين أو مجموعة من الرموز. ويختلف الوالد عن أبنائه بأن مجموعة الرموز المقابلة له هي رمز واحد أقصر من رمز أبنائه، ويختلف هؤلاء الأبناء في الرمز الأخير. على سبيل المثال، تتوافق الرموز "سيارة" مع الأصل؛ ثم قد يحصل الأطفال على التسلسلين "kara" و"karp".

الخوارزمية المحددة ليست أكاديمية وتستخدم بنشاط في برامج الأرشفة، بما في ذلك عند ضغط البيانات الرسومية (سيتم مناقشتها أدناه).

خوارزميات ليمبل-زيف

هذه هي خوارزميات الضغط الأكثر استخدامًا اليوم. يتم استخدامها في معظم برامج الأرشفة (على سبيل المثال، PKZIP.ARJ، LHA). يتمثل جوهر الخوارزميات في استبدال مجموعة معينة من الرموز برقمها في قاموس تم إنشاؤه خصيصًا أثناء الأرشفة. على سبيل المثال، قد تحتل عبارة "الرقم الصادر لرسالتك..."، والتي توجد غالبًا في المراسلات التجارية، الموضع 121 في القاموس؛ ثم، بدلاً من إرسال أو تخزين العبارة المذكورة (30 بايت)، يمكنك تخزين رقم العبارة (1.5 بايت في شكل ثنائي عشري أو 1 بايت في شكل ثنائي).

تمت تسمية الخوارزميات على اسم المؤلفين الذين اقترحوها لأول مرة في عام 1977. الأول منهم هو LZ77. للأرشفة، يتم إنشاء ما يسمى بنافذة الرسائل المنزلقة، والتي تتكون من جزأين. الجزء الأول، وهو تنسيق أكبر، يعمل على تكوين قاموس ويبلغ حجمه حوالي عدة كيلو بايت. يستقبل الجزء الثاني الأصغر (يصل حجمه عادةً إلى 100 بايت) الأحرف الحالية للنص الذي يتم عرضه. تحاول الخوارزمية العثور على مجموعة من الأحرف في القاموس تتطابق مع تلك التي تم تلقيها في نافذة العرض. إذا نجح ذلك، فسيتم إنشاء رمز يتكون من ثلاثة أجزاء: الإزاحة في القاموس بالنسبة إلى السلسلة الفرعية الأولية، وطول هذه السلسلة الفرعية، والحرف الذي يلي هذه السلسلة الفرعية. على سبيل المثال، تتكون السلسلة الفرعية المحددة من الأحرف "app" (إجمالي 6 أحرف)، والحرف التالي هو "e". ثم، إذا كانت السلسلة الفرعية لها عنوان (مكان في القاموس) 45، فإن الإدخال في القاموس يبدو مثل "45، 6.e". بعد ذلك، يتم تغيير محتويات النافذة حسب الموضع، ويستمر البحث. هذه هي الطريقة التي يتم بها تشكيل القاموس.

ميزة الخوارزمية هي خوارزمية ذات طابع رسمي بسهولة لتجميع القاموس. بالإضافة إلى ذلك، من الممكن فك الضغط بدون القاموس الأصلي (من المستحسن أن يكون لديك تسلسل اختبار) - يتم تشكيل القاموس أثناء فك الضغط.

تظهر عيوب الخوارزمية مع زيادة حجم القاموس - يزداد وقت البحث. بالإضافة إلى ذلك، إذا ظهرت سلسلة من الأحرف في النافذة الحالية غير الموجودة في القاموس، فسيتم كتابة كل حرف برمز مكون من ثلاثة عناصر، أي. والنتيجة ليست ضغط، ولكن تمتد.

تتمتع خوارزمية LZSS، المقترحة في عام 1978، بأفضل الخصائص. لديها اختلافات في دعم النافذة المنزلقة ورموز إخراج الضاغط. بالإضافة إلى النافذة، تقوم الخوارزمية بإنشاء شجرة ثنائية مشابهة لشجرة هوفمان لتسريع البحث عن التطابقات: تتم إضافة كل سلسلة فرعية تترك النافذة الحالية إلى الشجرة كواحدة من العناصر الفرعية. تتيح لك هذه الخوارزمية زيادة حجم النافذة الحالية (من المرغوب فيه أن يكون حجمها مساويًا لقوة اثنين: 128، 256، إلخ. بايت). يتم أيضًا تشكيل رموز التسلسل بشكل مختلف: يتم تقديم بادئة إضافية ذات 1 بت لتمييز الأحرف غير المشفرة عن أزواج "الإزاحة والطول".

يتم الحصول على درجة أكبر من الضغط عند استخدام خوارزميات مثل LZW. تحتوي الخوارزميات الموصوفة مسبقًا على حجم نافذة ثابت، مما يجعل من المستحيل إدخال عبارات أطول من حجم النافذة في القاموس. في خوارزميات LZW (وسلفها LZ78)، يكون حجم نافذة العرض غير محدود، ويقوم القاموس بتجميع العبارات (وليس مجموعة من الأحرف، كما كان من قبل). يحتوي القاموس على طول غير محدود، ويعمل برنامج التشفير (وحدة فك التشفير) في وضع انتظار العبارة. عند تكوين عبارة تطابق القاموس، يتم إصدار رمز المطابقة (أي رمز هذه العبارة في القاموس) ورمز الحرف الذي يليه. إذا، مع تراكم الرموز، يتم تشكيل عبارة جديدة، يتم إدخالها أيضًا في القاموس، مثل العبارة الأقصر. والنتيجة هي إجراء متكرر يوفر تشفيرًا وفك تشفير سريعًا.

فرصة إضافيةيوفر الضغط ترميزًا مضغوطًا للأحرف المتكررة. إذا كانت بعض الأحرف تتبع في صف واحد (على سبيل المثال، في النص، يمكن أن تكون هذه أحرف "مسافة"، في تسلسل رقمي - أصفار متتالية، وما إلى ذلك)، فمن المنطقي استبدالها بالزوج "الحرف؛ "الطول" أو "العلامة، الطول" ". في الحالة الأولى، يشير الرمز إلى الإشارة التي سيتم تشفير التسلسل (عادة 1 بت)، ثم رمز الحرف المكرر وطول التسلسل. في الحالة الثانية (المقدمة للأحرف المتكررة الأكثر تكرارًا)، تشير البادئة ببساطة إلى علامة التكرار.

يُظهر الأشخاص المتحمسون للصوت المنزلي مفارقة مثيرة للاهتمام. إنهم على استعداد لتجريف غرفة الاستماع، وبناء مكبرات صوت بمحركات غريبة، لكنهم يتراجعون بخجل أمام الموسيقى المعلبة، مثل الذئب أمام العلم الأحمر. لكن في الواقع، لماذا لا يمكنك الدفاع عن العلم ومحاولة طهي شيء صالح للأكل من الأطعمة المعلبة؟

من وقت لآخر، تطرح أسئلة حزينة في المنتدى: "اقترح ألبومات مسجلة جيدًا". هذا أمر مفهوم. منشورات خاصة لعشاق الموسيقى، على الرغم من أنها تسعد الأذن في الدقيقة الأولى، إلا أنه لا أحد يستمع إليها حتى النهاية، فالذخيرة مملة للغاية. أما بالنسبة لبقية المكتبة الموسيقية فالمشكلة تبدو واضحة. يمكنك الادخار، أو لا يمكنك الادخار وضخ الكثير من المال في المكونات. ومع ذلك، فإن عدد قليل من الناس يحبون الاستماع إلى الموسيقى المفضلة لديهم بكميات كبيرة وإمكانيات مكبر الصوت لا علاقة لها بها.

اليوم، حتى في ألبومات Hi-Res، يتم قطع قمم الموسيقى التصويرية ويتم تحويل مستوى الصوت إلى لقطة. ويعتقد أن الأغلبية تستمع إلى الموسيقى على جميع أنواع غير المرغوب فيه، وبالتالي فمن الضروري "الدوس على الغاز"، لتقديم نوع من التعويض بصوت عال.

وبطبيعة الحال، لم يتم ذلك عن قصد لإزعاج عشاق الموسيقى. قليل من الناس يتذكرونهم على الإطلاق. ربما فكروا في منحهم الملفات الرئيسية التي يتم نسخ التوزيعة الرئيسية منها - الأقراص المضغوطة وملفات MP3 وما إلى ذلك. بالطبع، تم تسطيح السيد بالضاغط منذ فترة طويلة، ولن يقوم أحد بإعداد إصدارات خاصة لمسارات HD عمدًا. ما لم يتم تنفيذ إجراء معين لوسائط الفينيل، ولهذا السبب يبدو أكثر إنسانية. وبالنسبة للمسار الرقمي، ينتهي كل شيء بنفس الطريقة - مع ضاغط كبير الحجم.

لذا، حاليًا، 100% من التسجيلات الصوتية المنشورة، باستثناء الموسيقى الكلاسيكية، تخضع للضغط أثناء الإتقان. يقوم البعض بتنفيذ هذا الإجراء بمهارة أكثر أو أقل، والبعض الآخر يقوم به بغباء تام. ونتيجة لذلك، لدينا حجاج في المنتديات مع مجموعة من المكونات الإضافية لـ DR في صدورهم، ومقارنات مؤلمة للإصدارات، ورحلة إلى الفينيل، حيث نحتاج أيضًا إلى استخراج المطابع الأولى.

الأكثر قضمة من الصقيع على مرأى من كل هذه الاعتداءات تحولت حرفيا إلى عبدة الشيطان الصوتية. ليست مزحة، إنهم يقرأون الكتاب المقدس لمهندس الصوت بشكل عكسي! تحتوي برامج تحرير الصوت الحديثة على بعض الأدوات لاستعادة الموجة الصوتية المقطوعة.

في البداية، كانت هذه الوظيفة مخصصة للاستوديوهات. عند الخلط، هناك مواقف يتم فيها تضمين القطع في التسجيل، ولعدة أسباب لم يعد من الممكن إعادة الجلسة، وهنا تأتي ترسانة محرر الصوت للإنقاذ - أداة فك الضغط، وأداة إلغاء الضغط، وما إلى ذلك .

والآن أصبح المستمعون العاديون، الذين تنزف آذانهم بعد المنتج الجديد التالي، يتواصلون بشكل متزايد مع مثل هذه البرامج بجرأة متزايدة. يفضل بعض الأشخاص iZotope، والبعض الآخر يفضل Adobe Audition، والبعض الآخر يقسم العمليات بين عدة برامج. الهدف من استعادة الديناميكيات السابقة هو تصحيح قمم الإشارة المقطوعة برمجيًا، والتي تشبه الترس عند 0 ديسيبل.

نعم، لا يوجد حديث عن إحياء كود المصدر بنسبة 100٪، حيث تتم عمليات الاستيفاء باستخدام خوارزميات تخمينية إلى حد ما. لكن مع ذلك، بدت بعض نتائج المعالجة مثيرة للاهتمام بالنسبة لي وتستحق الدراسة.

على سبيل المثال، ألبوم لانا ديل راي "Lust For Life"، يسب باستمرار، آه، يقسم! الأغنية الأصلية "عندما كان العالم في حالة حرب واصلنا الرقص" كانت هكذا.

وبعد سلسلة من عمليات فك الضغط وفك الضغط أصبح الأمر على هذا النحو. لقد تغير معامل DR من 5 إلى 9. يمكنك تنزيل العينة والاستماع إليها قبل المعالجة وبعدها.

لا أستطيع أن أقول إن الطريقة عالمية ومناسبة لجميع الألبومات التالفة، لكن في هذه الحالة اخترت الاحتفاظ بهذا الإصدار في المجموعة، والذي تمت معالجته بواسطة ناشط متعقب الجذر، بدلاً من الإصدار الرسمي 24 بت.

حتى لو لم يؤدي استخراج القمم من المواد الصوتية بشكل مصطنع إلى إرجاع الديناميكيات الحقيقية للأداء الموسيقي، فإن DAC الخاص بك سيظل يشكرك. بعد كل شيء، كان من الصعب عليه العمل دون أخطاء عند المستويات القصوى، حيث يوجد احتمال كبير لحدوث ما يسمى بالقمم بين العينات (ISP). والآن سوف تقفز ومضات الإشارة النادرة فقط إلى 0 ديسيبل. بالإضافة إلى ذلك، سيصبح حجم الموسيقى التصويرية الصامتة عند ضغطها في FLAC أو أي برنامج ترميز آخر غير قابل للفقدان أصغر حجمًا. المزيد من "الهواء" في الإشارة يوفر مساحة على القرص الصلب.

حاول إحياء ألبوماتك الأكثر كرهًا والتي قُتلت في "حرب الجهارة". لحجز الديناميكيات، تحتاج أولاً إلى خفض مستوى المسار بمقدار -6 ديسيبل، ثم تشغيل أداة التفكيك. أولئك الذين لا يثقون في أجهزة الكمبيوتر يمكنهم ببساطة توصيل موسع الاستوديو بين مشغل الأقراص المضغوطة ومكبر الصوت. هذا الجهازيفعل نفس الشيء بشكل أساسي - فهو يستعيد ويمد قمم الإشارة الصوتية المضغوطة ديناميكيًا بأفضل ما يمكنه. الأجهزة المماثلة من الثمانينات والتسعينات ليست باهظة الثمن، وسيكون من المثير للاهتمام تجربتها كتجربة.

في يوم من الأيام، كانت المعادلات عنصرًا مسلمًا به في النظام الصوتي، ولم يكن أحد يخاف منها. اليوم ليست هناك حاجة لتسوية لفة الشريط المغناطيسي عالية التردد، ولكن يجب القيام بشيء حيال الديناميكيات القبيحة، أيها الإخوة.