Συμπίεση στην πράξη. Δυναμική συμπίεση Δυναμική περιοχή συμπιεσμένη ή τυπική
Αυτή η ομάδα μεθόδων βασίζεται στο γεγονός ότι τα μεταδιδόμενα σήματα υφίστανται μη γραμμικούς μετασχηματισμούς πλάτους και στα μέρη εκπομπής και λήψης οι μη γραμμικότητες είναι αμοιβαίες. Για παράδειγμα, εάν η μη γραμμική συνάρτηση Öu χρησιμοποιείται στον πομπό, χρησιμοποιείται u 2 στον δέκτη. Η συνεπής εφαρμογή των αμοιβαίων συναρτήσεων θα διασφαλίσει ότι ο συνολικός μετασχηματισμός παραμένει γραμμικός.
Η ιδέα των μη γραμμικών μεθόδων συμπίεσης δεδομένων είναι ότι ο πομπός μπορεί, με το ίδιο πλάτος των σημάτων εξόδου, να μεταδώσει ένα μεγαλύτερο εύρος αλλαγών στην εκπεμπόμενη παράμετρο (δηλαδή ένα μεγαλύτερο δυναμικό εύρος). Δυναμικό εύρος- αυτός είναι ο λόγος του μεγαλύτερου επιτρεπόμενου πλάτους σήματος προς το μικρότερο, εκφρασμένο σε σχετικές μονάδες ή ντεσιμπέλ:
| ; | (2.17) |
 .
| (2.18) |
Η φυσική επιθυμία να αυξηθεί το δυναμικό εύρος μειώνοντας το U min περιορίζεται από την ευαισθησία του εξοπλισμού και την αυξανόμενη επίδραση παρεμβολών και αυτοθορύβου.
Τις περισσότερες φορές, η συμπίεση δυναμικού εύρους πραγματοποιείται χρησιμοποιώντας ένα ζεύγος αμοιβαίων συναρτήσεων λογάριθμου και ενίσχυσης. Η πρώτη πράξη αλλαγής του πλάτους ονομάζεται συμπίεση(με συμπίεση), το δεύτερο - επέκταση(διατάσεις). Η επιλογή αυτών των συγκεκριμένων λειτουργιών συνδέεται με τις μεγαλύτερες δυνατότητές τους συμπίεσης.
Ταυτόχρονα, αυτές οι μέθοδοι έχουν επίσης μειονεκτήματα. Το πρώτο από αυτά είναι ότι ο λογάριθμος ενός μικρού αριθμού είναι αρνητικός και στο όριο:
δηλαδή η ευαισθησία είναι πολύ μη γραμμική.
Για να μειωθούν αυτές οι ελλείψεις, και οι δύο λειτουργίες τροποποιούνται με μετατόπιση και προσέγγιση. Για παράδειγμα, για τηλεφωνικά κανάλια η κατά προσέγγιση συνάρτηση έχει τη μορφή (τύπος Α):
με Α=87,6. Το κέρδος από τη συμπίεση είναι 24 dB.
Η συμπίεση δεδομένων με χρήση μη γραμμικών διαδικασιών υλοποιείται με αναλογικά μέσα με μεγάλα σφάλματα. Εφαρμογή ψηφιακά μέσαμπορεί να βελτιώσει σημαντικά την ακρίβεια ή την απόδοση της μετατροπής. Παράλληλα, η άμεση χρήση κονδυλίων τεχνολογία υπολογιστών(δηλαδή ο απευθείας υπολογισμός λογαρίθμων και εκθετών) δεν θα δώσει τα καλύτερα αποτελέσματα λόγω χαμηλής απόδοσης και συσσώρευσης σφαλμάτων υπολογισμού.
Λόγω περιορισμών ακρίβειας, η συμπίεση δεδομένων με συμπίεση χρησιμοποιείται σε μη κρίσιμες περιπτώσεις, για παράδειγμα, για μετάδοση ομιλίας μέσω τηλεφωνικών και ραδιοφωνικών καναλιών.
Αποτελεσματική Κωδικοποίηση
Αποτελεσματικοί κώδικες προτάθηκαν από τους K. Shannon, Fano και Huffman. Η ουσία των κωδικών είναι ότι είναι άνισοι, δηλαδή με άνισο αριθμό bit και το μήκος του κώδικα είναι αντιστρόφως ανάλογο με την πιθανότητα εμφάνισής του. Ένα άλλο εξαιρετικό χαρακτηριστικό των αποδοτικών κωδικών είναι ότι δεν απαιτούν οριοθέτες, π.χ. ειδικοί χαρακτήρες, διαχωρίζοντας παρακείμενους συνδυασμούς κωδικών. Αυτό επιτυγχάνεται ακολουθώντας έναν απλό κανόνα: οι συντομότεροι κωδικοί δεν είναι η αρχή για μακρύτερους. Σε αυτήν την περίπτωση, η συνεχής ροή των bit αποκωδικοποιείται μοναδικά, επειδή ο αποκωδικοποιητής εντοπίζει πρώτα τις μικρότερες κωδικές λέξεις. Οι αποτελεσματικοί κώδικες είναι από καιρό καθαρά ακαδημαϊκοί, αλλά πρόσφατα έχουν χρησιμοποιηθεί με επιτυχία στη δημιουργία βάσεων δεδομένων, καθώς και στη συμπίεση πληροφοριών σε σύγχρονα μόντεμ και αρχειοθέτες λογισμικού.
Λόγω ανομοιομορφίας, εισάγεται το μέσο μήκος κωδικού. Μέσο μήκος - μαθηματική προσδοκία μήκους κώδικα:
επιπλέον, το l av τείνει στο H(x) από πάνω (δηλαδή, l av > H(x)).
Η εκπλήρωση της συνθήκης (2.23) γίνεται ισχυρότερη όσο αυξάνεται το Ν.
Υπάρχουν δύο τύποι αποτελεσματικών κωδικών: Shannon-Fano και Huffman. Ας δούμε πώς να τα αποκτήσετε χρησιμοποιώντας ένα παράδειγμα. Ας υποθέσουμε ότι οι πιθανότητες των συμβόλων στην ακολουθία έχουν τις τιμές που δίνονται στον Πίνακα 2.1.
Πίνακας 2.1.
Πιθανότητες συμβόλων
| Ν | |||||||||
| πι | 0.1 | 0.2 | 0.1 | 0.3 | 0.05 | 0.15 | 0.03 | 0.02 | 0.05 |
Τα σύμβολα ταξινομούνται, δηλαδή παρουσιάζονται σε μια σειρά με φθίνουσα σειρά πιθανοτήτων. Μετά από αυτό, χρησιμοποιώντας τη μέθοδο Shannon-Fano, επαναλαμβάνεται περιοδικά η ακόλουθη διαδικασία: ολόκληρη η ομάδα γεγονότων χωρίζεται σε δύο υποομάδες με τις ίδιες (ή περίπου τις ίδιες) συνολικές πιθανότητες. Η διαδικασία συνεχίζεται μέχρι να παραμείνει ένα στοιχείο στην επόμενη υποομάδα, μετά την οποία αυτό το στοιχείο εξαλείφεται και οι καθορισμένες ενέργειες συνεχίζονται με τις υπόλοιπες. Αυτό συμβαίνει μέχρι να μείνει μόνο ένα στοιχείο στις δύο τελευταίες υποομάδες. Ας συνεχίσουμε με το παράδειγμά μας, το οποίο συνοψίζεται στον Πίνακα 2.2.
Πίνακας 2.2.
Κωδικοποίηση Shannon-Fano
| Ν | Πι | ||||||
| 4 | 0.3 | Εγώ | |||||
| 0.2 | Εγώ | II | |||||
| 6 | 0.15 | Εγώ | Εγώ | ||||
| 0.1 | II | ||||||
| 1 | 0.1 | Εγώ | Εγώ | ||||
| 9 | 0.05 | II | II | ||||
| 5 | 0.05 | II | Εγώ | ||||
| 7 | 0.03 | II | II | Εγώ | |||
| 8 | 0.02 | II |
Όπως φαίνεται από τον Πίνακα 2.2, το πρώτο σύμβολο με πιθανότητα p 4 = 0,3 συμμετείχε σε δύο διαδικασίες για τη διαίρεση σε ομάδες και και οι δύο φορές κατέληξαν στην ομάδα αριθμό I. Σύμφωνα με αυτό, κωδικοποιείται με διψήφιο κωδικό II. Το δεύτερο στοιχείο στο πρώτο στάδιο της διαίρεσης ανήκε στην ομάδα I, στο δεύτερο - στην ομάδα II. Επομένως, ο κωδικός του είναι 10. Οι κωδικοί των υπολοίπων συμβόλων δεν χρειάζονται επιπλέον σχόλια.
Συνήθως, οι μη ομοιόμορφοι κώδικες απεικονίζονται ως δέντρα κώδικα. Ένα δέντρο κώδικα είναι ένα γράφημα που υποδεικνύει επιτρεπόμενους συνδυασμούς κωδικών. Οι κατευθύνσεις των άκρων αυτού του γραφήματος είναι προκαθορισμένες, όπως φαίνεται στο Σχ. 2.11 (η επιλογή των κατευθύνσεων είναι αυθαίρετη).
Περιηγούνται στο γράφημα ως εξής: δημιουργήστε μια διαδρομή για το επιλεγμένο σύμβολο. ο αριθμός των bit για αυτό είναι ίσος με τον αριθμό των άκρων στη διαδρομή και η τιμή κάθε bit είναι ίση με την κατεύθυνση της αντίστοιχης ακμής. Η διαδρομή σχεδιάζεται από το σημείο εκκίνησης (στο σχέδιο σημειώνεται με το γράμμα Α). Για παράδειγμα, η διαδρομή προς την κορυφή 5 αποτελείται από πέντε άκρες, όλες εκτός από την τελευταία έχουν κατεύθυνση 0. παίρνουμε τον κωδικό 00001.
Ας υπολογίσουμε την εντροπία και το μέσο μήκος λέξης για αυτό το παράδειγμα.
H(x) = -(0,3 log 0,3 + 0,2 log 0,2 + 2 0,1 log 0,1+ 2 0,05 log 0,05+
0,03 log 0,03 + 0,02 log 0,02) = 2,23 bit
l μέσος όρος = 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 .
Όπως μπορείτε να δείτε, το μέσο μήκος λέξης είναι κοντά στην εντροπία.
Οι κώδικες Huffman κατασκευάζονται χρησιμοποιώντας διαφορετικό αλγόριθμο. Η διαδικασία κωδικοποίησης αποτελείται από δύο στάδια. Στο πρώτο στάδιο, οι απλές συμπιέσεις του αλφαβήτου πραγματοποιούνται διαδοχικά. Εφάπαξ συμπίεση - αντικατάσταση των δύο τελευταίων συμβόλων (με τις μικρότερες πιθανότητες) με ένα, με συνολική πιθανότητα. Οι συμπιέσεις εκτελούνται μέχρι να παραμείνουν δύο χαρακτήρες. Ταυτόχρονα, συμπληρώνεται ένας πίνακας κωδικοποίησης, στον οποίο εισάγονται οι πιθανότητες που προκύπτουν και απεικονίζονται οι διαδρομές κατά τις οποίες κινούνται νέα σύμβολα στο επόμενο στάδιο.
Στο δεύτερο στάδιο, εμφανίζεται η πραγματική κωδικοποίηση, η οποία ξεκινά από το τελευταίο στάδιο: στο πρώτο από τα δύο σύμβολα εκχωρείται ο κωδικός 1, στο δεύτερο - 0. Μετά από αυτό, περνούν στο προηγούμενο στάδιο. Οι κωδικοί από το επόμενο στάδιο εκχωρούνται στα σύμβολα που δεν συμμετείχαν στη συμπίεση σε αυτό το στάδιο και ο κωδικός του συμβόλου που λήφθηκε μετά την κόλληση εκχωρείται δύο φορές στα δύο τελευταία σύμβολα και προστίθεται στον κωδικό του άνω χαρακτήρα 1, χαμηλότερο ένα - 0. Εάν ο χαρακτήρας δεν είναι περαιτέρω στην κόλληση συμμετέχει, ο κωδικός του παραμένει αμετάβλητος. Η διαδικασία συνεχίζεται μέχρι το τέλος (δηλαδή μέχρι το πρώτο στάδιο).
Ο Πίνακας 2.3 δείχνει την κωδικοποίηση Huffman. Όπως φαίνεται από τον πίνακα, η κωδικοποίηση πραγματοποιήθηκε σε 7 στάδια. Αριστερά είναι οι πιθανότητες συμβόλων, δεξιά οι ενδιάμεσοι κωδικοί. Τα βέλη δείχνουν τις κινήσεις των νεοσύστατων συμβόλων. Σε κάθε στάδιο, τα δύο τελευταία σύμβολα διαφέρουν μόνο στο λιγότερο σημαντικό bit, το οποίο αντιστοιχεί στην τεχνική κωδικοποίησης. Ας υπολογίσουμε το μέσο μήκος λέξης:
l μέσος όρος = 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
Αυτό είναι ακόμα πιο κοντά στην εντροπία: ο κώδικας είναι ακόμα πιο αποτελεσματικός. Στο Σχ. Το σχήμα 2.12 δείχνει το δέντρο κώδικα Huffman.
Πίνακας 2.3.
Κωδικοποίηση Huffman
| Ν | πι | κώδικας | Εγώ | II | III | IV | V | VI | VII |
| 0.3 | 0.3 11 | 0.3 11 | 0.3 11 | 0.3 11 | 0.3 11 | 0.4 0 | 0.6 1 | ||
| 0.2 | 0.2 01 | 0.2 01 | 0.2 01 | 0.2 01 | 0.3 10 | 0.3 11 | 0.4 0 | ||
| 0.15 | 0.15 101 | 0.15 101 | 0.15 101 | 0.2 00 | 0.2 01 | 0.3 10 | |||
| 0.1 | 0.1 001 | 0.1 001 | 0.15 100 | 0.15 101 | 0.2 00 | ||||
| 0.1 | 0.1 000 | 0.1 000 | 0.1 001 | 0.15 100 | |||||
| 0.05 | 0.05 1000 | 0.1 1001 | 0.1 000 | ||||||
| 0.05 | 0.05 10011 | 0.05 1000 | |||||||
| 0.03 | 0.05 10010 | ||||||||
| 0.02 |
Και οι δύο κωδικοί ικανοποιούν την απαίτηση της ξεκάθαρης αποκωδικοποίησης: όπως φαίνεται από τους πίνακες, οι συντομότεροι συνδυασμοί δεν είναι η αρχή για μεγαλύτερους κωδικούς.
Καθώς ο αριθμός των συμβόλων αυξάνεται, η αποτελεσματικότητα των κωδικών αυξάνεται, επομένως σε ορισμένες περιπτώσεις κωδικοποιούνται μεγαλύτερα μπλοκ (για παράδειγμα, εάν μιλάμε γιασχετικά με τα κείμενα, μπορείτε να κωδικοποιήσετε μερικές από τις πιο συχνά εμφανιζόμενες συλλαβές, λέξεις και ακόμη και φράσεις).
Το αποτέλεσμα της εισαγωγής τέτοιων κωδικών καθορίζεται συγκρίνοντάς τους με έναν ενιαίο κωδικό:
 | (2.24) |
όπου n είναι ο αριθμός των bit του ενιαίου κώδικα που αντικαθίσταται από τον ενεργό.
Τροποποιήσεις των κωδικών Huffman
Ο κλασικός αλγόριθμος Huffman είναι ένας αλγόριθμος δύο περασμάτων, δηλ. απαιτεί πρώτα τη συλλογή στατιστικών στοιχείων για σύμβολα και μηνύματα και στη συνέχεια τις διαδικασίες που περιγράφονται παραπάνω. Αυτό είναι άβολο στην πράξη γιατί αυξάνει τον χρόνο που χρειάζεται για την επεξεργασία των μηνυμάτων και τη συγκέντρωση ενός λεξικού. Συχνότερα, χρησιμοποιούνται μέθοδοι με ένα πέρασμα, στις οποίες συνδυάζονται διαδικασίες συσσώρευσης και κωδικοποίησης. Τέτοιες μέθοδοι ονομάζονται επίσης προσαρμοστική συμπίεση σύμφωνα με τον Huffman [46].
Η ουσία της προσαρμοστικής συμπίεσης σύμφωνα με τον Huffman έγκειται στην κατασκευή ενός αρχικού δέντρου κώδικα και στη διαδοχική του τροποποίηση μετά την άφιξη κάθε επόμενου συμβόλου. Όπως και πριν, τα δέντρα εδώ είναι δυαδικά, δηλ. Το πολύ δύο τόξα προέρχονται από κάθε κορυφή του γραφήματος δέντρου. Είναι σύνηθες να αποκαλούμε την αρχική κορυφή γονέα, και τις δύο επόμενες κορυφές που συνδέονται με αυτήν ως παιδιά. Ας εισαγάγουμε την έννοια του βάρους κορυφής - αυτός είναι ο αριθμός των χαρακτήρων (λέξεων) που αντιστοιχούν σε μια δεδομένη κορυφή, που λαμβάνεται κατά την τροφοδοσία της αρχικής ακολουθίας. Προφανώς, το άθροισμα των βαρών των παιδιών είναι ίσο με το βάρος του γονέα.
Μετά την εισαγωγή του επόμενου συμβόλου της ακολουθίας εισόδου, το δέντρο κώδικα αναθεωρείται: τα βάρη των κορυφών υπολογίζονται εκ νέου και, εάν είναι απαραίτητο, οι κορυφές αναδιατάσσονται. Ο κανόνας για τη μετάθεση κορυφών είναι ο εξής: τα βάρη των κάτω κορυφών είναι τα μικρότερα και οι κορυφές που βρίσκονται στα αριστερά του γραφήματος έχουν τα μικρότερα βάρη.
Ταυτόχρονα, οι κορυφές είναι αριθμημένες. Η αρίθμηση ξεκινά από τις κάτω (κρεμασμένες, δηλ. χωρίς παιδιά) κορυφές από αριστερά προς τα δεξιά, και στη συνέχεια μετακινείται σε κορυφαίο επίπεδοκαι τα λοιπά. πριν από την αρίθμηση της τελευταίας, αρχικής κορυφής. Σε αυτή την περίπτωση, επιτυγχάνεται το εξής αποτέλεσμα: όσο μικρότερο είναι το βάρος μιας κορυφής, τόσο μικρότερος είναι ο αριθμός της.
Η μετάθεση πραγματοποιείται κυρίως για αναρτημένες κορυφές. Κατά τη μετάθεση, πρέπει να λαμβάνεται υπόψη ο κανόνας που διατυπώθηκε παραπάνω: οι κορυφές με μεγαλύτερο βάρος έχουν μεγαλύτερο αριθμό.
Αφού περάσετε την ακολουθία (ονομάζεται επίσης έλεγχος ή δοκιμή), σε όλες τις κρεμαστές κορυφές εκχωρούνται συνδυασμοί κωδικών. Ο κανόνας για την αντιστοίχιση κωδικών είναι παρόμοιος με τον παραπάνω: ο αριθμός των bit του κώδικα είναι ίσος με τον αριθμό των κορυφών μέσω των οποίων η διαδρομή περνά από την πηγή στη δεδομένη αναρτημένη κορυφή και η τιμή ενός συγκεκριμένου bit αντιστοιχεί στην κατεύθυνση από τον γονέα στο "παιδί" (ας πούμε, η μετάβαση στα αριστερά του γονέα αντιστοιχεί στην τιμή 1, στα δεξιά - 0).
Οι συνδυασμοί κωδικών που προκύπτουν αποθηκεύονται στη μνήμη της συσκευής συμπίεσης μαζί με τα ανάλογα τους και σχηματίζουν ένα λεξικό. Η χρήση του αλγορίθμου είναι η εξής. Η συμπιεσμένη ακολουθία χαρακτήρων χωρίζεται σε θραύσματα σύμφωνα με το υπάρχον λεξικό, μετά από το οποίο καθένα από τα θραύσματα αντικαθίσταται με τον κώδικά του από το λεξικό. Τα θραύσματα που δεν βρίσκονται στο λεξικό σχηματίζουν νέες κρεμαστές κορυφές, αποκτούν βάρος και εισάγονται επίσης στο λεξικό. Με αυτόν τον τρόπο, σχηματίζεται ένας προσαρμοστικός αλγόριθμος για την αναπλήρωση του λεξικού.
Για να αυξηθεί η αποτελεσματικότητα της μεθόδου, είναι επιθυμητό να αυξηθεί το μέγεθος του λεξικού. σε αυτή την περίπτωση ο λόγος συμπίεσης αυξάνεται. Στην πράξη, το μέγεθος του λεξικού είναι 4 - 16 KB μνήμης.
 |  |
||
Ας επεξηγήσουμε τον αλγόριθμο που δίνεται με ένα παράδειγμα. Στο Σχ. Το σχήμα 2.13 δείχνει το αρχικό διάγραμμα (ονομάζεται επίσης δέντρο Huffman). Κάθε κορυφή του δέντρου φαίνεται από ένα ορθογώνιο στο οποίο δύο αριθμοί εγγράφονται μέσω ενός κλάσματος: ο πρώτος σημαίνει τον αριθμό της κορυφής, ο δεύτερος σημαίνει το βάρος του. Όπως μπορείτε να δείτε, η αντιστοιχία μεταξύ των βαρών των κορυφών και των αριθμών τους ικανοποιείται.
Ας υποθέσουμε τώρα ότι το σύμβολο που αντιστοιχεί στην κορυφή 1 εμφανίζεται για δεύτερη φορά στη δοκιμαστική ακολουθία. Το βάρος της κορυφής έχει αλλάξει όπως φαίνεται στο Σχ. 2.14, με αποτέλεσμα να παραβιάζεται ο κανόνας αρίθμησης κορυφών. Στο επόμενο στάδιο, αλλάζουμε τη θέση των κορυφών που κρέμονται, για τις οποίες αλλάζουμε τις κορυφές 1 και 4 και επαναριθμούμε όλες τις κορυφές του δέντρου. Το γράφημα που προκύπτει φαίνεται στο Σχ. 2.15. Στη συνέχεια η διαδικασία συνεχίζεται με τον ίδιο τρόπο.
Θα πρέπει να θυμόμαστε ότι κάθε κρεμασμένη κορυφή στο δέντρο Huffman αντιστοιχεί σε ένα συγκεκριμένο σύμβολο ή ομάδα συμβόλων. Ο γονέας διαφέρει από τα παιδιά στο ότι η ομάδα συμβόλων που αντιστοιχεί σε αυτόν είναι ένα σύμβολο μικρότερη από αυτή των παιδιών του και αυτά τα παιδιά είναι διαφορετικά τελευταίος χαρακτήρας. Για παράδειγμα, τα σύμβολα "αυτοκίνητο" αντιστοιχούν στον γονέα. τότε τα παιδιά μπορεί να έχουν τις ακολουθίες "kara" και "karp".
Ο δεδομένος αλγόριθμος δεν είναι ακαδημαϊκός και χρησιμοποιείται ενεργά στην αρχειοθέτηση προγραμμάτων, συμπεριλαμβανομένης της συμπίεσης γραφικών δεδομένων (θα συζητηθούν παρακάτω).
Αλγόριθμοι Lempel–Ziv
Αυτοί είναι οι πιο συχνά χρησιμοποιούμενοι αλγόριθμοι συμπίεσης σήμερα. Χρησιμοποιούνται στα περισσότερα προγράμματα αρχειοθέτησης (για παράδειγμα, PKZIP. ARJ, LHA). Η ουσία των αλγορίθμων είναι ότι ένα συγκεκριμένο σύνολο συμβόλων αντικαθίσταται κατά την αρχειοθέτηση από τον αριθμό του σε ένα ειδικά δημιουργημένο λεξικό. Για παράδειγμα, η φράση "Ο εξερχόμενος αριθμός για την επιστολή σας...", που βρίσκεται συχνά στην επαγγελματική αλληλογραφία, μπορεί να καταλαμβάνει τη θέση 121 στο λεξικό. Στη συνέχεια, αντί να μεταδώσετε ή να αποθηκεύσετε την αναφερόμενη φράση (30 byte), μπορείτε να αποθηκεύσετε τον αριθμό φράσης (1,5 byte σε δυαδική δεκαδική μορφή ή 1 byte σε δυαδική μορφή).
Οι αλγόριθμοι πήραν το όνομά τους από τους συγγραφείς που τους πρότειναν για πρώτη φορά το 1977. Από αυτά, το πρώτο είναι το LZ77. Για την αρχειοθέτηση, δημιουργείται ένα λεγόμενο συρόμενο παράθυρο μηνυμάτων, που αποτελείται από δύο μέρη. Το πρώτο μέρος, μεγαλύτερης μορφής, χρησιμεύει για τη διαμόρφωση ενός λεξικού και έχει μέγεθος περίπου αρκετών kilobyte. Το δεύτερο, μικρότερο μέρος (συνήθως μεγέθους έως 100 byte) λαμβάνει τους τρέχοντες χαρακτήρες του κειμένου που προβάλλεται. Ο αλγόριθμος προσπαθεί να βρει ένα σύνολο χαρακτήρων στο λεξικό που ταιριάζει με αυτούς που λαμβάνονται στο παράθυρο προβολής. Εάν αυτό είναι επιτυχές, δημιουργείται ένας κώδικας που αποτελείται από τρία μέρη: τη μετατόπιση στο λεξικό σε σχέση με την αρχική του υποσυμβολοσειρά, το μήκος αυτής της υποσυμβολοσειράς και τον χαρακτήρα που ακολουθεί αυτή τη δευτερεύουσα συμβολοσειρά. Για παράδειγμα, η επιλεγμένη υποσυμβολοσειρά αποτελείται από τους χαρακτήρες "app" (6 χαρακτήρες συνολικά), ο επόμενος χαρακτήρας είναι "e". Στη συνέχεια, εάν η υποσυμβολοσειρά έχει διεύθυνση (θέση στο λεξικό) 45, τότε η καταχώρηση στο λεξικό μοιάζει με "45, 6. e". Μετά από αυτό, τα περιεχόμενα του παραθύρου μετατοπίζονται κατά θέση και η αναζήτηση συνεχίζεται. Έτσι σχηματίζεται ένα λεξικό.
Το πλεονέκτημα του αλγορίθμου είναι ένας εύκολα επισημοποιούμενος αλγόριθμος για τη σύνταξη ενός λεξικού. Επιπλέον, είναι δυνατή η αποσυμπίεση χωρίς το αρχικό λεξικό (συνιστάται να έχετε μια ακολουθία δοκιμής) - το λεξικό σχηματίζεται κατά την αποσυμπίεση.
Τα μειονεκτήματα του αλγορίθμου εμφανίζονται καθώς αυξάνεται το μέγεθος του λεξικού - ο χρόνος αναζήτησης αυξάνεται. Επιπλέον, εάν στο τρέχον παράθυρο εμφανίζεται μια συμβολοσειρά χαρακτήρων που δεν υπάρχει στο λεξικό, κάθε χαρακτήρας γράφεται με έναν κωδικό τριών στοιχείων, π.χ. Το αποτέλεσμα δεν είναι συμπίεση, αλλά διάταση.
Ο αλγόριθμος LZSS, που προτάθηκε το 1978, έχει τα καλύτερα χαρακτηριστικά. Έχει διαφορές στην υποστήριξη συρόμενων παραθύρων και τους κωδικούς εξόδου του συμπιεστή. Εκτός από το παράθυρο, ο αλγόριθμος δημιουργεί ένα δυαδικό δέντρο παρόμοιο με ένα δέντρο Huffman για να επιταχύνει την αναζήτηση αντιστοιχιών: κάθε υποσυμβολοσειρά που φεύγει από το τρέχον παράθυρο προστίθεται στο δέντρο ως ένα από τα παιδιά. Αυτός ο αλγόριθμος σάς επιτρέπει να αυξήσετε περαιτέρω το μέγεθος του τρέχοντος παραθύρου (είναι επιθυμητό το μέγεθός του να είναι ίσο με ισχύ δύο: 128, 256, κ.λπ. byte). Οι κωδικοί ακολουθίας σχηματίζονται επίσης διαφορετικά: εισάγεται ένα πρόσθετο πρόθεμα 1 bit για να διακρίνει τους μη κωδικοποιημένους χαρακτήρες από τα ζεύγη "offset, length".
Ένας ακόμη μεγαλύτερος βαθμός συμπίεσης επιτυγχάνεται όταν χρησιμοποιούνται αλγόριθμοι όπως ο LZW. Οι αλγόριθμοι που περιγράφηκαν προηγουμένως έχουν ένα σταθερό μέγεθος παραθύρου, το οποίο καθιστά αδύνατη την εισαγωγή φράσεων μεγαλύτερες από το μέγεθος παραθύρου στο λεξικό. Στους αλγόριθμους LZW (και στον προκάτοχό τους LZ78), το παράθυρο προβολής έχει απεριόριστο μέγεθος και το λεξικό συγκεντρώνει φράσεις (και όχι μια συλλογή χαρακτήρων, όπως πριν). Το λεξικό έχει απεριόριστο μήκος και ο κωδικοποιητής (αποκωδικοποιητής) λειτουργεί σε κατάσταση αναμονής φράσης. Όταν σχηματίζεται μια φράση που ταιριάζει με το λεξικό, εκδίδεται ένας κωδικός αντιστοίχισης (δηλαδή ο κωδικός αυτής της φράσης στο λεξικό) και ο κωδικός του χαρακτήρα που ακολουθεί. Εάν, καθώς συσσωρεύονται σύμβολα, σχηματίζεται μια νέα φράση, εισάγεται επίσης στο λεξικό, όπως η συντομότερη. Το αποτέλεσμα είναι μια αναδρομική διαδικασία που παρέχει γρήγορη κωδικοποίηση και αποκωδικοποίηση.
Μια πρόσθετη δυνατότητα συμπίεσης παρέχεται με συμπιεσμένη κωδικοποίηση επαναλαμβανόμενων χαρακτήρων. Εάν σε μια ακολουθία ακολουθούν ορισμένοι χαρακτήρες στη σειρά (για παράδειγμα, στο κείμενο αυτοί μπορεί να είναι χαρακτήρες "διαστήματος", σε μια ακολουθία αριθμών - διαδοχικά μηδενικά κ.λπ.), τότε είναι λογικό να τους αντικαταστήσετε με το ζεύγος "χαρακτήρας. μήκος" ή "σημάδι, μήκος" ". Στην πρώτη περίπτωση, ο κωδικός υποδεικνύει το σημάδι ότι η ακολουθία θα κωδικοποιηθεί (συνήθως 1 bit), μετά τον κωδικό του επαναλαμβανόμενου χαρακτήρα και το μήκος της ακολουθίας. Στη δεύτερη περίπτωση (που παρέχεται για τους πιο συχνά εμφανιζόμενους επαναλαμβανόμενους χαρακτήρες), το πρόθεμα υποδεικνύει απλώς ένα σύμβολο επανάληψης.
Δυναμική συμπίεση(Δυναμική συμπίεση εύρους, DRC) - στένωση (ή επέκταση στην περίπτωση επέκτασης) του δυναμικού εύρους του φωνογράμματος. Δυναμικό εύρος, είναι η διαφορά μεταξύ του πιο ήσυχου και του πιο δυνατού ήχου. Μερικές φορές ο πιο ήσυχος ήχος σε ένα soundtrack θα είναι λίγο πιο δυνατός από το επίπεδο θορύβου και μερικές φορές λίγο πιο αθόρυβος από τον πιο δυνατό. Οι συσκευές και τα προγράμματα υλικού που εκτελούν δυναμική συμπίεση ονομάζονται συμπιεστές, διακρίνοντας μεταξύ τους τέσσερις κύριες ομάδες: τους ίδιους τους συμπιεστές, τους περιοριστές, τους διαστολείς και τις πύλες.
Αναλογικός συμπιεστής σωλήνα DBX 566
Συμπίεση προς τα κάτω και προς τα πάνω
Υποσυμπίεση(Κάτω συμπίεση) μειώνει την ένταση ενός ήχου όταν αρχίζει να υπερβαίνει ένα συγκεκριμένο όριο, αφήνοντας αμετάβλητους τους πιο σιωπηλούς ήχους. Μια ακραία εκδοχή της προς τα κάτω συμπίεσης είναι περιοριστής. Ενισχύστε τη συμπίεσηΗ συμπίεση προς τα πάνω, από την άλλη πλευρά, αυξάνει την ένταση ενός ήχου εάν είναι κάτω από ένα όριο χωρίς να επηρεάζει τους πιο δυνατούς ήχους. Ταυτόχρονα, και οι δύο τύποι συμπίεσης περιορίζουν το δυναμικό εύρος του σήματος ήχου.
Υποσυμπίεση
Ενισχύστε τη συμπίεση
Expander και Gate
Εάν ένας συμπιεστής μειώνει το δυναμικό εύρος, ένας διαστολέας το αυξάνει. Όταν το επίπεδο του σήματος ανεβαίνει πάνω από το επίπεδο κατωφλίου, ο διαστολέας το αυξάνει περαιτέρω, αυξάνοντας έτσι τη διαφορά μεταξύ δυνατών και απαλών ήχων. Συσκευές όπως αυτή χρησιμοποιούνται συχνά κατά την εγγραφή ενός drum kit για τον διαχωρισμό των ήχων ενός τυμπάνου από το άλλο.
Ένας τύπος διαστολέα που χρησιμοποιείται όχι για την ενίσχυση δυνατών ήχων, αλλά για την εξασθένιση ήχων που δεν υπερβαίνουν ένα επίπεδο κατωφλίου (για παράδειγμα, θόρυβο φόντου) ονομάζεται Πύλη θορύβου. Σε μια τέτοια συσκευή, μόλις το επίπεδο του ήχου γίνει μικρότερο από το κατώφλι, το σήμα σταματά να περνά. Συνήθως μια πύλη χρησιμοποιείται για την καταστολή του θορύβου κατά τις παύσεις. Σε ορισμένα μοντέλα, μπορείτε να βεβαιωθείτε ότι ο ήχος δεν σταματά απότομα όταν φτάσει σε ένα επίπεδο κατωφλίου, αλλά σταδιακά εξασθενεί. Σε αυτήν την περίπτωση, ο ρυθμός αποσύνθεσης ορίζεται από το στοιχείο ελέγχου Decay.
Η πύλη, όπως και άλλοι τύποι συμπιεστών, μπορεί να είναι εξαρτάται από τη συχνότητα(δηλαδή μεταχείριση ορισμένων ζώνες συχνοτήτων) και μπορεί να λειτουργήσει στη λειτουργία πλευρική αλυσίδα(Δες παρακάτω).
Αρχή λειτουργίας συμπιεστή
Το σήμα που εισέρχεται στον συμπιεστή χωρίζεται σε δύο αντίγραφα. Ένα αντίγραφο αποστέλλεται σε έναν ενισχυτή, στον οποίο ο βαθμός ενίσχυσης ελέγχεται από ένα εξωτερικό σήμα και το δεύτερο αντίγραφο παράγει αυτό το σήμα. Εισέρχεται σε μια συσκευή που ονομάζεται side-chain, όπου μετράται το σήμα και, με βάση αυτά τα δεδομένα, δημιουργείται ένας φάκελος που περιγράφει την αλλαγή στον όγκο του.
Έτσι σχεδιάζονται οι περισσότεροι σύγχρονοι συμπιεστές, αυτός είναι ο λεγόμενος τύπος feed-forward. Σε παλαιότερες συσκευές (τύπος ανάδρασης), το επίπεδο σήματος μετράται μετά τον ενισχυτή.
Υπάρχουν διάφορες τεχνολογίες αναλογικής ενίσχυσης μεταβλητής απολαβής, η καθεμία με τα δικά της πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα: σωλήνα, οπτική με χρήση φωτοαντιστάσεων και τρανζίστορ. Όταν εργάζεστε με ψηφιακό ήχο (σε πρόγραμμα επεξεργασίας ήχου ή DAW), μπορούν να χρησιμοποιηθούν οι δικοί σας μαθηματικοί αλγόριθμοι ή να γίνει εξομοίωση της λειτουργίας αναλογικών τεχνολογιών.
Βασικές παράμετροι συμπιεστών
Κατώφλι
Ένας συμπιεστής μειώνει τη στάθμη ενός ηχητικού σήματος εάν το πλάτος του υπερβαίνει μια ορισμένη τιμή κατωφλίου (κατώφλι). Συνήθως προσδιορίζεται σε ντεσιμπέλ, με χαμηλότερο όριο (π.χ. -60 dB) που σημαίνει ότι θα επεξεργαστεί περισσότερος ήχος από ένα υψηλότερο όριο (π.χ. -5 dB).
αναλογία
Το μέγεθος της μείωσης της στάθμης καθορίζεται από την παράμετρο αναλογίας: η αναλογία 4:1 σημαίνει ότι εάν η στάθμη εισόδου είναι 4 dB πάνω από το όριο, η στάθμη εξόδου θα είναι 1 dB πάνω από το όριο.
Για παράδειγμα:
Κατώφλι = −10 dB
Είσοδος = −6 dB (4 dB πάνω από το όριο)
Έξοδος = −9 dB (1 dB πάνω από το όριο)
Είναι σημαντικό να έχετε κατά νου ότι η καταστολή της στάθμης σήματος συνεχίζεται για κάποιο χρονικό διάστημα αφότου πέσει κάτω από το επίπεδο κατωφλίου και αυτός ο χρόνος καθορίζεται από την τιμή της παραμέτρου ελευθέρωση.
Η συμπίεση με μέγιστο λόγο ∞:1 ονομάζεται περιοριστική. Αυτό σημαίνει ότι οποιοδήποτε σήμα πάνω από το επίπεδο κατωφλίου εξασθενεί στο επίπεδο κατωφλίου (εκτός από μια σύντομη περίοδο μετά από μια ξαφνική αύξηση του όγκου εισόδου). Δείτε το "Limiter" παρακάτω για περισσότερες λεπτομέρειες.
Παραδείγματα διαφορετικών τιμών αναλογίας
Επίθεση και απελευθέρωση
Ένας συμπιεστής παρέχει κάποιο έλεγχο σχετικά με το πόσο γρήγορα ανταποκρίνεται στις αλλαγές στη δυναμική του σήματος. Η παράμετρος Attack καθορίζει το χρόνο που χρειάζεται για να μειώσει ο συμπιεστής το κέρδος σε ένα επίπεδο που καθορίζεται από την παράμετρο Ratio. Η απελευθέρωση καθορίζει το χρόνο κατά τον οποίο ο συμπιεστής, αντίθετα, αυξάνει το κέρδος ή επιστρέφει στο κανονικό εάν η στάθμη του σήματος εισόδου πέσει κάτω από την τιμή κατωφλίου.
Φάσεις επίθεσης και απελευθέρωσης
Αυτές οι παράμετροι υποδεικνύουν τον χρόνο (συνήθως σε χιλιοστά του δευτερολέπτου) που χρειάζεται για να αλλάξει το κέρδος κατά ένα ορισμένο ποσό ντεσιμπέλ, συνήθως 10 dB. Για παράδειγμα, σε αυτήν την περίπτωση, εάν το Attack έχει οριστεί σε 1 ms, θα χρειαστεί 1 ms για να μειωθεί το κέρδος κατά 10 dB και 2 ms για να μειωθεί το κέρδος κατά 20 dB.
Σε πολλούς συμπιεστές οι παράμετροι Attack και Release μπορούν να ρυθμιστούν, αλλά σε ορισμένους είναι προκαθορισμένες και δεν μπορούν να ρυθμιστούν. Μερικές φορές χαρακτηρίζονται ως «αυτόματες» ή «εξαρτώμενες από πρόγραμμα», π.χ. αλλάζει ανάλογα με το σήμα εισόδου.
Γόνατο
Μια άλλη παράμετρος συμπιεστή: σκληρό/μαλακό γόνατο. Καθορίζει εάν η έναρξη της συμπίεσης θα είναι απότομη (σκληρή) ή σταδιακή (μαλακή). Το μαλακό γόνατο μειώνει την αισθητή μετάβαση από το ξηρό σήμα στο συμπιεσμένο σήμα, ειδικά σε υψηλές τιμές αναλογίας και απότομες αυξήσεις της έντασης.
Σκληρό γόνατο και μαλακό γόνατο συμπίεση
Peak και RMS
Ο συμπιεστής μπορεί να ανταποκριθεί σε μέγιστες τιμές (βραχυπρόθεσμες μέγιστες) ή στο μέσο επίπεδο του σήματος εισόδου. Η χρήση των τιμών κορυφής μπορεί να οδηγήσει σε έντονες διακυμάνσεις στον βαθμό συμπίεσης, ακόμη και παραμόρφωση. Επομένως, οι συμπιεστές εφαρμόζουν μια μέση συνάρτηση (συνήθως RMS) στο σήμα εισόδου όταν το συγκρίνουν με μια τιμή κατωφλίου. Αυτό δίνει μια πιο άνετη συμπίεση, πιο κοντά στην ανθρώπινη αντίληψη της έντασης.
Το RMS είναι μια παράμετρος που αντικατοπτρίζει τη μέση ένταση ήχου ενός soundtrack. Από μαθηματική άποψη, το RMS (Root Mean Square) είναι η μέση τετραγωνική τιμή της ρίζας του πλάτους ενός συγκεκριμένου αριθμού δειγμάτων:
Στερεοφωνική σύνδεση
Ένας συμπιεστής σε λειτουργία στερεοφωνικής σύνδεσης εφαρμόζει το ίδιο κέρδος και στα δύο στερεοφωνικά κανάλια. Αυτό αποφεύγει τις στερεοφωνικές μετατοπίσεις που μπορεί να προκύψουν από μεμονωμένη επεξεργασία του αριστερού και του δεξιού καναλιού. Αυτή η μετατόπιση λαμβάνει χώρα εάν, για παράδειγμα, ένα δυνατό στοιχείο μετατοπιστεί εκτός κέντρου.
Κέρδος μακιγιάζ
Δεδομένου ότι ο συμπιεστής μειώνει τη συνολική στάθμη σήματος, συνήθως προσθέτει μια επιλογή σταθερού κέρδους εξόδου για την επίτευξη του βέλτιστου επιπέδου.
Κοιτάξουμε μπροστά
Η λειτουργία ματιά στο μέλλον έχει σχεδιαστεί για να επιλύει προβλήματα που σχετίζονται τόσο με πολύ υψηλές όσο και με πολύ χαμηλές τιμές Attack και Release. Ένας πολύ μεγάλος χρόνος επίθεσης δεν μας επιτρέπει να αναχαιτίσουμε αποτελεσματικά τα παροδικά και ένας πολύ μικρός χρόνος επίθεσης μπορεί να μην είναι άνετος για τον ακροατή. Όταν χρησιμοποιείτε τη λειτουργία βλέμμα μπροστά, το κύριο σήμα καθυστερεί σε σχέση με το σήμα ελέγχου, αυτό σας επιτρέπει να ξεκινήσετε τη συμπίεση εκ των προτέρων, ακόμη και πριν το σήμα φτάσει την τιμή κατωφλίου.
Το μόνο μειονέκτημα αυτής της μεθόδου είναι η χρονική καθυστέρηση του σήματος, η οποία σε ορισμένες περιπτώσεις είναι ανεπιθύμητη.
Χρήση Δυναμικής Συμπίεσης
Η συμπίεση χρησιμοποιείται παντού, όχι μόνο σε μουσικά κομμάτια, αλλά και όπου είναι απαραίτητο να αυξηθεί η συνολική ένταση χωρίς να αυξηθούν τα επίπεδα αιχμής, όπου χρησιμοποιείται φθηνός εξοπλισμός αναπαραγωγής ήχου ή περιορισμένο κανάλι μετάδοσης (συστήματα δημόσιας διεύθυνσης και επικοινωνίας, ερασιτεχνικό ραδιόφωνο, κλπ.) .
Η συμπίεση εφαρμόζεται κατά την αναπαραγωγή μουσική υπόκρουση(σε καταστήματα, εστιατόρια κ.λπ.) όπου δεν είναι επιθυμητές οποιεσδήποτε αισθητές αλλαγές στον όγκο.
Αλλά ο πιο σημαντικός τομέας εφαρμογής της δυναμικής συμπίεσης είναι η παραγωγή και η μετάδοση μουσικής. Η συμπίεση χρησιμοποιείται για να δώσει στον ήχο «πάχος» και «οδήγηση», για καλύτερο συνδυασμό οργάνων μεταξύ τους, και ειδικά κατά την επεξεργασία φωνητικών.
Τα φωνητικά στη ροκ και ποπ μουσική συχνά συμπιέζονται για να ξεχωρίζουν από τη συνοδεία και να προσθέτουν σαφήνεια. Ένας ειδικός τύπος συμπιεστή που είναι συντονισμένος μόνο σε ορισμένες συχνότητες - ένα de-esser - χρησιμοποιείται για την καταστολή των sibilant φωνήματα.
Στα όργανα οργάνων, η συμπίεση χρησιμοποιείται επίσης για εφέ που δεν σχετίζονται άμεσα με την ένταση, για παράδειγμα, οι ήχοι τυμπάνου που αποσυντίθενται γρήγορα μπορούν να διαρκέσουν περισσότερο.
Η ηλεκτρονική χορευτική μουσική (EDM) χρησιμοποιεί συχνά πλευρική αλυσίδα (δείτε παρακάτω) - για παράδειγμα, η γραμμή του μπάσου μπορεί να οδηγείται από ένα τύμπανο ή κάτι παρόμοιο για να αποτρέψει τη σύγκρουση μπάσου και ντραμς και να δημιουργήσει έναν δυναμικό παλμό.
Η συμπίεση χρησιμοποιείται ευρέως σε εκπομπές (ραδιόφωνο, τηλεόραση, διαδικτυακή μετάδοση) για να αυξήσει την αντιληπτή ένταση ενώ μειώνει το δυναμικό εύρος του ήχου της πηγής (συνήθως CD). Οι περισσότερες χώρες έχουν νομικούς περιορισμούς στη μέγιστη στιγμιαία ένταση που μπορεί να μεταδοθεί. Συνήθως αυτοί οι περιορισμοί εφαρμόζονται από μόνιμους συμπιεστές υλικού στην αλυσίδα αέρα. Επιπλέον, η αυξανόμενη αντιληπτή ένταση βελτιώνει την "ποιότητα" του ήχου από την οπτική γωνία των περισσότερων ακροατών.
δείτε επίσης Πόλεμος έντασης.
Συνεχής αύξηση της έντασης του ίδιου τραγουδιού που έγινε remaster για CD από το 1983 έως το 2000.
Πλευρική αλυσίδα
Ένας άλλος που συναντάται συχνά διακόπτης συμπιεστή είναι η "πλευρική αλυσίδα". Σε αυτή τη λειτουργία, η συμπίεση του ήχου λαμβάνει χώρα ανεξάρτητα από αυτήν δικό του επίπεδο, και ανάλογα με το επίπεδο του σήματος που εισέρχεται στο βύσμα, το οποίο συνήθως ονομάζεται πλευρική αλυσίδα.
Υπάρχουν διάφορες χρήσεις για αυτό. Για παράδειγμα, ο τραγουδιστής έχει ένα λάστιχο και όλα τα "s" ξεχωρίζουν από τη συνολική εικόνα. Περνάτε τη φωνή του μέσω ενός συμπιεστή και τροφοδοτείτε τον ίδιο ήχο στον σύνδεσμο της πλευρικής αλυσίδας, αλλά περνάτε από έναν ισοσταθμιστή. Με έναν ισοσταθμιστή, κόβετε όλες τις συχνότητες εκτός από αυτές που χρησιμοποιεί ο τραγουδιστής όταν προφέρει το γράμμα "s". Συνήθως γύρω στα 5 kHz, αλλά μπορεί να κυμαίνεται από 3 kHz έως 8 kHz. Εάν στη συνέχεια βάλετε τον συμπιεστή σε λειτουργία πλευρικής αλυσίδας, η φωνή θα συμπιεστεί εκείνες τις στιγμές που προφέρεται το γράμμα «s». Αυτό είχε ως αποτέλεσμα μια συσκευή γνωστή ως de-esser. Αυτός ο τρόπος εργασίας ονομάζεται «εξαρτώμενος από τη συχνότητα».
Μια άλλη χρήση αυτής της λειτουργίας ονομάζεται "πάπιο". Για παράδειγμα, σε έναν ραδιοφωνικό σταθμό, η μουσική περνάει από έναν συμπιεστή και τα λόγια του DJ έρχονται μέσω μιας πλευρικής αλυσίδας. Όταν ο DJ αρχίζει να συνομιλεί, η ένταση της μουσικής μειώνεται αυτόματα. Αυτό το εφέ μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί με επιτυχία στην εγγραφή, για παράδειγμα, για τη μείωση της έντασης των τμημάτων του πληκτρολογίου ενώ τραγουδάτε.
Περιορισμός τοίχου από τούβλα
Ο συμπιεστής και ο περιοριστής λειτουργούν περίπου με τον ίδιο τρόπο· μπορούμε να πούμε ότι ο περιοριστής είναι ένας συμπιεστής με υψηλή αναλογία (από 10:1) και, συνήθως, χαμηλό χρόνο επίθεσης.
Υπάρχει μια ιδέα περιορισμού - περιορισμού τοίχου από τούβλα με πολύ υψηλή αναλογία (20:1 και άνω) και πολύ γρήγορη επίθεση. Στην ιδανική περίπτωση, δεν επιτρέπει καθόλου στο σήμα να υπερβεί το επίπεδο κατωφλίου. Το αποτέλεσμα θα είναι δυσάρεστο για το αυτί, αλλά αυτό θα αποτρέψει ζημιά στον εξοπλισμό αναπαραγωγής ήχου ή υπερβολική εύρος ζώνηςΚανάλι. Πολλοί κατασκευαστές ενσωματώνουν περιοριστές στις συσκευές τους για αυτόν ακριβώς τον σκοπό.
Clipper vs. Limiter, μαλακό και σκληρό κούρεμα
Η συμπίεση είναι ένα από τα πιο μυθολογικά θέματα στην παραγωγή ήχου. Λένε ότι ο Μπετόβεν τρόμαξε ακόμη και τα παιδιά του γείτονα μαζί της:(
Εντάξει, στην πραγματικότητα, η χρήση συμπίεσης δεν είναι πιο δύσκολη από τη χρήση παραμόρφωσης, το κύριο πράγμα είναι να κατανοήσουμε την αρχή της λειτουργίας της και να έχουμε καλό έλεγχο. Αυτό θα δούμε τώρα μαζί.
Τι είναι η συμπίεση ήχου
Το πρώτο πράγμα που πρέπει να καταλάβετε πριν από την προετοιμασία είναι η συμπίεση. δουλεύοντας με το δυναμικό εύρος του ήχου. Και, με τη σειρά του, δεν είναι τίποτα άλλο από τη διαφορά μεταξύ των πιο δυνατών και πιο αθόρυβων επιπέδων σήματος:
Ετσι, συμπίεση είναι η συμπίεση του δυναμικού εύρους. Ναί, Μόλιςσυμπίεση δυναμικού εύρους, ή με άλλα λόγια μείωση της στάθμης των δυνατών τμημάτων του σήματος και αύξηση της έντασης των αθόρυβων τμημάτων. ΟΧΙ πια.
Μπορεί εύλογα να αναρωτιέστε γιατί μια τέτοια διαφημιστική εκστρατεία συνδέεται τότε; Γιατί όλοι μιλούν για συνταγές για σωστές ρυθμίσεις συμπιεστή, αλλά κανείς δεν τις μοιράζεται; Γιατί, παρά τον τεράστιο αριθμό των cool plugins, πολλά στούντιο εξακολουθούν να χρησιμοποιούν ακριβά, σπάνια μοντέλα συμπιεστών; Γιατί ορισμένοι παραγωγοί χρησιμοποιούν συμπιεστές σε ακραίες ρυθμίσεις, ενώ άλλοι δεν τους χρησιμοποιούν καθόλου; Και ποιο από αυτά έχει δίκιο τελικά;
Προβλήματα που επιλύονται με συμπίεση
Οι απαντήσεις σε τέτοιες ερωτήσεις βρίσκονται στο επίπεδο κατανόησης του ρόλου της συμπίεσης στην εργασία με τον ήχο. Και επιτρέπει:
- Δώστε έμφαση στην επίθεσηήχος, καθιστώντας τον πιο έντονο.
- «Ρύθμιση» μεμονωμένων μερών οργάνων στο μείγμα, προσθέτοντας δύναμη και «βάρος» σε αυτά.
- Κάντε ομάδες οργάνων ή ένα ολόκληρο μείγμα πιο συνεκτικό, ένα τέτοιο ενιαίο μονόλιθο?
- Επίλυση διενέξεων μεταξύ εργαλείωνχρησιμοποιώντας sidechain?
- Διορθώστε τα λάθη του τραγουδιστή ή των μουσικών, ισοπεδώνοντας τη δυναμική τους.
- Με μια συγκεκριμένη ρύθμιση λειτουργούν ως καλλιτεχνικό αποτέλεσμα.
Όπως μπορείτε να δείτε, αυτή δεν είναι λιγότερο σημαντική δημιουργική διαδικασία από ό,τι, για παράδειγμα, η δημιουργία μελωδιών ή η δημιουργία ενδιαφέροντων ηχοχρωμάτων. Επιπλέον, οποιοδήποτε από τα παραπάνω προβλήματα μπορεί να λυθεί χρησιμοποιώντας 4 κύριες παραμέτρους.
Βασικές παράμετροι του συμπιεστή
Παρά τον τεράστιο αριθμό μοντέλων λογισμικού και υλικού συμπιεστών, όλη η «μαγεία» της συμπίεσης συμβαίνει όταν οι κύριες παράμετροι έχουν ρυθμιστεί σωστά: Threshold, Ratio, Attack και Release. Ας τα δούμε αναλυτικότερα:
Κατώφλι ή κατώφλι απόκρισης, dB
Αυτή η παράμετρος σάς επιτρέπει να ορίσετε την τιμή από την οποία θα λειτουργεί ο συμπιεστής (δηλαδή, να συμπιέσετε το σήμα ήχου). Έτσι, αν θέσουμε το όριο στα -12dB, ο συμπιεστής θα λειτουργεί μόνο σε εκείνα τα μέρη του δυναμικού εύρους που υπερβαίνουν αυτήν την τιμή. Εάν όλος ο ήχος μας είναι πιο αθόρυβος από -12db, ο συμπιεστής θα τον περάσει απλά χωρίς να τον επηρεάσει με κανέναν τρόπο.
Αναλογία ή αναλογία συμπίεσης
Η παράμετρος αναλογίας καθορίζει πόσο θα συμπιεστεί ένα σήμα που υπερβαίνει το όριο. Λίγα μαθηματικά για να ολοκληρώσουμε την εικόνα: ας πούμε ότι στήσαμε έναν συμπιεστή με κατώφλι -12dB, αναλογία 2:1 και τον τροφοδοτήσαμε με έναν βρόχο τυμπάνου στον οποίο η ένταση του τυμπάνου κλωτσιού είναι -4dB. Ποιο θα είναι το αποτέλεσμα της λειτουργίας του συμπιεστή σε αυτή την περίπτωση;
Στην περίπτωσή μας, το επίπεδο λακτίσματος υπερβαίνει το όριο κατά 8dB. Αυτή η διαφορά ανάλογα με την αναλογία θα συμπιεστεί στα 4dB (8dB / 2). Σε συνδυασμό με το μη επεξεργασμένο τμήμα του σήματος, αυτό θα οδηγήσει στο γεγονός ότι μετά την επεξεργασία από έναν συμπιεστή, ο όγκος του τυμπάνου κλωτσιού θα είναι -8db (κατώφλι -12dB + συμπιεσμένο σήμα 4dB).
Επίθεση, κα
Αυτός είναι ο χρόνος μετά τον οποίο ο συμπιεστής θα ανταποκριθεί στην υπέρβαση του ορίου απόκρισης. Δηλαδή, εάν ο χρόνος επίθεσης είναι πάνω από 0 ms - ο συμπιεστής αρχίζει τη συμπίεσηυπερβαίνοντας το σήμα κατωφλίου όχι αμέσως, αλλά μετά από καθορισμένο χρόνο.
Αποδέσμευση ή ανάκτηση, ms
Το αντίθετο από μια επίθεση - η τιμή αυτής της παραμέτρου σάς επιτρέπει να καθορίσετε πόσο καιρό μετά το επίπεδο σήματος θα επιστρέψει κάτω από το όριο ο συμπιεστής θα σταματήσει να συμπιέζεται.
Πριν προχωρήσουμε, συνιστώ ανεπιφύλακτα να πάρετε ένα γνωστό δείγμα, να τοποθετήσετε οποιονδήποτε συμπιεστή στο κανάλι του και να πειραματιστείτε με τις παραπάνω παραμέτρους για 5-10 λεπτά για να στερεώσετε με ασφάλεια το υλικό
Ολα άλλες παράμετροι είναι προαιρετικές. Μπορεί να διαφέρουν μεταξύ διαφορετικών μοντέλων συμπιεστών, γι' αυτό εν μέρει οι παραγωγοί χρησιμοποιούν διαφορετικά μοντέλα για συγκεκριμένους σκοπούς (για παράδειγμα, έναν συμπιεστή για φωνητικά, έναν άλλο για μια ομάδα τυμπάνων, έναν τρίτο για το κύριο κανάλι). Δεν θα σταθώ σε αυτές τις παραμέτρους λεπτομερώς, αλλά θα δώσω μόνο γενικές πληροφορίεςΓια να καταλάβετε περί τίνος πρόκειται:
- Γόνατο ή συστροφή (Σκληρό/Μαλακό γόνατο). Αυτή η παράμετρος καθορίζει πόσο γρήγορα θα εφαρμοστεί ο λόγος (αναλογία) συμπίεσης: σκληρά κατά μήκος μιας καμπύλης ή ομαλά. Σημειώνω ότι στη λειτουργία Soft Knee ο συμπιεστής δεν λειτουργεί γραμμικά, αλλά αρχίζει να συμπιέζει ομαλά (εφόσον αυτό είναι κατάλληλο όταν μιλάμε για χιλιοστά του δευτερολέπτου) ήδη πριν από την τιμή κατωφλίου. Για την επεξεργασία ομάδων καναλιών και του συνολικού μείγματος, χρησιμοποιείται συχνά μαλακό γόνατο (καθώς λειτουργεί απαρατήρητο) και για να τονιστεί η επίθεση και άλλα χαρακτηριστικά μεμονωμένων οργάνων, χρησιμοποιείται σκληρό γόνατο.
- Λειτουργία απόκρισης: Peak/RMS. Η λειτουργία Peak δικαιολογείται όταν χρειάζεται να περιορίσετε αυστηρά τις εκρήξεις πλάτους, καθώς και σε σήματα με πολύπλοκο σχήμα, η δυναμική και η αναγνωσιμότητα των οποίων πρέπει να μεταδοθούν πλήρως. Η λειτουργία RMS είναι πολύ απαλή με τον ήχο, επιτρέποντάς σας να τον παχύνετε ενώ διατηρείτε την επίθεση.
- Προνοητικότητα (Lookahead). Αυτός είναι ο χρόνος κατά τον οποίο ο συμπιεστής θα γνωρίζει τι του έρχεται. Ένα είδος προκαταρκτικής ανάλυσης των εισερχόμενων σημάτων.
- Μακιγιάζ ή κέρδος. Μια παράμετρος που σας επιτρέπει να αντισταθμίσετε τη μείωση του όγκου ως αποτέλεσμα της συμπίεσης.
Πρώτα και πλέον κύρια συμβουλή , το οποίο εξαλείφει όλες τις περαιτέρω ερωτήσεις σχετικά με τη συμπίεση: εάν α) κατανοείτε την αρχή της συμπίεσης, β) γνωρίζετε καλά πώς αυτή ή η άλλη παράμετρος επηρεάζει τον ήχο και γ) καταφέρετε να δοκιμάσετε πολλές στην πράξη διαφορετικά μοντέλα — δεν χρειάζεσαι καμία συμβουλή πια.
Είμαι απολύτως σοβαρός. Εάν διαβάσατε προσεκτικά αυτήν την ανάρτηση, πειραματιστήκατε με τον τυπικό συμπιεστή του DAW και ένα ή δύο πρόσθετα, αλλά δεν καταλάβατε σε ποιες περιπτώσεις πρέπει να ορίσετε μεγάλες τιμές επίθεσης, ποια αναλογία να χρησιμοποιήσετε και σε ποια λειτουργία να επεξεργαστείτε το σήμα πηγής - τότε θα συνεχίσετε να ψάχνετε στο Διαδίκτυο για έτοιμες συνταγές, εφαρμόζοντάς τις αλόγιστα οπουδήποτε.
Συνταγές μικρορύθμισης συμπιεστήείναι κάτι σαν συνταγές για να τελειοποιήσετε μια αντήχηση ή ένα ρεφρέν - δεν έχει νόημα και δεν έχει καμία σχέση με τη δημιουργικότητα. Επομένως, επαναλαμβάνω επίμονα τη μόνη σωστή συνταγή: οπλιστείτε με αυτό το άρθρο, καλά ακουστικά οθόνης, ένα plug-in για οπτικό έλεγχο της κυματομορφής και περάστε το βράδυ παρέα με μερικούς συμπιεστές.
Ανάλαβε δράση!
Οι δίσκοι, ειδικά οι παλαιότεροι που ηχογραφήθηκαν και παρήχθησαν πριν από το 1982, ήταν πολύ λιγότερο πιθανό να αναμειχθούν για να κάνουν την ηχογράφηση πιο δυνατή. Αναπαράγουν φυσική μουσική με ένα φυσικό δυναμικό εύρος που διατηρείται στον δίσκο και χάνεται στις περισσότερες τυπικές ψηφιακές ή υψηλής ευκρίνειας μορφές.
Υπάρχουν εξαιρέσεις σε αυτό, φυσικά - ακούστε το πρόσφατο άλμπουμ του Steven Wilson από τη MA Recordings ή την Reference Recordings και θα ακούσετε πόσο καλός μπορεί να είναι ο ψηφιακός ήχος. Αλλά αυτό είναι σπάνιο· οι περισσότερες σύγχρονες ηχογραφήσεις είναι δυνατές και συμπιεσμένες.
Η συμπίεση μουσικής έχει δεχθεί πολλές επικρίσεις τον τελευταίο καιρό, αλλά είμαι πρόθυμος να στοιχηματίσω ότι σχεδόν όλες οι αγαπημένες σας ηχογραφήσεις είναι συμπιεσμένες. Κάποια από αυτά είναι λιγότερα, άλλα είναι περισσότερα, αλλά ακόμα συμπιεσμένα. Η συμπίεση δυναμικού εύρους είναι αποδιοπομπαίος τράγος για μουσική με κακό ήχο, αλλά η εξαιρετικά συμπιεσμένη μουσική δεν είναι κάτι καινούργιο: ακούστε άλμπουμ Motown από τη δεκαετία του '60. Το ίδιο μπορεί να ειπωθεί για τα κλασικά έργα των Led Zeppelin ή τα νεότερα άλμπουμ των Wilco και Radiohead. Η συμπίεση δυναμικού εύρους μειώνει τη φυσική σχέση μεταξύ των πιο δυνατών και πιο απαλών ήχων σε μια εγγραφή, έτσι ένας ψίθυρος μπορεί να είναι τόσο δυνατός όσο μια κραυγή. Είναι αρκετά δύσκολο να βρεις ποπ μουσική των τελευταίων 50 ετών που να μην έχει συμπιεστεί.
Πρόσφατα είχα μια ωραία συνομιλία με τον ιδρυτή και συντάκτη του περιοδικού Tape Op Larry Crane σχετικά με τις καλές, τις κακές και τις άσχημες πτυχές της συμπίεσης. Ο Larry Crane έχει συνεργαστεί με συγκροτήματα και καλλιτέχνες όπως οι Stefan Marcus, Cat Power, Sleater-Kinney, Jenny Lewis, M. Ward, The Go-Betweens, Jason Little, Eliot Smith, Quasi και Richmond Fontaine. Διαχειρίζεται επίσης το στούντιο ηχογράφησης Jackpot! στο Πόρτλαντ του Όρεγκον, το οποίο ήταν το σπίτι των The Breeders, The Decemberists, Eddie Vedder, Pavement, R.E.M., She & Him και πολλών, πολλών άλλων.
Ως παράδειγμα εκπληκτικά αφύσικης ήχου αλλά εξακολουθούν να είναι υπέροχα τραγούδια, αναφέρω το άλμπουμ του Spoon το 2014, They Want My Soul. Ο Crane γελάει και λέει ότι το ακούει στο αυτοκίνητο γιατί ακούγεται υπέροχα εκεί. Κάτι που μας φέρνει σε μια άλλη απάντηση στο ερώτημα γιατί συμπιέζεται η μουσική: επειδή η συμπίεση και η πρόσθετη «ευκρίνεια» διευκολύνουν την ακρόαση σε θορυβώδη μέρη.
Ο Λάρι Κρέιν στη δουλειά. Φωτογραφία του Jason Quigley
Όταν οι άνθρωποι λένε ότι τους αρέσει ο ήχος μιας ηχογράφησης, νομίζω ότι τους αρέσει η μουσική, σαν ο ήχος και η μουσική να ήταν αχώριστοι όροι. Αλλά για τον εαυτό μου, διαφοροποιώ αυτές τις έννοιες. Από την οπτική γωνία ενός ηχοφίλου, ο ήχος μπορεί να είναι τραχύς και ακατέργαστος, αλλά αυτό δεν θα έχει σημασία για τους περισσότερους ακροατές.
Πολλοί σπεύδουν να κατηγορήσουν τους mastering μηχανικούς για υπερβολική χρήση συμπίεσης, αλλά η συμπίεση εφαρμόζεται απευθείας κατά την εγγραφή, κατά τη μίξη και μόνο τότε κατά τη διάρκεια του mastering. Αν δεν ήσασταν προσωπικά παρόντες σε καθένα από αυτά τα στάδια, δεν θα μπορείτε να πείτε πώς ακούγονταν τα όργανα και τα φωνητικά μέρη στην αρχή της διαδικασίας.
Ο Crane ήταν σε ρολό: "Αν ένας μουσικός θέλει να ακούγεται σκόπιμα τρελός και παραμορφωμένος όπως οι δίσκοι του Guided by Voices, τότε δεν υπάρχει τίποτα κακό σε αυτό - η επιθυμία είναι πάντα μεγαλύτερη από την ποιότητα του ήχου." Η φωνή του ερμηνευτή είναι σχεδόν πάντα συμπιεσμένη και το ίδιο συμβαίνει με το μπάσο, τα ντραμς, τις κιθάρες και τα συνθεσάιζερ. Η συμπίεση διατηρεί την ένταση των φωνητικών στο το σωστό επίπεδοσε όλο το τραγούδι ή ξεχωρίζει λίγο από τους υπόλοιπους ήχους.
Η σωστή συμπίεση μπορεί να κάνει τα τύμπανα να ακούγονται πιο ζωντανά ή σκόπιμα περίεργα. Για να κάνετε τη μουσική να ακούγεται τέλεια, πρέπει να μπορείτε να χρησιμοποιήσετε τα απαραίτητα εργαλεία. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο χρειάζονται χρόνια για να καταλάβουμε πώς να χρησιμοποιήσετε τη συμπίεση χωρίς να το παρακάνετε. Εάν ο μηχανικός μίξης συμπιέσει υπερβολικά το μέρος της κιθάρας, ο κύριος μηχανικός δεν θα μπορεί πλέον να επαναφέρει πλήρως τις συχνότητες που λείπουν.
Αν οι μουσικοί ήθελαν να ακούσετε μουσική που δεν είχε περάσει από τα στάδια της μίξης και του mastering, θα την έβγαζαν στα ράφια των καταστημάτων απευθείας από το στούντιο. Ο Crane λέει ότι οι άνθρωποι που δημιουργούν, επεξεργάζονται, μιξάρουν και κάνουν master σε ηχογραφημένη μουσική δεν είναι εκεί για να εμποδίσουν τους μουσικούς - βοηθούν καλλιτέχνες από την αρχή, για περισσότερα από εκατό χρόνια.
Αυτοί οι άνθρωποι είναι μέρος της διαδικασίας δημιουργίας που καταλήγει σε εκπληκτικά έργα τέχνης. Ο Crane προσθέτει, «Δεν θέλετε μια έκδοση του «Dark Side of the Moon» που να μην έχει γίνει μίξη και mastering». Οι Pink Floyd κυκλοφόρησαν το τραγούδι όπως ήθελαν να το ακούσουν.
