что такое ресемплинг в музыке
Блог проекта AIMP
Анонсы / Планы / Заметки
Тестирование плееров. Ресемплер.
В статье «Тестирование плееров. Звуковой движок» мы убедились, что AIMP, впрочем, как и остальные участники теста, умеет выводить звук без изменений, то есть побитово точно. Но плеер — это лишь одно из звеньев цепочки воспроизведения звука, после него идут микшер Windows, драйвер звуковой карты и сама звуковая карта. Это значит, что результаты того теста верны только для идеального случая, когда параметры файла совпадают с настройками плеера, операционной системы, драйвера звуковой карты, а так же с возможностями «железа» звуковой карты. Во всех остальных случаях в игру вступают различного рода обработчики, приводящие цифровой звуковой поток в формат, пригодный для преобразования в аналоговый сигнал. Один из таких обработчиков — ресемплер.
Для начала разберемся, что такое ресемплер (resampler) и для чего он нужен. Если говорить общими словами, ресемплер применяется для изменения частоты дискретизации цифрового сигнала. Для чего же изменять эту частоту в плеерах? Во-первых, если звуковая карта (и/или ее драйвер) не поддерживает частоту дискретизации, которую имеет файл, то файл либо не будет проигрываться вообще, либо будет проигрываться с измененной скоростью — или быстрее, или медленнее. Во-вторых, без подгона треков под одну частоту не смогут корректно работать эффекты плавного перехода с одного трека в другой.
Задача этой статьи — исследовать, как влияют ресемплеры разных плееров на качество воспроизведения музыкального материала.
Подопытные плееры:
Помимо плееров в тестах будет участвовать Windows 8 Audio Resampler, который включается при обычном (не эксклюзивном) методе выводе звука, если настройки операционной системы не совпадают с форматом вывода звука аудиоплеера.
Конфигурация
Методика тестирования
Для замеров будем использовать RightMark Audio Analyzer (RMAA). Для этого сгенерируем в ней тестовые WAV файлы со следующими характеристиками 44.1 кГц (192 кГц), 24 Бит/сэмпл. Будем воспроизводить эти файлы в плеерах, записывать выходной сигнал в файл и анализировать с помощью той же RMAA. Тестовый файл представляет собой два сигнала: первый — так называемый мультитон — шум по всей области доступных частот (для проверки частотного диапазона), второй сигнал — чистая синусоида частотой 1 кГц (для проверки гармонических искажений).
Замечание 1 : AIMP2 не имеет возможности выбора целевой частоты дискретизации, любую частоту он преобразует в 44.1 кГц с помощью стандартных возможностей компонентов DirectSound-а, поэтому он участвует только в тесте 192 кГц >> 44.1 кГц.
Замечание 2 : Тестирование Windows 8 Audio Resampler проводилось с помощью AIMP 3.55. Частота вывода плеера настраивалась такой же, как у файла, а выходная частота настраивалась в самой ОС.
Тест1: Преобразование 192 кГц >> 44.1 кГц
Преобразование 192 кГц в 44,1 кГц. Частотный диапазон
На графиках мы видим достаточно крутой срез частот на уровне 20 кГц всеми ресемплерами, что означает отличное подавление паразитных частот, возникающих при понижении частоты дискретизации — так называемого алиасинга.
Преобразование 192 кГц в 44,1 кГц. Гармонические искажения
График AIMP2 практически совпал с графиком Windows, это подтверждает информацию о том, что AIMP2 пользуется встроенными возможностями ОС для передискретизации сигнала. Самый красивый график гармонических искажений получился у XMPlay, но не стоит забывать, что в AIMP3 в настройках мы установили не максимальное качество передискретизации.
Тест2: Преобразование 44.1 кГц >> 48 кГц
Преобразование 44,1 кГц в 48 кГц. Частотный диапазон
Картина очень схожа с предыдущим тестом, за исключением того, что ресемплеры Foobar 2000 и XMPlay захватывают несколько больший диапазон частот.
Преобразование 44,1 кГц в 48 кГц. Гармонические искажения
Гармонические искажения всех ресемплеров на том же уровне, что и в предыдущем тесте.
Тест3: Сравнение настроек качества ресемплера АИМП3 (44.1 кГц >> 48 кГц)
Ресемплер AIMP3. Частотный диапазон
Ресемплер AIMP3. Гармонические искажения
Теперь мы убедились, что лидер ство XMPlay в предыдущих тестах было временным. На максимальных настройках качества результаты работы ресемплера AIMP3 ничуть не хуже. Оптимальными являются два последних положения ползунка качества ресемплинга.
Выводы
Для получения максимального качества нужно уменьшить до минимума количество преобразований звука по пути к звуковой карте. Для этого в настройках плеера, в настройках операционной системы и в настройках драйвера нужно выставить одинаковую частоту, которая так же реально (на уровне «железа») поддерживается вашей звуковой картой. В идеале, эта частота должна совпадать с параметрами большинства файлов из вашей фонотеки.
Добавить комментарий Отменить ответ
Для отправки комментария вам необходимо авторизоваться.
Ресемплинг
Передискретиза́ция (англ. resampling ) в обработке сигналов — изменение частоты дискретизации дискретного (чаще всего цифрового) сигнала. Алгоритмы передискретизации широко применяются при обработке звуковых сигналов, радиосигналов и изображений.
В англоязычной литературе применяются также термины downsampling для обозначения понижения частоты дискретизации и upsampling для её повышения.
Понятие передискретизации не следует смешивать с процедурой дискретизации сигнала с запасом по частоте дискретизации (англ. oversampling ).
Содержание
Общие принципы
При передискретизации отсчёты сигнала, соответствующие одной частоте дискретизации, вычисляются по имеющимся отсчётам этого же сигнала, соответствующим другой частоте дискретизации (при этом предполагается, что обе частоты дискретизации соответствуют условиям теоремы Котельникова). Идеальная передискретизация эквивалентна восстановлению непрерывного сигнала по его отсчётам с последующей дискретизацией его на новой частоте.
Точное вычисление значения исходного непрерывного сигнала в определённой точке производится следующим образом:
Сложность практического применения этого выражения заключается в том, что функция 
не является финитной, поэтому для вычисления значения сигнала в определённый момент времени необходимо обработать бесконечное число его отсчётов (как в прошлом, так и в будущем). В реальной жизни интерполяция осуществляется с помощью других фильтров, при этом выражение для неё принимает следующий вид:
где h(t) — импульсная характеристика соответствующего восстанавливающего фильтра. Вид этого фильтра выбирается в зависимости от задачи.
Прямое вычисление новых отсчётов сигнала по вышеприведённым формулам требует значительных вычислительных ресурсов и нежелательно для приложений реального времени. Существуют важные частные случаи передискретизации, для которых вычисление новых отсчётов производится проще:
При таких ограничениях становится удобным применение цифровых фильтров для передискретизации.
Передискретизация (resampling).
При обработке сигналов приходится встречаться с понятием передискретизация. Что оно означает, зачем нужно и какие виды бывают?
Передискретизация (resampling)
«Передискретизация» в англоязычной литературе обозначается термином resampling. И представляет собой изменение частоты дискретизации сигнала.
Когда применяется передискретизация?
Если вам необходимо изменить частоту дискретизации звука, то необходимо произвести его передискретизацию.
Приведём пример. Допустим, есть запись голоса человека с частотой дискретизации 11025 моментальных значений в секунду (11025 Гц ) и вы хотите её использовать с музыкой у которой частота дискретизации 44100 моментальных значений в секунду (44100 Гц). Прежде, чем вы сможете соединить записи, необходимо их преобразовать так, чтобы они имели одинаковую частоту дискретизации. Вот здесь и понадобится использовать передискретизацию.
Здесь стоит уточнить, что отсчёты сигнала, соответствующие новой частоте дискретизации не содержат новой информации, а вычисляются по уже имеющимся отсчётам.
Здесь стоит уточнить, что отсчёты сигнала, соответствующие новой частоте дискретизации не содержат новой информации, а вычисляются по уже имеющимся отсчётам.Виды передискретизации
Существует два основных вида:
Чтобы соединить записи, о которых мы говорили выше (с частотой 11025 и 44100 Гц) можно применить два варианта. Первый это использовать понижающую передискретизацию с 44100 отсчетов в секунду до 11025. Представьте, что есть исходный аналоговый сигнал, каждая секунда которого «нарезана» на 44100 «ломтиков». В этой ситуации чтобы в секунде осталось 11025 «ломтиков», придется использовать только каждый четвертый.
И здесь возникает проблема. А именно: в изначальных 44100 фрагментах могли быть частоты вплоть до 22050 Гц, что значительно превосходит предел Найквиста для частоты дискретизации 11025 Гц, которой вы хотите добиться. Поэтому для получения качественного сигнала вам придется сначала отфильтровать запись музыки, чтобы вырезать из нее частоты, превышающие 5512 Гц, а после этого взять каждый четвертый отсчет.
Другой вариант — это повышающая передискретизация. То есть изменить запись голоса с 11025 отсчетов в секунду до 44100. И здесь возможны два подхода.
Первый — последовательно, значение за значением, анализировать имеющуюся запись и определять способ, с помощью которого задавать отсутствующие промежуточные значения. При таком подходе, называемом интерполяцией, можно использовать множество математических методов. Проблема, возникающая при этом, заключается в отсутствии детального представления о том, что происходит со спектром частот обрабатываемого сигнала.
Более простой вариант для преобразования записи с 11025 отсчетами в секунду в запись, содержащую 44100 отсчетов в секунду просто повторить каждое значение 4 раза. В результате мы получим зубчатый сигнал, который имитирует имеющий меньшее разрешение сигнал и, несомненно, содержит ложные частоты требуемого сигнала. Чтобы получить качественный сигнал, потребуется отфильтровать эти помехи до того, как вы станете дублировать выборки.
Бывают и более интересные случаи. Например, если ни одна из частот дискретизации не является точно кратной другой. И здесь один из способов разработки процедуры передискретизации в таком случае заключается в нахождении промежуточной частоты, которая будет кратна для обеих частот дискретизации. После этого производится повышающая передискретизация обоих сигналов до этой общей частоты, фильтрование сигнала, а затем понижающая передискретизация. Для большей эффективности эти три операции можно попытаться объединить в одну.
В следующей статье познакомимся с часто употребляемым термином в плагинах oversampling, и поясним в чём отличие от upsampling и downsampling. Перейти.
Спасибо, что читаете New Style Sound ( RSS-лента ). Подписывайтесь на новости или RSS и делитесь статьями с друзьями. Что такое RSS ( читать ). Скачивайте также бесплатные плагины на сайте.
Ресемплинг в FL Studio
Ресемплинг – процесс преобразования звукового сигнала.
Это понятие может иметь двойственное значение.
Ресемплинг или передискретизация – это процесс, позволяющий изменить частоту дискретизации сигнала (увеличить или уменьшить). Например, с 44,1 кГц до 22,05 кГц. Повышение частоты дискретизации называется интерполяцией, а понижение – децимацией. В процессе передискретизации новые отсчеты вычисляются по уже имеющимся, при этом сигнал остается неизменным (форма волны не изменяется).
Ресемплинг или семплирование – процесс, при котором звуковой сигнал поступающий с какого-либо источника (микрофон, виртуальный синтезатор и т.д.) преобразовывается в аудио сигнал (обычно файл формата WAV).
Этот прием полезен тем, что при таком преобразовании можно существенно разгрузить ресурсы компьютера. Например, если вы синтезировали многослойный бас, используя несколько требовательных к ресурсам синтезаторов, то уже загрузили свой ПК достаточно серьезно. А по мимо баса в композиции также присутствуют и другие партии (лиды, синты, пэды и т.д.), которые могут быть написаны тем же способом. Такая нагрузка на компьютер может негативно сказаться при дальнейшей обработке. Вот поэтому я рекомендую использовать ресемплинг в целях экономии ресурсов ПК.
Давайте более подробно рассмотрим процесс ресемплинга в программе FL Studio.
Ресемплинг в FL Studio
Для того, чтобы сделать ресемплинг сигнала в FL Studio необходимо направить его на один из каналов микшера, и в первый слот insert канала загрузить плагин Edison.
Этот инструмент способен записывать, редактировать и обрабатывать аудио сигнал. Проще говоря, Edison – это встроенный аудио редактор.
Открываем окно Edison и выбираем режим записи ON PLAY (Record on song playback). В этом режиме запись аудиодорожки начинается в момент запуска воспроизведения с транспортной панели программы FL Studio. Кроме того, редактор самостоятельно поставит необходимые маркеры зацикливания.
Жмём клавишу Record в окне плагина Edison.
Выбираем режим проигрывания паттерна и нажимаем клавишу Play на транспортной панели программы FL Studio.
После записи, нажимаем стоп на транспортной панели и в окне плагина.
Вырезаем части аудио сигнала не вошедшие в область, ограниченную маркерами лупа. Таким образом получаем засемплированный сигнал партии лида, который может воспроизводиться в цикле.
С помощью одной из клавиш плагина (Drag / copy sample / selection или Send to playlist as audio clip / to channel) перемещаем получившийся луп в окно Playlist.
Благодаря такой простой технике можно значительно уменьшить нагрузку на процессор и оперативную память, чтобы в дальнейшем использовать их ресурсы для других задач (эквализация, компрессия и т.д.).
Кроме того, это не все возможности ресемплинга. Используя этот прием можно добиться интересного звучания партий различных инструментов, смешивая засемплированные элементы микса в определенной пропорции. Эксперименты в этом направлении могут дать абсолютно непредсказуемый результат.
Что такое ресемплинг? (resampling, передискретизация)
Изменения в битовой глубине, например от 16-битного до 24-битного или обратно может выполняться одновременно с повторной дискретизацией, но следует позаботиться о том, чтобы избежать смешения двух принципов. Низкокачественные алгоритмы повторной дискретизации, будь то повышающая или понижающая выборка, могут вносить артефакты, которые отчетливо слышны при воспроизведении. Типичный некачественный, но чрезвычайно быстрый алгоритм будет основан на линейной интерполяции. Высококачественные алгоритмы передискретизации используют больше процессорного времени, поскольку они требуют преобразования в частотную область. Современные процессоры ПК (тактовая частота
2 ГГц) легко справляются с очень качественной передискретизацией в реальном времени. Звуковые карты, которые выполняют ресэмплинг в реальном времени, требуют хорошего DSP.
Очень часто требуется передискретизация, которая фактически является частью процесса мастеринга аудио для компакт-дисков, поскольку профессиональное аудиооборудование использует 96 кГц или 192 кГц для мастеров, тогда как в спецификации Red Book Audio CD используется частота дискретизации 44,1 кГц. Различные носители записываются с разной частотой дискретизации (CD на 44,1 кГц, DAT на 48 кГц, DVD-аудио на 96 кГц и т.д.). Цифровое микширование различных источников, отобранных с разной скоростью, потребует повторной выборки до общей скорости и разрешения.
Многие аудиокарты для ПК (в частности, кодеки Creative Labs на базе 10k1 и 10k2) и кодеки AC97 могут только вводить, выводить или обрабатывать аудиоданные на частоте 48 кГц и принудительно пересчитывать информацию на том или ином этапе. Иногда звуковое программное обеспечение, плагины и драйверы добавляют возможность пересемплирования, что позволяет получить более чистый звук (на разных уровнях алгоритмы продуктов могут показывать себя по-разному). Например: один и тот же синтезатор, на различных уровнях ресемплирования может давать различные оттенки одного и того же сигнала.