أخذ العينات ومشفر / فاكك شفرة الصوت Sampling And Codes

أخذ العينات ومشفر / فاكك شفرة الصوت Sampling And Codes :

يعني مصطلح Sampling ، هو عملية تحويل الموجات التناظرية الأصلية للصوت إلي إشارات رقمية (On/Off) مما يسهل في عملية تخزينها والاستماع إليها فيما بعد ، يبين شكل (11-1) عملية ال Sampling لموجه صوتية بتحويل هذه الموجه إلي قيم رقمية ، حيث يتم أخذ عينات من قيم الموجه الصوتية ثم تخزين هذه القيم ، علي سبيل المثال ، ليكن أ،ه قد تم قياس الموجه الصوتية عند لحظة زمنية X فكانت قيمة الموجه الصوتية عند هذه اللحظة هي Y ، فكلما كان معدل أخذ العينات عالي (يطلق علي معدل أخذ العينات Sample Rate) كلما كانت عملية تحويل معلومة الصوت التناظرية إلي معلومة رقمية دقية وكان الصوت الرقمي أقر إلي الصوت الأصلي Real- Life Sound .

في الجدول السابق الذي عرضناه بالقسم الخاص بتهيئات ال Wave Sound ، كانت المواصفات بهذا الجدول هي الوضع الافتراضي الذي خصصه ويندوز 95 ، ومع ذلك ، فإن نظام التشغيل يمكنك من التعديل وفقاً لطلبك "Customize" ، بمعني اختيار المحددات اParameters لثلاث مستويات من جودة الصوت ، كما هو مبين في شكل (11-2) ، من الصندوق الحواري المسمي Customize ، يمكنك اختيار التهيئة Format واختيار مجموعة السمات المميزة لكل مستوي جوده ، وبالتالي يمكنك الحصول علي مقننات جوده خاصة بك.

إن التهيئة Format لهي الوسيلة التي يستخدمها النظام لتحويل موجة الصوت التناظرية إلي معلومة رقمية (صوت رقمي) ، يشتمل الويندوز علي عدد من التهيئات الرقمية المختلفة التي تؤدي نفس الغرض ولكن بطرق مختلفة ، فكما سبق وذكرنا أن هذه العملية ، عملية تحويل الصوت التناظري Analog Audio إلي صوت رقمي Digital Audio ، هي العملية التي يطلق عليها Sampling ، تتألف الهيئة الرقمية للصوت من قيم متقطعة بدلاً من موجه متصلة ، أخذت هذه القيم عند فترات منتظمة ، فإن كان معدل ال Sampling عالي بالقدر الكاف فلن يستطيع المستمع أن يميز بين الصوت التناظري الأصلي والصوت الرقمي ، ولكي نوضح هذا أكثر ، افرض أن لديك سلسلة من اللقظات الفوتوغرافية لشخص يعبر الشارع ، فإن كانت هذه اللقطات وفيرة بالقدر الكاف ثم تم عرض هذه اللقطات بالسرعة المناسبة ، فإن النتيجة أننا سنري مشهد الحركة وكأنه واقعي كما حديث فعلاً ، أما أن كان لديك عدد قليل من اللقطات فإن ناتج العرض سيكون فقيراً وبعيداً عن الحركة الفعلية لمشهد الحركة الأصلي.

تعد التهيئة الرقمية التي تسمي "PCM" (Pulse Code Modulation) ، هي الوضع الافتراضي لنظام الويندوز في عملية ال Sampling للإشارات التناظرية عند معدلات Bit عديدة وباستخدام عدد من ال Bits المختلفة لكل عينة Sample ، علي سبيل المثال ، أنظمة التليفون تأخذ العينات بمعدل 8000 مرة في الثانية الواحدة أي 8 KHz باستخدام 8 Bits لكل عينة وبالتالي 64000 Bits لكل ثانية ، في المقابل تستخدم أقراص ال CD الصوتية آخذ عينات Sampler معدله 44.100x16-bit عينه في الثانية ، تقع معدلات ال Sampling ما بين هذين المعدلين ، هناك قاعدة مهمة تقول ، أن معدل ال Sampling يجب أن يكون ضعف أعلي تردد مستخدم في الإشارة الصوتية ، وتعرف هذه النظرية بنظرية Nyquist's Sampling ، يمكن للإنسان أن يسمع أصوات في مدي 22 KHz تقريباً ، ويعني هذا أن المعدل 44.100 Hz (4.1 Khz) لهو معدل Sampling كاف للحصول علي دقه كافيه لتمثيل الصوت رقمياً أي أنه معدل يقع في مدي تردد سمعي بالنسبة للإنسان.

يحدد عدد الأرقام الثنائية Bits المخصصة لكل عينه Sample عدد القيم المحتمل أن تأخذها العينة ، وكلما كان عدد هذه ال Bits كبيراً ، كلما كانت العينة أكثر دقة ، فالعينة الممثلة بـ 8 bits متاح لها أن تأخذ أي قمية من 256 قيمة (28) ، فإذا قمنا بتسجيل موسيقي أو ما شابه موسيقي أو ما شابه ذلك باستخدام 8-bit Sampling فإن النتيجة هي الحصول علي تسجيل ردئ يصاحبه بعض الضوضاء ، لأن كل عينه تم تمثيلها رقمياً بشكل تقريبي غير دقيق ، وذلك لقلة عدد ال Bits المخصصة لكل عينة ، أما عند زيادة هذا العدد إلي 16 Bits ، فإن القيم المتاحة للعينة يرتفع إلي 65.536 قيمة ، ويؤدي ذلك إلي رفع جودة التسجيل ، يطلق المصطلح Quantization Eroor علي عدم دقة تمثيل قيمة العينة رقمياً (بالأرقام الثنائية Binary).

يكون خطأ ال Quantization كبيراً عند المستويات المنخفضة للصوت ، لذلك في هذه الحالة يتم تقليل فترات العينات عند حالة مستويات الصوت العالية ، تتم عملية تحويل قيم العينات إلي قيم ثنائيه عن طريق المشفر/ فاكك الشفرة Coder/ Decoder ويعرف أيضاً بالمصطلح "Codec" يستخدم نوعان من ال Codec لهذا الغرض ، الأول يسمي u-law (تنطلق ميولو) وتستخدمه كل من أمريكا الشمالية وكوريا الجنوبية واليابان ، أما باقي العالم يستخدم النوع الثاني الذي يطلق عليه A-law.