See meetodite rühm põhineb asjaolul, et edastatavad signaalid läbivad mittelineaarsed amplituuditeisendused ning edastavas ja vastuvõtvas osas on mittelineaarsused vastastikused. Näiteks kui saatjas kasutatakse mittelineaarset funktsiooni Öu, siis vastuvõtjas kasutatakse u 2. Vastastikuste funktsioonide järjepidev rakendamine tagab, et üldine teisendus jääb lineaarseks.
Mittelineaarsete andmete tihendamise meetodite idee taandub asjaolule, et saatja suudab sama väljundsignaalide amplituudiga edastada edastatavas parameetris suuremat vahemikku (st suuremat dünaamilist ulatust). Dünaamiline ulatus- see on suurima lubatud signaali amplituudi ja väikseima suhe, väljendatuna suhtelistes ühikutes või detsibellides:
| ; | (2.17) |
 .
| (2.18) |
Loomulikku soovi suurendada dünaamilist ulatust U min vähendamisega piirab seadmete tundlikkus ning häirete ja omamüra suurenev mõju.
Kõige sagedamini viiakse dünaamilise ulatuse tihendamine läbi logaritmi ja potentseerimise vastastikuse funktsiooni paari abil. Esimest amplituudi muutmise operatsiooni nimetatakse kokkusurumine(kokkusurumisega), teine - laienemine(venitamine). Nende konkreetsete funktsioonide valik on seotud nende suurima tihendusvõimega.
Samal ajal on neil meetoditel ka puudusi. Esimene neist on see, et väikese arvu logaritm on negatiivne ja piirväärtuses:
see tähendab, et tundlikkus on väga mittelineaarne.
Nende puuduste vähendamiseks muudetakse mõlemat funktsiooni nihke ja lähendamise teel. Näiteks telefonikanalite puhul on ligikaudne funktsioon kujul (tüüp A):
A = 87,6. Kompressioonist tulenev võimendus on 24 dB.
Andmete tihendamine mittelineaarsete protseduuride abil realiseeritakse suurte vigadega analoogvahenditega. Digitaalsete tööriistade kasutamine võib oluliselt parandada teisendamise täpsust või kiirust. Samal ajal ei anna arvutitehnoloogia otsene kasutamine (st logaritmide ja eksponentide otsene arvutamine) madala jõudluse ja kuhjuvate arvutusvigade tõttu parimat tulemust.
Täpsuspiirangute tõttu kasutatakse andmete tihendamist tihendamise teel mittekriitilistel juhtudel, näiteks kõne edastamiseks telefoni- ja raadiokanalite kaudu.
Tõhus kodeerimine
Tõhusad koodid pakkusid välja K. Shannon, Fano ja Huffman. Koodide olemus on see, et need on ebaühtlased, st ebavõrdse arvu bitidega ja koodi pikkus on pöördvõrdeline selle esinemise tõenäosusega. Tõhusate koodide teine suurepärane omadus on see, et nad ei vaja eraldajaid, st erimärke, mis eraldavad kõrvuti asetsevad koodikombinatsioonid. See saavutatakse lihtsa reegli järgimisega: lühemad koodid ei ole pikemate algus. Sel juhul dekodeeritakse pidev bitivoog unikaalselt, kuna dekooder tuvastab kõigepealt lühemad koodisõnad. Tõhusad koodid on pikka aega olnud puhtalt akadeemilised, kuid viimasel ajal on neid edukalt kasutatud nii andmebaaside loomisel kui ka teabe tihendamisel tänapäevastes modemites ja tarkvaraarhiivides.
Ebaühtluse tõttu võetakse kasutusele keskmine koodi pikkus. Keskmine pikkus – koodi pikkuse matemaatiline ootus:
pealegi kaldub l av ülalt H(x) (st l av > H(x)).
Tingimuse (2.23) täitmine muutub tugevamaks, kui N suureneb.
Tõhusaid koode on kahte tüüpi: Shannon-Fano ja Huffman. Vaatame näite abil, kuidas neid hankida. Oletame, et jada sümbolite tõenäosused vastavad tabelis 2.1 toodud väärtustele.
Tabel 2.1.
Sümbolite tõenäosused
| N | |||||||||
| p i | 0.1 | 0.2 | 0.1 | 0.3 | 0.05 | 0.15 | 0.03 | 0.02 | 0.05 |
Sümbolid järjestatakse, see tähendab, et need esitatakse reas tõenäosuste kahanevas järjekorras. Pärast seda korratakse Shannon-Fano meetodit kasutades perioodiliselt järgmist protseduuri: kogu sündmuste rühm jagatakse kaheks samade (või ligikaudu samade) kogutõenäosustega alarühmaks. Protseduur jätkub seni, kuni üks element jääb järgmisse alamgruppi, misjärel see element elimineeritakse ja määratud toimingud jätkuvad ülejäänud elementidega. See juhtub seni, kuni kahes viimases alarühmas on järel ainult üks element. Jätkame oma näitega, mis on kokku võetud tabelis 2.2.
Tabel 2.2.
Shannon-Fano kodeerimine
| N | P i | ||||||
| 4 | 0.3 | I | |||||
| 0.2 | I | II | |||||
| 6 | 0.15 | I | I | ||||
| 0.1 | II | ||||||
| 1 | 0.1 | I | I | ||||
| 9 | 0.05 | II | II | ||||
| 5 | 0.05 | II | I | ||||
| 7 | 0.03 | II | II | I | |||
| 8 | 0.02 | II |
Nagu on näha tabelist 2.2, osales esimene sümbol tõenäosusega p 4 = 0,3 kahes rühmadesse jagamise protseduuris ja mõlemal korral jõudis gruppi number I. Vastavalt sellele on see kodeeritud kahekohalise koodiga II. Vaheseina esimese etapi teine element kuulus I rühma, teises - II rühma. Seetõttu on selle kood 10. Ülejäänud sümbolite koodid täiendavaid kommentaare ei vaja.
Tavaliselt on ebaühtlased koodid kujutatud koodipuudena. Koodipuu on graafik, mis näitab lubatud koodikombinatsioone. Selle graafiku servade suunad on eelseadistatud, nagu on näidatud joonisel 2.11 (suundade valik on suvaline).
Nad navigeerivad graafikul järgmiselt: loovad valitud sümboli jaoks marsruudi; selle bittide arv on võrdne marsruudi servade arvuga ja iga biti väärtus on võrdne vastava serva suunaga. Marsruut koostatakse alguspunktist (joonisel on tähistatud tähega A). Näiteks marsruut tippu 5 koosneb viiest servast, millest kõigil peale viimase on suund 0; saame koodi 00001.
Arvutame selle näite entroopia ja keskmise sõna pikkuse.
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 bitti
l keskmine = 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 .
Nagu näete, on sõna keskmine pikkus entroopia lähedal.
Huffmani koodid konstrueeritakse erineva algoritmi abil. Kodeerimisprotseduur koosneb kahest etapist. Esimeses etapis tehakse järjestikku tähestiku üksikud kokkusurumised. Ühekordne pakkimine – kahe viimase sümboli (väikseima tõenäosusega) asendamine ühega, täieliku tõenäosusega. Surutakse seni, kuni jääb kaks märki. Samal ajal täidetakse kodeerimistabel, kuhu sisestatakse saadud tõenäosused ja kujutatakse marsruute, mida mööda uued sümbolid järgmises etapis liiguvad.
Teises etapis toimub tegelik kodeerimine, mis algab viimasest etapist: esimesele kahest sümbolist omistatakse kood 1, teisele - 0. Pärast seda liiguvad nad edasi eelmisele etapile. Järgmise etapi koodid omistatakse sümbolitele, mis selles etapis kokkusurumisel ei osalenud, ning peale liimimist saadud sümboli kood määratakse kaks korda kahele viimasele sümbolile ja lisatakse ülemise märgi koodile 1, alumine - 0. Kui tegelane ei ole liimimisel edasi, siis osaleb tema kood muutumatuks. Protseduur jätkub lõpuni (st kuni esimese etapini).
Tabel 2.3 näitab Huffmani kodeerimist. Nagu tabelist näha, viidi kodeerimine läbi 7 etapis. Vasakul on sümbolite tõenäosused, paremal vahekoodid. Nooled näitavad vastloodud sümbolite liikumist. Igas etapis erinevad kaks viimast sümbolit ainult kõige vähem olulise biti poolest, mis vastab kodeerimistehnikale. Arvutame sõna keskmise pikkuse:
l keskmine = 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
See on entroopiale veelgi lähemal: kood on veelgi tõhusam. Joonisel fig. Joonis 2.12 näitab Huffmani koodipuud.
Tabel 2.3.
Huffmani kodeerimine
| N | p i | kood | I | 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 |
Mõlemad koodid vastavad ühemõttelise dekodeerimise nõudele: nagu tabelitest näha, ei ole lühemad kombinatsioonid pikemate koodide algus.
Tähemärkide arvu kasvades suureneb koodide efektiivsus, mistõttu mõnel juhul kodeeritakse suuremaid plokke (näiteks kui me räägime tekstidest, siis saab kodeerida mõningaid sagedamini esinevaid silpe, sõnu ja isegi fraase).
Selliste koodide kasutuselevõtu mõju määratakse nende võrdlemisel ühtse koodiga:
 | (2.24) |
kus n on ühtse koodi bittide arv, mis asendatakse efektiivse bitiga.
Huffmani koodide modifikatsioonid
Klassikaline Huffmani algoritm on kahekäiguline algoritm, st. nõuab esmalt sümbolite ja sõnumite statistika kogumist ning seejärel ülalkirjeldatud toiminguid. Praktikas on see ebamugav, kuna see pikendab sõnumite töötlemiseks ja sõnastiku kogumiseks kuluvat aega. Sagedamini kasutatakse ühekäigulisi meetodeid, milles kombineeritakse akumulatsiooni- ja kodeerimisprotseduurid. Selliseid meetodeid nimetatakse Huffmani järgi ka adaptiivseks kompressiooniks [46].
Adaptiivse tihendamise olemus Huffmani järgi taandub esialgse koodipuu konstrueerimisele ja selle järjestikusele muutmisele pärast iga järgmise sümboli saabumist. Nagu varemgi, on siingi puud binaarsed, st. Puugraafiku igast tipust väljub maksimaalselt kaks kaaret. Algset tipptippu on tavaks nimetada vanemaks ja kahte järgnevat tippu, mis on sellega seotud lastena. Tutvustame tipu kaalu mõistet – see on antud tipule vastavate märkide (sõnade) arv, mis saadakse algse jada etteandmisel. Ilmselgelt on laste kaalude summa võrdne vanema kaaluga.
Pärast sisendjada järgmise sümboli sisseviimist vaadatakse koodipuu üle: arvutatakse ümber tippude kaalud ja vajadusel korraldatakse tipud ümber. Tippude permuteerimise reegel on järgmine: alumiste tippude kaalud on kõige väiksemad ja graafikust vasakul asuvad tipud on kõige väiksema kaaluga.
Samal ajal on tipud nummerdatud. Nummerdamine algab alumistest (rippuvad, s.t. lasteta) tippudest vasakult paremale, seejärel liigub ülemisele tasemele jne. enne viimase, algse tipu nummerdamist. Sel juhul saavutatakse järgmine tulemus: mida väiksem on tipu kaal, seda väiksem on selle arv.
Permutatsioon viiakse läbi peamiselt rippuvate tippude jaoks. Permuteerimisel tuleb arvestada eelpool sõnastatud reegliga: suurema kaaluga tippudel on suurem arv.
Pärast jada läbimist (nimetatakse ka kontrolliks või testiks) määratakse kõikidele rippuvatele tippudele koodikombinatsioonid. Koodide määramise reegel on sarnane ülaltooduga: koodi bittide arv võrdub tippude arvuga, mille kaudu marsruut allikast antud rippuvasse tippu kulgeb, ja konkreetse biti väärtus vastab suunale. vanemalt “lapsele” (ütleme, et vanemast vasakule minek vastab väärtusele 1, paremale - 0 ).
Saadud koodikombinatsioonid salvestatakse tihendusseadme mällu koos nende analoogidega ja moodustavad sõnastiku. Algoritmi kasutamine on järgmine. Tihendatud märgijada jagatakse vastavalt olemasolevale sõnastikule fragmentideks, misjärel asendatakse kõik fragmendid selle koodiga sõnastikust. Sõnaraamatust leidmata fragmendid moodustavad uusi rippuvaid tippe, omandavad kaalu ja kantakse ka sõnastikku. Nii moodustub adaptiivne algoritm sõnastiku täiendamiseks.
Meetodi efektiivsuse suurendamiseks on soovitav sõnastiku mahtu suurendada; sel juhul tihendusaste suureneb. Praktikas on sõnastiku suurus 4 - 16 KB mälu.
 |  |
||
Illustreerime antud algoritmi näitega. Joonisel fig. Joonis 2.13 näitab algset diagrammi (seda nimetatakse ka Huffmani puuks). Puu iga tippu näitab ristkülik, millesse on murru kaudu sisse kirjutatud kaks arvu: esimene tähendab tipu arvu, teine selle kaalu. Nagu näete, on tippude kaalude ja nende arvude vastavus rahuldatud.
Oletame nüüd, et tipule 1 vastav sümbol esineb testjadas teist korda. Tipu kaal on muutunud, nagu on näidatud joonisel fig. 2.14, mille tulemusena rikutakse tippude nummerdamise reeglit. Järgmises etapis muudame rippuvate tippude asukohta, mille jaoks vahetame tipud 1 ja 4 ning nummerdame ümber kõik puu tipud. Saadud graafik on näidatud joonisel fig. 2.15. Seejärel jätkub protseduur samamoodi.
Tuleb meeles pidada, et iga rippuv tipp Huffmani puus vastab konkreetsele sümbolile või sümbolite rühmale. Vanem erineb lastest selle poolest, et talle vastav sümbolite rühm on oma laste omast ühe sümboli võrra lühem ja need lapsed erinevad viimase sümboli poolest. Näiteks sümbolid "auto" vastavad vanemale; siis võivad lastel olla jadad "kara" ja "karp".
Antud algoritm ei ole akadeemiline ja seda kasutatakse aktiivselt programmide arhiveerimisel, sealhulgas graafiliste andmete tihendamisel (neid käsitletakse allpool).
Lempel-Ziv algoritmid
Need on tänapäeval kõige sagedamini kasutatavad tihendusalgoritmid. Neid kasutatakse enamikes arhiveerimisprogrammides (näiteks PKZIP. ARJ, LHA). Algoritmide olemus seisneb selles, et teatud sümbolite komplekt asendatakse arhiveerimisel selle numbriga spetsiaalselt loodud sõnastikus. Näiteks fraas "Teie kirja väljaminev number…", mida sageli leidub ärikirjades, võib sõnaraamatus olla 121. kohal; siis saate mainitud fraasi (30 baiti) edastamise või salvestamise asemel salvestada fraasinumbri (1,5 baiti kahendsüsteemis kümnendvormingus või 1 baiti kahendsüsteemis).
Algoritmid on nimetatud nende autorite järgi, kes pakkusid need esmakordselt välja 1977. aastal. Neist esimene on LZ77. Arhiveerimiseks luuakse kahest osast koosnev nn sõnumi libistatav aken. Esimene osa, suurem formaat, on mõeldud sõnastiku moodustamiseks ja selle suurus on umbes mitu kilobaiti. Teine, väiksem osa (tavaliselt kuni 100 baiti suurune) võtab vastu vaadatava teksti praegused tähemärgid. Algoritm püüab leida sõnastikust tähemärkide komplekti, mis ühtib vaateaknas saadutega. Kui see õnnestub, genereeritakse kood, mis koosneb kolmest osast: nihe sõnastikus algse alamstringi suhtes, selle alamstringi pikkus ja sellele alamstringile järgnev märk. Näiteks koosneb valitud alamstring tähemärkidest "app" (kokku 6 tähemärki), järgmine märk on "e". Siis, kui alamstringi aadress (koht sõnastikus) on 45, siis näeb sõnastikus olev kirje välja nagu “45, 6. e”. Pärast seda nihutatakse akna sisu positsioonide kaupa ja otsing jätkub. Nii moodustatakse sõnaraamat.
Algoritmi eeliseks on lihtsalt formaliseeritav algoritm sõnastiku koostamiseks. Lisaks on võimalik lahti pakkida ka ilma algse sõnastikuta (soovitav on testjärjestus) - sõnastik moodustub lahtipakkimise käigus.
Algoritmi puudused ilmnevad sõnastiku mahu kasvades – otsimisaeg pikeneb. Lisaks, kui aktiivses aknas ilmub tähemärkide jada, mida sõnastikus pole, kirjutatakse iga märk kolmeelemendilise koodiga, st. Tulemuseks ei ole kompressioon, vaid venitamine.
1978. aastal välja pakutud LZSS-i algoritmil on parimad omadused. Sellel on erinevused libiseva akna toes ja kompressori väljundkoodides. Lisaks aknale genereerib algoritm vastete otsimise kiirendamiseks Huffmani puuga sarnase binaarpuu: iga praegusest aknast väljuv alamstring lisatakse puusse ühena lastest. See algoritm võimaldab teil praeguse akna suurust veelgi suurendada (soovitav on, et selle suurus oleks võrdne kahe astmega: 128, 256 jne baiti). Järjestuskoodid moodustatakse ka erinevalt: lisatakse 1-bitine eesliide, et eristada kodeerimata märke "nihke, pikkuse" paaridest.
Veelgi suurem tihendusaste saavutatakse selliste algoritmide nagu LZW kasutamisel. Eelnevalt kirjeldatud algoritmidel on fikseeritud akna suurus, mis teeb võimatuks akna suurusest pikemate fraaside sisestamise sõnastikku. LZW-algoritmides (ja nende eelkäijas LZ78) on vaateaknal piiramatu suurus ja sõnastik kogub fraase (ja mitte märgikogu, nagu varem). Sõnastiku pikkus on piiramatu ja kodeerija (dekooder) töötab fraasi ooterežiimis. Sõnastikule vastava fraasi moodustamisel väljastatakse vastekood (st selle fraasi kood sõnastikus) ja sellele järgneva märgi kood. Kui sümbolite kogunemisel moodustub uus fraas, sisestatakse see samuti sõnastikku, nagu lühem. Tulemuseks on rekursiivne protseduur, mis tagab kiire kodeerimise ja dekodeerimise.
Täiendava tihendusfunktsiooni pakub korduvate märkide tihendatud kodeering. Kui jadas järgnevad mõned märgid reas (näiteks tekstis võivad need olla "tühikud", numbrijadas - järjestikused nullid jne), siis on mõttekas asendada need paariga "märk; pikkus" või "märk, pikkus"". Esimesel juhul näitab kood märki, et jada kodeeritakse (tavaliselt 1 bitti), seejärel korduva märgi koodi ja jada pikkust. Teisel juhul (see on ette nähtud kõige sagedamini esinevate korduvate märkide jaoks) tähistab eesliide lihtsalt kordusmärki.
Kodeerimistehnoloogia, mida kasutatakse DVD-mängijates omadega
helidekoodrid ja vastuvõtjad. Dünaamilise ulatuse tihendamist (või vähendamist) kasutatakse heli tippude piiramiseks filmide vaatamisel. Kui vaataja soovib vaadata filmi, milles on võimalikud äkilised helitugevuse muutused (film sõjast,
näiteks), kuid ei taha oma pereliikmeid häirida, siis tuleks DRC režiim sisse lülitada. Subjektiivselt, kõrva järgi, pärast DRC sisselülitamist väheneb madalate sageduste osakaal helis ja kõrged helid kaotavad läbipaistvuse, nii et te ei tohiks DRC režiimi sisse lülitada, kui see pole vajalik.
DreamWeaver (vaata – Esileht)
Tarkvarafirma Macromedia Inc. välja töötatud hüpertekstidokumentide visuaalne redaktor. Võimas professionaalne DreamWeaveri programm sisaldab võimalust luua mis tahes keerukuse ja ulatusega HTML-lehti ning sellel on ka sisseehitatud tugi suurte võrguprojektide jaoks. See on visuaalse disaini tööriist, mis toetab täiustatud WYSIWYG-kontseptsioone.
Juht (vt Juht)
Tarkvarakomponent, mis võimaldab teil seadmetega suhelda
arvuti, näiteks võrguliidese kaart (NIC), klaviatuur, printer või monitor. Arvutiga ühendatud võrguseadmed (nt jaotur) vajavad draivereid, et arvuti saaks seadmega suhelda.
DRM (digitaalõiguste haldus – autoriõigustega kaitstud teabele juurdepääsu ja selle kopeerimise haldamine, digitaalõiguste haldus)
u Kontseptsioon, mis hõlmab spetsiaalsete tehnoloogiate ja meetodite kasutamist digitaalsete materjalide kaitsmiseks, et tagada nende edastamine ainult volitatud kasutajatele.
v Klientprogramm digitaalsete õiguste haldusteenustega suhtlemiseks, mis on loodud autoriõigusega kaitstud teabele juurdepääsu ja selle kopeerimise kontrollimiseks. DRM-i teenused töötavad opsüsteemis Windows Server 2003. Klienditarkvara töötab opsüsteemides Windows 98, Me, 2000 ja XP, võimaldades sellistel rakendustel nagu Office 2003 juurde pääseda seotud teenustele. Tulevikus peaks Microsoft välja andma Internet Exploreri brauseri jaoks digitaalsete õiguste haldusmooduli. Tulevikus on kavas, et selline programm oleks arvutis nõutav, et see töötaks igasuguse sisuga, mis kasutab ebaseadusliku kopeerimise eest kaitsmiseks DRM-tehnoloogiaid.
Droid (robot) (vt. Agent)
DSA(Digitaalallkirja algoritm – digitaalallkirja algoritm)
Avaliku võtmega digitaalallkirja algoritm. NIST (USA) poolt välja töötatud 1991. aastal.
DSL (Digital Subscrabe Line)
Kaasaegne tehnoloogia, mida toetavad linna telefonijaamad signaalide vahetamiseks kõrgematel sagedustel kui tavalistes analoogmodemites kasutatavad. DSL-modem võib töötada samaaegselt nii telefoni (analoogsignaal) kui ka digitaalse liiniga. Kuna telefonist tuleva kõnesignaali ja digitaalse DSL signaali spektrid ei “ristu”, s.t. ei mõjuta üksteist, DSL võimaldab Internetis surfata ja telefoniga rääkida samal füüsilisel liinil. Veelgi enam, DSL-tehnoloogia kasutab tavaliselt mitut sagedust ja mõlemal pool liini asuvad DSL-modemid püüavad leida andmete edastamiseks parimaid. DSL-modem mitte ainult ei edasta andmeid, vaid toimib ka ruuterina. Etherneti pordiga varustatud DSL-modem võimaldab sellega ühendada mitu arvutit.
DSOM(Distributed System Object Model, Distributed SOM – Distributed System Object Model)
IBM tehnoloogia koos sobiva tarkvara toega.
DSR? (Andmekogum on valmis – andmete valmisoleku signaal, DSR-signaal)
Jadaliidese signaal, mis näitab, et seade (näiteks
modem) on valmis natukene andmeid arvutisse saatma.
DSR? (Seadme olekuaruanne – seadme olekuaruanne)
DSR? (Seadme olekuregister – seadme olekuregister)
DSS? (Otsuste tugisüsteem – Otsuste tugisüsteem) (vt.
Helitugevus on kogu kompositsiooni vältel sama, mitme pausiga.
Dünaamilise ulatuse kitsendamine
Dünaamilise ulatuse kitsendamine või lihtsamalt öeldes kokkusurumine, on vajalik erinevatel eesmärkidel, millest levinumad on:
1) ühe helitugevuse taseme saavutamine kogu kompositsiooni (või pilliosa) ulatuses.
2) Lugude ühtse helitugevuse saavutamine kogu albumi/raadio saates.
2) Suurenenud arusaadavus, peamiselt teatud partii kokkusurumisel (vokaal, bassitrumm).
Kuidas toimub dünaamilise ulatuse kitsendamine?
Kompressor analüüsib helitaset sisendis, võrreldes seda kasutaja määratud läviväärtusega.
Kui signaali tase on alla väärtuse Lävi– siis jätkab kompressor heli analüüsimist seda muutmata. Kui helitase ületab läviväärtust, alustab kompressor tegevust. Kuna kompressori ülesanne on kitsendada dünaamilist ulatust, on loogiline eeldada, et see piirab suurimat ja väikseimat amplituudi väärtust (signaali taset). Esimeses etapis on suurimad väärtused piiratud, mida vähendatakse teatud jõuga, mida nimetatakse Suhe(Suhtumine). Vaatame näidet:
Rohelised kõverad näitavad helitaset, mida suurem on nende võnkumiste amplituud X-teljelt, seda suurem on signaali tase.
Kollane joon on kompressori töölävi (Threshold). Läviväärtust kõrgemaks muutes viib kasutaja selle X-teljelt eemale. Muutes läveväärtuse madalamaks, viib kasutaja selle Y-teljele lähemale. On selge, et mida madalam on läviväärtus, seda sagedamini kompressor teeb toimima ja vastupidi, mida kõrgem see on, seda harvem. Kui suhe on väga kõrge, siis pärast lävisignaali taseme saavutamist surub kompressor kõik järgnevad signaalid maha kuni vaikuseni. Kui Ratio väärtus on väga väike, siis ei juhtu midagi. Läve ja suhte väärtuste valikut arutatakse hiljem. Nüüd peaksime endalt küsima järgmise küsimuse: mis mõtet on kogu järgnevat heli maha suruda? Tõepoolest, sellel pole mõtet, peame vabanema ainult amplituudiväärtustest (tippudest), mis ületavad läve (graafikul punasega märgitud). Selle probleemi lahendamiseks on olemas parameeter Vabasta(Atenuation), mis määrab tihendamise kestuse.
Näide näitab, et Künnise künnise esimene ja teine ületamine kestavad vähem kui kolmas künnise ületamine. Seega, kui parameeter Release on seatud kahele esimesele piigile, siis kolmanda töötlemisel võib alles jääda töötlemata osa (kuna Threshold läve ületamine kestab kauem). Kui parameeter Release on seatud kolmandale piigile, siis esimese ja teise piigi töötlemisel moodustub nende taga soovimatu signaalitaseme langus.
Sama kehtib parameetri Ratio kohta. Kui parameeter Ratio on reguleeritud kahele esimesele piigile, ei suruta kolmandat piisavalt maha. Kui parameeter Ratio on konfigureeritud kolmanda piigi töötlemiseks, on kahe esimese piigi töötlemine liiga suur.
Neid probleeme saab lahendada kahel viisil:
1) Rünnakuparameetri seadistamine (Attack) - osaline lahendus.
2) Dünaamiline pakkimine – terviklahendus.
Parameeter Aendiselt (rünnak) on ette nähtud aja määramiseks, mille möödudes hakkab kompressor tööle pärast läveläve ületamist. Kui parameeter on nullilähedane (võrdub nulliga paralleelse tihendamise korral, vt vastavat artiklit) - siis hakkab kompressor kohe signaali summutama ja töötab parameetriga Release määratud aja. Kui ründekiirus on suur, alustab kompressor teatud aja möödudes oma tegevust (see on vajalik selguse huvides). Meie puhul saame kahe esimese piigi töötlemiseks reguleerida läve (Threshold), sumbumise (Release) ja tihendustaseme (Ratio) parameetreid ning seada Attack väärtuse nullilähedaseks. Siis surub kompressor maha kaks esimest piiki ja kolmanda töötlemisel surub alla läve (Threshold) ületamiseni. See aga ei garanteeri kvaliteetset helitöötlust ja on piirilähedane (kõikide amplituudiväärtuste jämedalt lõigatud, antud juhul nimetatakse kompressorit piirajaks).
Vaatame kompressoriga helitöötluse tulemust: 
Tipud kadusid, märgin, et töötlemisseaded olid üsna õrnad ja me surusime alla ainult kõige silmatorkavamad amplituudi väärtused. Praktikas kitseneb dünaamiline ulatus palju rohkem ja see trend ainult edeneb. Paljude heliloojate meelest muudavad nad muusika valjemaks, kuid praktikas jätavad nad selle täielikult ilma dünaamikast nende kuulajate jaoks, kes kuulavad seda võib-olla kodus, mitte raadiost.
Peame lihtsalt arvestama viimast tihendusparameetrit, seda Kasu(Kasu). Gain on mõeldud kogu kompositsiooni amplituudi suurendamiseks ja on tegelikult samaväärne mõne teise heliredaktori tööriistaga - normaliseerimisega. Vaatame lõpptulemust:
Meie puhul oli kokkusurumine õigustatud ja parandas heli kvaliteeti, kuna silmapaistev tipp on pigem õnnetus kui tahtlik tulemus. Lisaks on selge, et muusika on rütmiline, seetõttu on sellel kitsas dünaamiline ulatus. Juhtudel, kui kõrge amplituudi väärtused on tahtlikud, võib tihendamine olla viga.
Dünaamiline kokkusurumine
Dünaamilise ja mittedünaamilise tihendamise erinevus seisneb selles, et esimese puhul sõltub signaali summutamise tase (suhe) sisendsignaali tasemest. Dünaamilised kompressorid on kõigis kaasaegsetes programmides, mille parameetreid Ratio ja Threshold juhitakse akna abil (igal parameetril on oma telg):
Graafiku kuvamiseks ei ole ühtset standardit piki Y-telge kuvatakse sissetuleva signaali tase, kuskil vastupidi, signaali tase pärast tihendamist. Kuskil on punkt (0,0) paremas ülanurgas, kuskil all vasakus nurgas. Igal juhul, kui liigutate hiirekursorit selle välja kohale, muutuvad parameetritele Suhe ja Lävi vastavate numbrite väärtused. Need. Määrate tihendustaseme iga läviväärtuse jaoks, võimaldades väga paindlikke tihendussätteid.
Külgkett
Külgahela kompressor analüüsib ühe kanali signaali ja kui helitase ületab läve (lävi), rakendab kompressiooni teisele kanalile. Külgahelas on oma eelised töötada instrumentidega, mis asuvad samas sageduspiirkonnas (kasutatakse aktiivselt bass-kick kombinatsiooni), kuid mõnikord kasutatakse ka erinevates sageduspiirkondades asuvaid instrumente, mis toob kaasa huvitava kõrvalahela efekti.
Teine osa – tihendamise etapid
Kokkusurumisel on kolm etappi:
1) Esimene etapp on üksikute helide kokkusurumine (singleshoots).
Mis tahes instrumendi tämbril on järgmised omadused: Attack, Hold, Decay, Delay, Sustain, Release.
Üksikute helide kokkusurumise etapp jaguneb kaheks osaks:
1.1) Rütmiliste instrumentide üksikute helide kokkusurumine
Sageli vajavad löögi komponendid nende selguse andmiseks eraldi tihendamist. Paljud inimesed töötlevad bassitrummi teistest rütmipillidest eraldi nii üksikute helide kui ka üksikute osade kokkusurumise etapis. See on tingitud asjaolust, et see asub madala sagedusega piirkonnas, kus lisaks sellele on tavaliselt ainult bass. Bassitrummi selgus tähendab iseloomuliku klõpsu olemasolu (bassitrumlil on väga lühike ründe- ja hoidmisaeg). Kui klõpsu pole, peate seda töötlema kompressoriga, määrates läveks nulli ja ründeajaks 10 kuni 50 ms. Kompressori veeremine (Realese) peab lõppema enne järgmist trummi lööki. Viimase probleemi saab lahendada valemiga: 60 000 / BPM, kus BPM on kompositsiooni tempo. Näiteks) 60 000/137=437,96 (aeg millisekundites kuni 4-mõõtmelise kompositsiooni uue allalöögini).
Kõik ülaltoodu kehtib ka teiste rütmiliste instrumentide kohta, millel on lühike ründeaeg – neil peaks olema rõhutatud klõps, mida kompressor ei tohiks suruda ühelgi kompressioonitaseme etapil maha.
1.2) Kokkusurumineüksikud helidharmoonilised instrumendid
Erinevalt rütmipillidest koosnevad harmooniliste pillide osad harva üksikutest helidest. See aga ei tähenda, et neid ei tohiks heli tihendamise tasemel töödelda. Kui kasutate salvestatud osaga näidist, siis on see tihenduse teine tase. Sellele tihendustasemele kehtivad ainult sünteesitud harmoonilised instrumendid. Need võivad olla sämplerid, süntesaatorid, mis kasutavad erinevaid helisünteesi meetodeid (füüsiline modelleerimine, FM, liite-, lahutamis- jne). Nagu te ilmselt juba arvasite, räägime süntesaatori sätete programmeerimisest. Jah! See on ka kompressioon! Peaaegu kõigil süntesaatoritel on programmeeritav ümbrisparameeter (ADSR), mis tähendab ümbrist. Ümbriku abil saate määrata rünnaku, lagunemise, säilitamise ja vabastamise aja. Ja kui sa ütled mulle, et see pole iga üksiku heli kokkusurumine, oled sa mu eluaegne vaenlane!
2) Teine etapp – Üksikute osade kokkupressimine.
Üksikute osade kokkusurumise all pean silmas mitme kombineeritud üksiku heli dünaamilise ulatuse ahendamist. See etapp hõlmab ka osade, sealhulgas vokaalide salvestusi, mis vajavad selguse ja arusaadavuse tagamiseks tihendustöötlust. Osade töötlemisel tihendamise teel peate arvestama, et üksikute helide lisamisel võivad ilmneda soovimatud piigid, millest peate selles etapis vabanema, kuna kui seda praegu ei tehta, võib pilt halveneda. segades kogu kompositsiooni. Üksikute osade tihendamise etapis on vaja arvestada üksikute helide töötlemise etapi tihendamisega. Kui olete saavutanud bassitrumli selguse, võib vale ümbertöötlemine teises etapis kõik rikkuda. Kõiki osi pole vaja kompressoriga töödelda, nagu pole vaja töödelda kõiki üksikuid helisid. Soovitan teil igaks juhuks paigaldada amplituudianalüsaator, et teha kindlaks üksikute helide kombineerimise soovimatute kõrvalmõjude olemasolu. Lisaks tihendamisele on selles etapis vaja tagada, et osad oleksid võimalusel erinevates sagedusvahemikes, et saaks kvantiseerida. Samuti on kasulik meeles pidada, et helil on selline omadus nagu maskeerimine (psühhoakustika):
1) Vaiksemat heli varjab valjem, mis ette tuleb.
2) Madala sagedusega vaiksemat heli varjab kõrge sagedusega valjem heli.
Näiteks kui teil on süntesaatori osa, siis sageli hakkavad noodid mängima enne, kui eelmised noodid kõlavad. Mõnikord on see vajalik (harmoonia loomine, mängustiil, polüfoonia), kuid mõnikord pole see üldse vajalik - saate nende otsa ära lõigata (Delay - Release), kui see on kuuldav soolorežiimis, kuid pole kuuldav kõigi osade taasesitusrežiimis . Sama kehtib ka efektide kohta, näiteks reverb – see ei tohiks kesta enne, kui heliallikas uuesti käivitub. Lõikades ja eemaldades ebavajaliku signaali muudad heli puhtamaks ja seda võib pidada ka kokkusurumiseks – kuna eemaldad mittevajalikud lained.
3) Kolmas etapp – Kompositsiooni kokkusurumine.
Terve kompositsiooni tihendamisel peate arvestama asjaoluga, et kõik osad on paljude üksikute helide kombinatsioon. Seetõttu peame nende kombineerimisel ja järgneval tihendamisel veenduma, et lõplik tihendus ei rikuks kahes esimeses etapis saavutatut. Samuti peate eraldama kompositsioonid, mille puhul on oluline lai või kitsas vahemik. laia dünaamilise ulatusega kompositsioonide kokkusurumisel piisab, kui paigaldada kompressor, mis purustab lühiajalised piigid, mis tekkisid osade liitmise tulemusena. Kompositsiooni kokkusurumisel, mille puhul on oluline kitsas dünaamiline ulatus, on kõik palju keerulisem. Siin on kompressoreid viimasel ajal kutsutud maksimaatoriteks. Maximizer on plugin, mis ühendab endas kompressori, piiraja, graafilise ekvalaiseri, enhyzeri ja muud heli teisendamise tööriistad. Samal ajal peavad tal olema usaldusväärsed analüüsivahendid. Maksimeerimine, lõplik töötlemine kompressoriga, on suuresti vajalik eelmistes etappides tehtud vigade vastu võitlemiseks. Vead - mitte niivõrd kokkusurumisel (kui teete viimases etapis seda, mida oleksite võinud teha esimeses etapis, on see juba viga), vaid heade näidiste ja instrumentide esialgses valikus, mis ei segaks muu (räägime sagedusvahemikest) . Just seetõttu korrigeeritakse sageduskarakteristikut. Tihti juhtub, et masteri tugeva tihendamise korral on vaja varasemates etappides tihendus- ja segamisparameetreid muuta, kuna dünaamilise ulatuse tugeva ahenemise korral tulevad välja vaiksed helid, mis olid varem maskeeritud, ja üksikute komponentide heli. koosseisu muutustest.
Nendes osades ei rääkinud ma teadlikult konkreetsetest tihendusparameetritest. Pidasin vajalikuks kirjutada sellest, et kokkusurumisel tuleb kompositsiooni loomise kõikides etappides tähelepanu pöörata kõikidele helidele ja kõikidele osadele. Ainult nii saate lõpuks harmoonilise tulemuse mitte ainult muusikateooria, vaid ka helitehnika seisukohalt.
Järgmine tabel annab praktilisi nõuandeid üksikute partiide töötlemiseks. Tihenduses võivad numbrid ja eelseadistused soovitada ainult soovitud ala, kust otsida. Ideaalsed tihendusseaded sõltuvad igast konkreetsest juhtumist. Gain ja Threshold parameetrid eeldavad normaalset helitaset (kogu vahemiku loogiline kasutamine).
Kolmas osa – tihendusparameetrid
Lühiteave:
Lävi – määrab sissetuleva signaali helitaseme, mille saavutamisel kompressor tööle hakkab.
Attack – määrab aja, mille möödudes kompressor tööle hakkab.
Tase (suhe) – määrab amplituudiväärtuste vähenemise astme (võrreldes algse amplituudi väärtusega).
Vabastus – määrab aja, mille möödudes kompressor töö lõpetab.
Gain – määrab sissetuleva signaali suurenemise taseme pärast töötlemist kompressoriga.
Kompressioonitabel:
| Tööriist | Lävi | Rünnak | Suhe | Vabasta | Kasu | Kirjeldus |
| Vokaal | 0 dB | 1-2 ms 2-5 mS 10 ms 0,1 ms 0,1 ms |
vähem kui 4:1 2,5: 1 4:1 – 12:1 2:1 -8:1 |
150 ms 50-100 mS 150 ms 150 ms 0,5 s |
Pakkimine salvestamise ajal peaks olema minimaalne, see nõuab segamisetapis selguse ja arusaadavuse tagamiseks kohustuslikku töötlemist. | |
| Puhkpillid | 1-5 ms | 6:1 – 15:1 | 0,3 s | |||
| Tünn | 10 kuni 50 ms 10-100 mS |
4:1 ja rohkem 10:1 |
50-100 ms 1 mS |
Mida madalam on künnis ja kõrgem suhe ning mida pikem on Attack, seda tugevam on klõps löögitrumli alguses. | ||
| Süntesaatorid | Oleneb lainetüübist (ADSR-i mähised). | |||||
| Pöördtrumm: | 10-40 mS 1-5 ms |
5:1
5:1 – 10:1 |
50 mS 0,2 s |
|||
| Tere-Müts | 20 mS | 10:1 | 1 mS | |||
| Ülapealsed mikrofonid | 2-5 mS | 5:1 | 1-50 mS | |||
| Trummid | 5 ms | 5:1 – 8:1 | 10 ms | |||
| Basskitarr | 100-200 mS 4 ms kuni 10 ms |
5:1 | 1 mS 10 ms |
|||
| Stringid | 0-40 mS | 3:1 | 500 mS | |||
| Sünt. bass | 4 ms - 10 ms | 4:1 | 10 ms | Oleneb ümbrikutest. | ||
| Löökpillid | 0-20 mS | 10:1 | 50 mS | |||
| Akustiline kitarr, klaver | 10-30 mS 5-10 ms |
4:1
5:1 -10:1 |
50-100 mS 0,5 s |
|||
| Electro-nitara | 2-5 ms | 8:1 | 0,5 s | |||
| Lõplik kokkusurumine | 0,1 ms 0,1 ms |
2:1
2:1 kuni 3:1 |
50 ms 0,1 ms |
0 dB väljund | Rünnakuaeg oleneb eesmärgist – kas on vaja tipud eemaldada või rada siledamaks muuta. | |
| Piiraja pärast lõplikku kokkusurumist | 0 mS | 10:1 | 10-50 mS | 0 dB väljund | Kui vajate kitsast dünaamilist ulatust ja lainete jämedat "lõiget". |
Teave saadi erinevatest allikatest, millele viitasid populaarsed Interneti-allikad. Kompressiooniparameetrite erinevus on seletatav erinevate helieelistuste ja erinevate materjalidega töötamisega.
Mõelgem küsimusele – miks on vaja helitugevust keerata? Selleks, et kuulda vaikseid helisid, mis meie tingimustes ei ole kuuldavad (näiteks kui ei saa valjult kuulata, kui ruumis on kõrvaline müra jne). Kas vaikseid helisid on võimalik võimendada, jättes valjud rahule? Selgub, et see on võimalik. Seda tehnikat nimetatakse dünaamilise ulatuse tihendamiseks (DRC). Selleks peate praegust helitugevust pidevalt muutma - võimendama vaikseid helisid, valjuid - mitte. Lihtsaim ruumala muutumise seadus on lineaarne, s.t. Helitugevus muutub vastavalt seadusele output_loudness = k * input_loudness, kus k on dünaamilise vahemiku tihendusaste:
Joonis 18. Dünaamilise ulatuse tihendamine.
Kui k = 1, siis muudatusi ei tehta (väljundmaht võrdub sisendmahuga). Kell k< 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 - helitugevus väheneb ja dünaamiline ulatus suureneb.
Vaatame helitugevuse graafikuid (k = 1/2: DD tihendus on kahekordistunud):
Joonis 19. Helitugevuse graafikud.
Nagu originaalis näha, kõlasid nii väga vaiksed helid, 30 dB dialoogitasemest madalamal kui ka väga valjud – 30 dB dialoogitasemest kõrgemal. See. dünaamiline ulatus oli 60 dB. Pärast tihendamist on valjud helid vaid 15 dB kõrgemad ja vaiksed helid 15 dB madalamad kui dialoogid (dünaamiline ulatus on nüüd 30 dB). Seega muutusid valjud helid oluliselt vaiksemaks ja vaiksed helid muutusid oluliselt valjemaks. Sel juhul ülevoolu ei toimu!
Vaatame nüüd histogramme:
Joonis 20. Kompressiooni näide.
Nagu selgelt näha, säilib kuni +30dB võimendusega histogrammi kuju hästi, mis tähendab, et valjud helid jäävad hästi väljendatuks (need ei lähe maksimumini ega katke ära, nagu lihtsa võimendusega juhtub) . See tekitab vaikseid helisid. Histogramm näitab seda halvasti, kuid erinevus on kõrvaga väga märgatav. Selle meetodi puuduseks on samad helitugevuse hüpped. Nende esinemismehhanism erineb aga lõikamise ajal tekkivatest valjuduse hüpetest ja nende iseloom on erinev - need tekivad peamiselt siis, kui vaikseid helisid on väga tugevalt võimendatud (ja mitte siis, kui valju helisid lõigatakse, nagu tavalise võimenduse puhul). Liigne tihendustase viib helipildi lameduseni – kõik helid kipuvad olema sama valjud ja väljendusvõimetud.
Vaiksete helide liigne võimendamine võib põhjustada salvestusmüra kuuldavaks muutumist. Seetõttu kasutab filter veidi muudetud algoritmi, et vähendada mürataset:
Joonis 21. Helitugevuse suurendamine ilma müra suurendamiseta.
Need. helitugevuse tasemel -50 dB ülekandefunktsioon käändub ja müra võimendub vähem (kollane joon). Sellise pöörde puudumisel on müra palju valjem (hall joon). See lihtne modifikatsioon vähendab oluliselt müra isegi väga kõrge tihendustaseme korral (pildil tihendus 1:5). Filtris olev “DRC” tase määrab vaiksete helide võimenduse taseme (-50dB juures), s.t. Joonisel kujutatud 1/5 tihendusaste vastab +40dB tasemele filtri seadistustes.
© 2014 sait
Või fotograafiline laiuskraad fotomaterjal on maksimaalse ja minimaalse särituse väärtuste suhe, mida saab fotole õigesti jäädvustada. Digitaalfotograafia puhul on dünaamiline ulatus tegelikult samaväärne fotosensori särituse ajal genereeritud kasuliku elektrisignaali maksimaalse ja minimaalse võimaliku väärtuse suhtega.
Dünaamilist ulatust mõõdetakse särituse piirides (). Iga samm vastab valguse hulga kahekordistamisele. Näiteks kui teatud kaamera dünaamiline ulatus on 8 EV, tähendab see, et selle maatriksi kasuliku signaali maksimaalne võimalik väärtus on seotud minimaalsega 2 8: 1, mis tähendab, et kaamera on suudab jäädvustada objekte, mille heledus erinevad ühes kaadris mitte rohkem kui 256 korda. Täpsemalt suudab see jäädvustada mis tahes heledusega objekte, kuid objektid, mille heledus ületab maksimaalset lubatud väärtust, paistavad pildil pimestavalt valged ning objektid, mille heledus jääb alla miinimumväärtuse, kottmustana. Üksikasjad ja tekstuur on nähtavad ainult nendel objektidel, mille heledus jääb kaamera dünaamilise ulatusse.
Kõige heledamate ja tumedamate pildistatavate objektide heleduse vahelise seose kirjeldamiseks kasutatakse sageli mitte täiesti õiget terminit "stseeni dünaamiline ulatus". Õigem oleks rääkida heleduse vahemikust või kontrastsuse tasemest, kuna dünaamiline ulatus on tavaliselt mõõteseadme (antud juhul digikaamera maatriksi) tunnus.
Kahjuks võib paljude ilusate stseenide heledusvahemik, millega päriselus kokku puutume, oluliselt ületada digikaamera dünaamilist ulatust. Sellistel juhtudel on fotograaf sunnitud otsustama, millised objektid tuleks täielikult läbi töötada ja millised võib jätta dünaamilisest vahemikust väljapoole, ilma et see kahjustaks loomingulist kavatsust. Kaamera dünaamilise ulatuse maksimaalseks kasutamiseks ei pruugi teil mõnikord vaja minna niivõrd fotosensori tööpõhimõtte põhjalikku mõistmist, vaid pigem arenenud kunstimeelt.
Dünaamilist ulatust piiravad tegurid
Dünaamilise ulatuse alumine piir on seatud fotosensori enesemüra taseme järgi. Isegi valgustamata maatriks tekitab elektrilise taustasignaali, mida nimetatakse tumedaks müraks. Häired tekivad ka siis, kui laeng viiakse analoog-digitaalmuundurisse ja ADC ise toob digitaliseeritud signaali sisse teatud vea - nn. proovivõtumüra.
Kui pildistate täielikus pimedas või objektiivikorgiga, salvestab kaamera ainult seda mõttetut müra. Kui andurini lastakse jõuda minimaalsel hulgal valgust, hakkavad fotodioodid koguma elektrilaengut. Laengu suurus ja seega kasuliku signaali intensiivsus on võrdeline püütud footonite arvuga. Selleks, et pildile ilmuksid tähenduslikud detailid, on vajalik, et kasuliku signaali tase ületaks taustmüra taseme.
Seega saab dünaamilise ulatuse alampiiri ehk teisisõnu anduri tundlikkuse läve formaalselt defineerida kui väljundsignaali taset, mille juures signaali-müra suhe on suurem kui ühtsus.
Dünaamilise ulatuse ülemise piiri määrab üksiku fotodioodi mahtuvus. Kui särituse ajal kogub mõni fotodiood oma maksimaalse väärtusega elektrilaengu, muutub ülekoormatud fotodioodile vastav pildipiksel täiesti valgeks ja edasine kiiritamine ei mõjuta selle heledust kuidagi. Seda nähtust nimetatakse kärpimiseks. Mida suurem on fotodioodi ülekoormusvõime, seda suurema väljundsignaali suudab see tekitada enne küllastumise saavutamist.
Suurema selguse huvides pöördume tunnuskõvera poole, mis on graafik väljundsignaali ja särituse vahel. Horisontaalne telg tähistab anduri poolt vastuvõetud kiirguse binaarlogaritmi ja vertikaaltelg sellele kiirgusele reageerides anduri poolt genereeritud elektrisignaali suuruse binaarlogaritmi. Minu joonistus on suures osas tavapärane ja täidab üksnes illustreerivat eesmärki. Tõelise fotosensori tunnuskõver on veidi keerulisema kujuga ja müratase on harva nii kõrge.
Graafikul on selgelt näha kaks kriitilist pöördepunkti: neist esimeses ületab kasuliku signaali tase müra läve ja teises jõuavad fotodioodid küllastuseni. Nende kahe punkti vahel olevad säritusväärtused moodustavad dünaamilise ulatuse. Selles abstraktses näites võrdub see, nagu on hästi näha, 5 EV-ga, s.o. Kaamera saab hakkama viie särituse kahekordistamisega, mis võrdub 32-kordse (2 5 = 32) heleduse erinevusega.
Dünaamilise ulatuse moodustavad säritustsoonid on ebavõrdsed. Ülemistel tsoonidel on suurem signaali-müra suhe ning seetõttu tunduvad need puhtamad ja detailsemad kui alumised. Tänu sellele on dünaamilise ulatuse ülemine piir väga märkimisväärne ja märgatav – kärpimine lõikab valguse ära vähimagi ülevalgustuse korral, alumine piir aga upub märkamatult mürasse ning üleminek mustale pole kaugeltki nii terav kui valgele.
Signaali lineaarne sõltuvus säritusest, samuti järsk tõus platoole on digitaalse fotograafia protsessi ainulaadsed omadused. Võrdluseks vaadake traditsioonilise fotofilmi iseloomulikku tunnuskõverat.
Kõvera kuju ja eriti kaldenurk sõltuvad tugevalt filmi tüübist ja selle arendamise protseduurist, kuid filmi graafiku ja digitaalse graafiku peamine, silmatorkav erinevus jääb muutumatuks - sõltuvuse mittelineaarsus. filmi optiline tihedus särituse väärtusel.
Negatiivifilmi fotograafilise laiuskraadi alumise piiri määrab loori tihedus ja ülemise piiri määrab fotokihi maksimaalne saavutatav optiline tihedus; pööratavate filmide puhul on see vastupidi. Nii varjudes kui ka esiletõstetud kohtades täheldatakse iseloomuliku kõvera sujuvaid kõverusi, mis viitavad kontrasti langusele dünaamilise ulatuse piiridele lähenedes, kuna kõvera kalle on võrdeline pildi kontrastsusega. Seega on graafiku keskosas asuvad säritustsoonid maksimaalse kontrastsusega, heledates ja varjudes kontrastsus väheneb. Praktikas on filmi ja digitaalmaatriksi erinevus eriti märgatav esiletõstmistes: kui digitaalsel pildil põletatakse esiletõstetud osad kärpimise tõttu ära, siis filmil on detailid endiselt nähtavad, kuigi kontrastsus on madal, ja üleminek puhas valge näeb välja sile ja loomulik.
Sensitomeetrias kasutatakse isegi kahte sõltumatut terminit: tegelikult fotograafiline laiuskraad, mida piirab tunnuskõvera suhteliselt lineaarne osa, ja kasulik fotograafiline laiuskraad, mis sisaldab lisaks lineaarsele lõigule ka diagrammi põhja ja õla.
Tähelepanuväärne on see, et digifotode töötlemisel rakendatakse neile reeglina enam-vähem väljendunud S-kujulist kõverat, suurendades kesktoonide kontrasti selle vähendamise hinnaga varjudes ja eredatel kohtadel, mis annab digitaalsele pildile rohkem ilme. loomulik ja silmale meeldiv välimus.
Biti sügavus
Erinevalt digikaamera maatriksist iseloomustab inimese nägemist, ütleme, logaritmiline maailmavaade. Valgushulga järjestikust kahekordistamist tajume me võrdsete heleduse muutustena. Valgusnumbreid võib võrrelda isegi muusikaliste oktavidega, sest helisageduse kahekordseid muutusi tajub kõrv ühe muusikalise intervallina. Sellel põhimõttel töötavad ka teised meeled. Taju mittelineaarsus laiendab oluliselt inimese tundlikkuse ulatust erineva intensiivsusega stiimulitele.
Lineaarseid andmeid sisaldava RAW-faili teisendamisel (pole vahet - kaameraga või RAW-konverteris) kasutatakse nn. gammakõver, mis on mõeldud digitaalse kujutise heleduse mittelineaarseks suurendamiseks, viies selle kooskõlla inimese nägemise omadustega.
Lineaarse teisenduse korral on pilt liiga tume.
Pärast gammakorrektsiooni taastub heledus normaalseks.
Gammakõver venitab tumedaid toone ja surub heledaid kokku, muutes gradatsioonide jaotuse ühtlasemaks. Tulemuseks on loomulik välimus, kuid varjudes olevad müra ja sämplimise artefaktid muutuvad paratamatult märgatavamaks, mida ainult süvendab madalam heledustasemete arv madalamates tsoonides.
Heleduse gradatsioonide lineaarne jaotus.
Ühtlane jaotus pärast gammakõvera rakendamist.
ISO ja dünaamiline ulatus
Hoolimata asjaolust, et digifotograafia kasutab sama fotomaterjali valgustundlikkuse kontseptsiooni nagu filmifotograafias, tuleb mõista, et see juhtub ainult traditsioonide tõttu, kuna lähenemisviisid valgustundlikkuse muutmisele digitaal- ja filmifotograafias on põhimõtteliselt erinevad.
ISO-tundlikkuse suurendamine traditsioonilises fotograafias tähendab ühe filmi asendamist teise jämedama teraga, s.t. Fotomaterjali enda omadustes on objektiivne muutus. Digikaameras on sensori valgustundlikkus rangelt määratud selle füüsiliste omadustega ja seda ei saa otseses mõttes muuta. ISO suurendamisel ei muuda kaamera sensori tegelikku tundlikkust, vaid ainult võimendab anduri poolt kiiritamisel genereeritud elektrilist signaali ja kohandab vastavalt sellele selle signaali digiteerimisalgoritmi.
Selle oluline tagajärg on see, et efektiivne dünaamiline ulatus väheneb võrdeliselt ISO suurenemisega, sest koos kasuliku signaaliga suureneb ka müra. Kui ISO 100 juures digiteeritakse kogu signaali väärtuste vahemik - nullist küllastuspunktini, siis ISO 200 juures võetakse maksimumiks vaid pool fotodioodide mahust. Iga ISO-tundlikkuse kahekordistamisega lõigatakse dünaamilise ulatuse ülemine aste ära ja ülejäänud astmed tõmmatakse oma kohale. Seetõttu pole ülikõrgete ISO väärtuste kasutamisel praktilist mõtet. Sama eduga saate RAW-muunduris pilti heledamaks muuta ja saada võrreldava mürataseme. ISO suurendamise ja pildi kunstliku heledamaks muutmise erinevus seisneb selles, et ISO suurendamisel võimendatakse signaal enne selle sisenemist ADC-sse, mis tähendab, et kvantimismüra erinevalt sensori enda mürast ei võimendata, samas kui RAW-muunduris on see võimendatud. amplifitseerimine, sealhulgas ADC vead. Lisaks tähendab diskreetimisvahemiku vähendamine ülejäänud sisendsignaali väärtuste täpsemat diskreetimist.
Muide, mõne seadme puhul saadaval oleva ISO langetamine alla baasväärtuse (näiteks ISO 50-ni) ei laienda üldse dünaamilist ulatust, vaid lihtsalt nõrgendab signaali poole võrra, mis võrdub pildi tumedamaks muutmisega. RAW-muundur. Seda funktsiooni võib pidada isegi kahjulikuks, kuna väiksema ISO väärtuse kasutamine provotseerib kaamerat säritust suurendama, mis, kuigi sensori küllastuslävi jääb muutumatuks, suurendab esiletõstetud kohtades kärpimise ohtu.
Tõeline dünaamiline ulatus
On mitmeid programme nagu (DxO Analyzer, Imatest, RawDigger jne), mis võimaldavad teil kodus digikaamera dünaamilist ulatust mõõta. Põhimõtteliselt pole see eriti vajalik, kuna enamiku kaamerate andmeid saab vabalt leida Internetist, näiteks veebisaidilt DxOMark.com.
Kas peaksime selliste testide tulemusi uskuma? Päris. Ainsa mööndusega, et kõik need testid määravad efektiivse ehk nii-öelda tehnilise dünaamilise ulatuse, s.o. maatriksi küllastustaseme ja mürataseme vaheline seos. Fotograafi jaoks on kõige olulisem kasulik dünaamiline ulatus, st. säritustsoonide arv, mis tõesti võimaldavad teil kasulikku teavet jäädvustada.
Nagu mäletate, määrab dünaamilise ulatuse läve fotosensori müratase. Probleem on selles, et praktikas sisaldavad alumised tsoonid, mis on tehniliselt juba dünaamilises vahemikus kaasatud, siiski liiga palju müra, et neid kasulikult kasutada. Siin sõltub palju individuaalsest vastikusest – vastuvõetava mürataseme määrab igaüks ise.
Minu subjektiivne arvamus on, et varjus olevad detailid hakkavad enam-vähem korralikud välja nägema, kui signaali-müra suhe on vähemalt kaheksa. Selle põhjal määratlen kasuliku dünaamilise ulatuse tehnilise dünaamilise ulatuse miinus umbes kolm peatust.
Näiteks kui DSLR-kaameral on usaldusväärsete testide järgi dünaamiline ulatus 13 EV, mis on tänapäevaste standardite järgi väga hea, siis selle kasulik dünaamiline ulatus on umbes 10 EV, mis on üldiselt ka üsna hea. Loomulikult räägime pildistamisest RAW-vormingus, minimaalse ISO ja maksimaalse bitisügavusega. JPEG-vormingus pildistamisel sõltub dünaamiline ulatus suurel määral kontrasti seadistustest, kuid keskmiselt peaksite loobuma veel kahest-kolmest punktist.
Võrdluseks: värvide tagurdusfilmide kasulikuks fotograafiliseks laiuskraadiks on 5-6 punkti; mustvalged negatiivifilmid annavad standardsete ilmutus- ja printimisprotseduuridega 9-10 peatust ning teatud manipulatsioonidega kuni 16-18 peatust.
Ülaltoodu kokkuvõtteks proovime sõnastada mõned lihtsad reeglid, mille järgimine aitab teil kaamera andurilt maksimaalse jõudluse välja pigistada:
- Digikaamera dünaamiline ulatus on täielikult kättesaadav ainult RAW-vormingus pildistamisel.
- Dünaamiline ulatus väheneb, kui valgustundlikkus suureneb, seega vältige kõrgeid ISO-sätteid, kui see pole tingimata vajalik.
- Suurema bitisügavuse kasutamine RAW-failide jaoks ei suurenda tegelikku dünaamilist ulatust, küll aga parandab toonide eraldamist varjudes tänu suuremale heledustasemele.
- Kokkupuude paremale. Ülemised kokkupuutealad sisaldavad alati maksimaalselt kasulikku teavet minimaalse müraga ja neid tuleks kasutada kõige tõhusamalt. Samas ei tasu unustada kärpimise ohtu – küllastumiseni jõudnud pikslid on täiesti kasutud.
Ja mis kõige tähtsam: ärge muretsege liiga palju oma kaamera dünaamilise ulatuse pärast. Selle dünaamiline ulatus on hea. Teie võime valgust näha ja säritust õigesti hallata on palju olulisem. Hea fotograaf ei kurda fotograafilise laiuskraadi puudumise üle, vaid püüab oodata mugavamat valgustust või muuta vaatenurka või kasutada välku, ühesõnaga, käitub vastavalt oludele. Räägin lähemalt: mõnele stseenile tuleb kasuks ainult see, et nad ei mahu kaamera dünaamilisse ulatusse. Tihti tuleb tarbetu detailirohkus lihtsalt poolabstraktsesse musta siluetti peita, mis muudab foto nii lakoonilisemaks kui ka rikkalikumaks.
Kõrge kontrastsus ei ole alati halb – peate lihtsalt teadma, kuidas sellega töötada. Õppige ära kasutama nii varustuse puudusi kui ka eeliseid ning üllatute, kui palju teie loomingulised võimalused avarduvad.
Täname tähelepanu eest!
Vassili A.
Post scriptum
Kui artikkel oli teile kasulik ja informatiivne, võite projekti lahkelt toetada, andes oma panuse selle arengusse. Kui teile artikkel ei meeldinud, kuid teil on mõtteid selle paremaks muutmiseks, võetakse teie kriitika vastu mitte vähema tänuga.
Pidage meeles, et see artikkel on autoriõigusega kaitstud. Kordustrükk ja tsiteerimine on lubatud, kui on olemas kehtiv link allikale ning kasutatud teksti ei tohi mingil viisil moonutada ega muuta.
