Какой кодек применяется для преобразования аналогового сигнала в магнитофоне гранит
«Обычный» аналоговый звук представляется в аналоговой аппаратуре непрерывным электрическим сигналом. Компьютер оперирует с данными в цифровом виде. Это означает, что и звук в компьютере представляется в цифровом виде. Как же происходит преобразование аналогового сигнала в цифровой?
Цифровой звук – это способ представления электрического сигнала посредством дискретных численных значений его амплитуды. Допустим, мы имеем аналоговую звуковую дорожку хорошего качества (говоря «хорошее качество» будем предполагать нешумную запись, содержащую спектральные составляющие из всего слышимого диапазона частот – приблизительно от 20 Гц до 20 КГц) и хотим «ввести» ее в компьютер (то есть оцифровать) без потери качества. Как этого добиться
и как происходит оцифровка? Звуковая волна – это некая сложная функция, зависимость амплитуды звуковой волны от времени. Казалось бы, что раз это функция, то можно записать ее в компьютер «как есть», то есть описать математический вид функции и сохранить в памяти компьютера. Однако практически это невозможно, поскольку звуковые колебания нельзя представить аналитической формулой (как y=x 2 , например). Остается один путь – описать функцию путем хранения ее дискретных значений в определенных точках. Иными словами, в каждой точке времени можно измерить значение амплитуды сигнала и записать в виде чисел. Однако и в этом методе есть свои недостатки, так как значения амплитуды сигнала мы не можем записывать с бесконечной точностью,
и вынуждены их округлять. Говоря иначе, мы будем приближать эту функцию по двум координатным осям – амплитудной и временной (приближать в точках – значит, говоря простым языком, брать значения функции в точках и записывать их с конечной точностью). Таким образом, оцифровка сигнала включает в себя два процесса - процесс дискретизации (осуществление выборки) и процесс квантования. Процесс дискретизации - это процесс получения значений величин преобразуемого сигнала в определенные промежутки времени (рис. 2).
Квантование - процесс замены реальных значений сигнала приближенными с определенной точностью (рис. 3). Таким образом, оцифровка – это фиксация амплитуды сигнала через определенные промежутки времени и регистрация полученных значений амплитуды в виде округленных цифровых значений (так как значения амплитуды являются величиной непрерывной, нет возможности конечным числом записать точное значение амплитуды сигнала, именно поэтому прибегают к округлению). Записанные значения амплитуды сигнала называются отсчетами. Очевидно, что чем чаще мы будем делать замеры амплитуды (чем выше частота дискретизации) и чем меньше мы будем округлять полученные значения (чем больше уровней квантования), тем более точное представление сигнала в цифровой форме мы получим. Оцифрованный сигнал в виде набора последовательных значений амплитуды можно сохранить.
Теперь о практических проблемах. Во-первых, надо иметь в виду, что память компьютера не бесконечна, так что каждый раз при оцифровке необходимо находить какой-то компромисс между качеством (напрямую зависящим от использованных при оцифровке параметров) и занимаемым оцифрованным сигналом объемом.
Во-вторых, согласно теореме Котельникова частота дискретизации устанавливает верхнюю границу частот оцифрованного сигнала, а именно, максимальная частота спектральных составляющих равна
половине частоты дискретизации сигнала. Попросту говоря, чтобы получить полную информацию о звуке в частотной полосе до 22050 Гц, необходима дискретизация с частотой не менее 44.1 КГц.
Существуют и другие проблемы и нюансы, связанные с оцифровкой звука. Не сильно углубляясь в подробности отметим, что в «цифровом звуке» из-за дискретности информации об амплитуде оригинального сигнала появляются различные шумы и искажения (под фразой «в цифровом звуке есть такие-то частоты и шумы» подразумевается, что когда этот звук будет преобразован обратно из цифрового вида в аналоговый, то в его звучании будут присутствовать упомянутые частоты и шумы). Так, например, джиттер (jitter) – шум, появляющийся в результате того, что осуществление выборки сигнала при дискретизации происходит не через абсолютно равные промежутки времени, а с какимито отклонениями. То есть, если, скажем, дискретизация проводится с частотой 44.1 КГц, то отсчеты берутся не точно каждые 1/44100 секунды, а то немного раньше, то немного позднее. А так как входной сигнал постоянно меняется, то такая ошибка приводит к «захвату» не совсем верного уровня сигнала. В результате во время проигрывания оцифрованного сигнала может ощущаться некоторое дрожание и искажения. Появление джиттера является результатом не абсолютной стабильности аналогово-цифровых преобразователей. Для борьбы с этим явлением применяют высокостабильные тактовые генераторы. Еще одной неприятностью является шум дробления. Как мы говорили, при квантовании амплитуды сигнала происходит ее округление до ближайшего уровня. Такая погрешность вызывает ощущение «грязного» звучания.
Небольшая справка: стандартные параметры записи аудио компакт-дисков следующие: частота дискретизации - 44.1 КГц, уровень квантования – 16 бит. Такие параметры соответствуют 65536 (2 16 ) уровням квантования амплитуды при взятии ее значений 44100 раз в секунду.
На практике, процесс оцифровки (дискретизация и квантование сигнала) остается невидимым для пользователя - всю черновую работу делают разнообразные программы, которые дают соответствующие команды драйверу (управляющая подпрограмма операционной системы) звуковой карты. Любая программа (будь то встроенный в Windows Recorder или мощный звуковой редактор), способная осуществлять запись аналогового сигнала в компьютер, так или иначе оцифровывает сигнал с определенными параметрами, которые могут оказаться важными в последующей работе с записанным звуком, и именно по этой причине важно понять как происходит процесс оцифровки и какие факторы влияют на ее результаты.
3. Способы хранения цифрового звука
Для хранения цифрового звука существует много различных способов. Как мы говорили, оцифрованный звук являет собой набор значений амплитуды сигнала, взятых через определенные промежутки времени. Таким образом, во-первых, блок оцифрованной аудио информации можно записать в файл «как есть», то есть последовательностью чисел (значений амплитуды). В этом случае существуют два способа хранения информации.
Первый (рис. 5) - PCM (Pulse Code Modulation - импульсно-кодовая модуляция) - способ цифрового кодирования сигнала при помощи записи абсолютных значений амплитуд (бывают знаковое или беззнаковое представления). Именно в таком виде записаны данные на всех аудио CD. Второй способ (рис. 6) - ADPCM (Adaptive Delta PCM - адаптивная относительная импульсно-кодовая модуляция) – запись значений сигнала не в абсолютных, а в относительных изменениях амплитуд (приращениях).
Во-вторых, можно сжать или упростить данные так, чтобы они занимали меньший объем памяти, нежели будучи записанными «как есть». Тут тоже имеются два пути.
Кодирование данных без потерь (lossless coding) - это способ кодирования аудио, который позволяет осуществлять стопроцентное восстановление данных из сжатого потока. К такому способу уплотнения данных прибегают в тех случаях, когда сохранение оригинального качества данных критично. Например, после сведения звука в студии звукозаписи, данные необходимо сохранить в архиве в оригинальном качестве для возможного последующего использования. Существующие сегодня алгоритмы кодирования без потерь (например, Monkeys Audio) позволяют сократить занимаемый данными объем на 20-50%, но при этом обеспечить стопроцентное восстановление оригинальных данных из полученных после сжатия. Подобные кодеры – это своего рода архиваторы данных (как ZIP, RAR и другие), только предназначенные для сжатия именно аудио.
Имеется и второй путь кодирования, на котором мы остановимся чуть подробнее, – кодирование данных с потерями (lossy coding). Цель такого кодирования - любыми способами добиться схожести звучания восстановленного сигнала с оригиналом при как можно меньшем объеме упакованных данных. Это достигается путем использования различных алгоритмов «упрощающих» оригинальный сигнал (выкидывая из него «ненужные» слабослышимые детали), что приводит к тому, что декодированный сигнал фактически перестает быть идентичным оригиналу, а лишь похоже звучит.
Методов сжатия, а также программ, реализующих эти методы, существует много. Наиболее известными являются MPEG-1 Layer I,II,III (последним является всем известный MP3), MPEG-2 AAC (advanced audio coding), Ogg Vorbis, Windows Media Audio (WMA), TwinVQ (VQF), MPEGPlus, TAC, и
прочие. В среднем, коэффициент сжатия, обеспечиваемый такими кодерами, находится в пределах 10-14 (раз). Надо особо подчеркнуть, что в основе всех lossy-кодеров лежит использование так называемой психоакустической модели, которая как раз и занимается «упрощением» оригинального сигнала. Говоря точнее, механизм подобных кодеров выполняет анализ кодируемого сигнала, в процессе которого определяются участки сигнала, в определенных частотных областях которых имеются неслышные человеческому уху нюансы (замаскированные или неслышимые частоты), после чего происходит их удаление из оригинального сигнала. Таким образом, степень сжатия оригинального сигнала зависит от степени его «упрощения»; сильное сжатие достигается путем «агрессивного упрощения» (когда кодер «считает» ненужными множественные нюансы), такое сжатие, естественно, приводит к сильной деградации качества, поскольку удалению могут подлежать не только незаметные, но и значимые детали звучания.
Как мы сказали, современных lossy-кодеров существует достаточно много. Наиболее распространенный формат – MPEG-1 Layer III (всем известный MP3). Формат завоевал свою популярность совершенно заслуженно – это был первый распространенный кодек подобного рода, который достиг столь высокого уровня компрессии при отличном качестве звучания. Сегодня этому кодеку имеется множество альтернатив, выбор остается за пользователем. К сожалению, рамки статьи не позволяют привести здесь тестирования и сравнения существующих кодеков, однако авторы статьи позволят себе привести некоторую информацию, полезную при выборе кодека. Итак, преимущества MP3 – широкая распространенность и достаточно высокое качество кодирования, которое объективно улучшается благодаря разработкам различных кодеров MP3 энтузиастами (например, кодер Lame). Мощная альтернатива MP3 – кодек Microsoft Windows Media Audio (Файлы
.WMA и .ASF). По различным тестам этот кодек показывает себя от «как MP3» до «заметно хуже MP3» на средних битрейтах, и, чаще, «лучше MP3» на низких битрейтах. Ogg Vorbis (файлы .OGG) – совершенно свободный от лицензирования кодек, создаваемый независимыми разработчиками. Чаще всего ведет себя лучше MP3, недостатком является лишь малая распространенность, что может стать критическим аргументом при выборе кодека для длительного хранения аудио. Вспомним и еще молодой кодек MP3 Pro, анонсированный в июле 2001 года компанией Coding Technologies совместно с Thomson Multimedia. Кодек является продолжением, или, точнее, развитием старого MP3 – он совместим с MP3 назад (полностью) и вперед (частично). За счет использования новой технологии SBR (Spectral Band Replication), кодек ведет себя заметно лучше других форматов на низких битрейтах, однако качество кодирования на средних и высоких битрейтах чаще уступает качеству почти всех описанных кодеков. Таким образом, MP3 Pro пригоден больше для ведения аудио трансляций в Internet, а также для создания превью песен и музыки.
Говоря о способах хранения звука в цифровом виде нельзя не вспомнить и о носителях данных. Всем привычный аудио компакт-диск, появившийся в начале 80-х годов, широкое распространение получил именно в последние годы (что связано с сильным удешевлением носителя и приводов). А до этого носителями цифровых данных являлись кассеты с магнитной лентой, но не обычные, а специально предназначенные для так называемых DAT-магнитофонов. Ничего примечательного – магнитофоны как магнитофоны, однако цена на них всегда была высокой, и такое удовольствие было не всем «по зубам». Эти магнитофоны использовались, в основном, в студиях звукозаписи. Преимущество таких магнитофонов было в том, что, не смотря на использование привычных носителей, данные на них хранились в цифровом виде и практически никаких потерь при чтении/записи на них не было (что очень важно при студийной обработке и хранении звука). Сегодня появилось большое количество различных носителей данных, кроме привычных всем компакт дисков. Носители совершенствуются и с каждым годом становятся более доступными и компактными. Это открывает большие возможности в области создания мобильных аудио проигрывателей. Уже сегодня продается огромное количество различных моделей переносных цифровых плееров. И, можно предположить, что это еще далеко не пик развития такого рода техники.
КДВИ «Гранит» предназначен для организации непрерывного документирования переговоров, радиолокационной, пеленгационной, плановой, метеорологической информации, пультовых операций, видеопотоков IP-видеокамер и экранов рабочих мест. Это позволяет обеспечить объективный контроль в АС ОрВД, на объектах гражданской авиации и других предприятиях.
Уникальной особенностью КДВИ «Гранит» является возможность синхронного воспроизведения всей информации, поступившей от выбранных источников, в совмещенном режиме на одном рабочем месте с привязкой к единой временной шкале. Выбор источника осуществляется по необходимым параметрам в зависимости от решаемых задач. Это дает возможность оператору оперативно найти и воспроизвести нужную информацию.
КДВИ «Гранит» обеспечивает:
- Запись информации различных типов:
- речевой по цифровым и аналоговым каналам связи
- речевой VoIP
- средств наблюдений (ПРЛ, ВРЛ, МПСН, АЗН)
- пеленгационной
- информации КСА УВД (плановая, метеорологическая, пультовые операции, журналы ПКС, КС и других событий, ТУК)
- информации от IP-камер видеонаблюдения
- изображения экранов рабочих мест
- 100% резервирование аппаратных средств с ведением параллельной записи на оба комплекта
- Хранение информации за контрольный период (не менее 30 суток) на внутренних и сменных накопителях
- Сборка и экспорт фрагментов за заданный период на внешние носители
- Экспорт данных в стандартные аудио- и видео форматы (WAW, AVI и др.)
Архитектура изделия обеспечивает возможность построения комплексов любого масштаба в зависимости от решаемых задач – от небольших (до 8 речевых каналов) до крупных проектов (1000 и более потоков данных различных типов).
Объективный контроль при УВД необходим для установления причин авиационных происшествий в зоне посадки и анализа принятых диспетчером решений. Такими документами являются запись информации, отображаемой на рабочем месте диспетчера, записи радиосвязи диспетчеров, громкоговорящей связи диспетчеров, а также оперативных телефонных разговоров.
Параметры, регистрируемые при объективном контроле:
деятельность диспетчера: время обнаружения сигнала; реакция диспетчера на возмущающие сигналы (задержки); время решения задачи; временные характеристики отдельных операций диспетчера (момент начала, длительность); число связей диспетчера с абонентами и команд, формируемых диспетчером;
объекты управления: число ВС, одновременно находящихся под управлением; время нахождения каждого ВС под управлением и в зонах ожидания; временные характеристики связей ВС и смежных диспетчеров с контролируемым диспетчером;
воздушная обстановка: характеристики решаемой задачи; метеорологическая обстановка; структура ВП; аварийные и конфликтные ситуации; ограничения, введенные в условиях воздушной обстановки.
Каналы радиосвязи диапазона ОВЧ диспетчерских пунктов УВД с воздушными судами.
Каналы радиосвязи диапазона ВЧ диспетчерских пунктов УВД, операторов с воздушными судами.
Каналы радиосвязи диапазонов ОВЧ, ВЧ и НЧ-СЧ метеовещания, в т.ч. ВОЛМЕТ и аэродромного обслуживания - АТИС.
Каналы связи взаимодействия диспетчерских пунктов УВД, метеонаблюдателей, авиационной метеорологической синоптической группы, руководителей полетов, старшего сменного инженера (сменного инженера) базы ЭРТОС, дежурного штурмана, оборудованных громкоговорящей и телефонной аппаратурой.
Каналы внутриаэропортовой радиосвязи диспетчеров службы движения и руководителя полетов с должностными лицами (руководителями работ) наземных служб, выполняющими работы на летной полосе и рулежных дорожках.
Другие каналы связи взаимодействия диспетчерских пунктов РЦ ЕС УВД с аэропортами, размещенными в зоне РЦ ЕС УВД, с соседними РЦ, с ВРЦ, диспетчерских пунктов УВД с КП ПВО, КП ВВС - записываются все каналы.
Каналы связи: руководителя полетов, проводящего разбор в службе движения; дежурного синоптика, дающего метеоконсультации экипажам.
1. Перечень каналов, подлежащих записи, может дополняться при наличии возможности.
2. При отсутствии возможности записи всех имеющихся каналов в первую очередь подлежат записи каналы авиационной воздушной связи, авиационной наземной связи и метеовещания.
3.9.1 Система регистрации диспетчерских переговоров «АВИАТОН»
Система регистрации диспетчерских переговоров «АВИАТОН» предназначена для документирования служебной: информации на предприятиях гражданской авиации.
Система регистрации диспетчерских переговоров «АВИАТОН», состоит из следующих компонентов:
Станция записи (СЗ);
Источник бесперебойного питания (ИБП);
Упрощённая схема изделия «АВИАТОН» приведена на рис.3.79.
ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СРДП «АВИАТОН»
количество каналов станции записи ………………………..15….64
Полоса пропускания, Гц…………………………………….300…3500
Разборчивость речи по словам, % …………………………….98
Динамический диапазон, дБ…………………………………….65
номинальная амплитуда входного аудиосигнала, В…………2,5
Тип сжатия аудиосигнала …………………………….ETSI GSM6.10
Внутренний архив оперативного доступа
емкостью 4,6 Гбайт……………………………….768 канало -часов
Устройство со сменными носителями…………стример DDS-3
Электропитание…………………..сеть 220 ± 10 % В, 50 ± 1% Гц
источник бесперебойного питания 700VA
Температура, градус С……………….. +5…+ 45
Станция записи – это самостоятельное устройство записи на основе ЭВМ, к которому подключены контролируемые линии связи. Запись переговоров ведётся параллельно на полностью идентичные основную и резервную станции. Соединённые параллельно основная и резервная станции образуют модуль записи. На жёстком диске станции записи находится архив оперативного доступа к записям, сделанным в течение 25 часов по каждому каналу. Станции записи имеют устройства записи на сменные носители - магнитооптический дисковод или накопитель на магнитной ленте (стример). В системе может устанавливаться до 256 станций записи.
Рис.3.79. Упрощённая структура системы регистрации «АВИАТОН»
Станция контроля — компьютер, соединенный по локальной вычислительной сети Ethernet со станциями записи и позволяющий контролировать работу всех станций записи. Предоставляет все сервисные функции работы со станциями записи. Максимальное количество станций контроля в системе - 256 шт. Функции станции контроля может выполнять любая станция записи.
Станция воспроизведения — независимое от системы устройство (компьютер), предназначенное для воспроизведения данных со сменных носителей, записанных на станциях записи СРДП "АВИАТОН". Программное обеспечение, установленное на ней, практически идентично программному обеспечению, установленному на станциях записи. Функции станции воспроизведения может выполнять любая станция записи, при условии использования не более 50% суточного рабочего времени станции записи. При этом запись информации на станции не прерывается. Станция воспроизведения может быть также совмещена со станцией контроля на отдельном компьютере.
Магнитофон «ГРАНИТ»
Магнитофон «ГРАНИТ» представляет собой многоканальную цифровую систему регистрации звуковых и радиолокационных сигналов и предназначен для записи и воспроизведения переговоров по каналам связи синхронно с радиолокационной информацией.
Аппаратура выпускается фирмой «Нита» в нескольких вариантах конструктивного исполнения.
Магнитофон «Гранит» имеет следующие характеристики:
Минимальное число каналов записи ……………………….15;
Возможность наращивания каналов ……………………по 15;
Максимальное число каналов записи…………………… 60;
Количество одновременно записываемых
(воспроизводимых) радиолокационных источников не менее 4 - х.
Накопитель информации .накопитель на магнитооптических дисках
или на магнитной ленте (стример);
Среднее время записи на один накопитель
при емкости накопителя 10 Гб… 1440 канал / час (60 каналов / сутки);
Регулировка уровня входного сигнала - ……………….60 ДБ;
Частотный диапазон - ………………………………..300 - 3400 Гц;
Обработка сигналов - …………………стандарт G711, АДИКМ G721;
Уровни доступа - полный, ограниченный, прослушивание, ограниченное прослушивание;
Количество одновременно прослушиваемых каналов - ………4;
Регулировка уровня воспроизведения - независимая, ………46 ДБ;
Питание - сеть 220 В 50 Гц , потребляемая мощность - ….менее 300 Вт;
Время работы от источника бесперебойного питания - ……30 мин;
Время наработки на отказ -……………………….. не менее 20000 часов;
Технический ресурс аппаратуры на протяжении 10 лет эксплуатации при одном гарантийном ремонте - не менее 80000 часов;
Среднее время восстановления при отказе - 30 мин;
Источниками звуковой информации для магнитофона «ГРАНИТ» могут являться сигналы, поступающие по двухпроводным симметричным физическим линиям от радиоканалов, линий громкоговорящей связи, телефонов, микрофонов и т. п. При этом должны соблюдаться следующие параметры сигналов: амплитуда от 20 мВ до 12 В, частота от 300 до 3400 Гц.
Источниками радиолокационной информации являются специальные устройства (сервера сопряжения с локатором), которые поставляются отдельно. С системами «НОРД», «Альфа» магнитофон «ГРАНИТ» сопрягается по ЛВС без применения дополнительного оборудования.
В состав одного полукомплекта магнитофона «Гранит» входят следующие устройства:
блок обработки сигналов;
архивный накопитель (внешний или встроенный в системный блок);
манипулятор типа «мышь»;
источник бесперебойного питания;
Структурная схема полукомплекта магнитофона «ГРАНИТ» изображена на рис.3.80.
Блок обработки сигналов (БОС) осуществляет преобразование входных аналоговых сигналов в цифровой код. С БОС информация поступает в системный блок.
Системный блок осуществляет обработку и сжатие информации, в том числе радиолокационных сигналов, и записывает ее на архивный накопитель, а также управляет процессами отображения информации на видеомониторе и ввода данных с клавиатуры.
Аудиосистема предназначена для воспроизведения записей и для прослушивания контрольного канала.
Источник бесперебойного питания обеспечивает работу магнитофона в случае временного пропадания питающего напряжения.
В качестве архивного накопителя информации в магнитофоне «Гранит» может использоваться накопитель на магнитооптических дисках или на магнитной ленте (стриммер).
В базовой комплектации система «Гранит» содержит два идентичных полукомплекта аппаратуры, которые связаны между собой по сети. Один из полукомплектов является основным и осуществляет запись текущей информации на внешний накопитель. Второй полукомплект находится в состоянии «горячего резерва» и, в случае выхода из строя основного полукомплекта, начинает запись на свой накопитель без потери информации.
В системе предусмотрена возможность дистанционного управления полукомплектами. Управление осуществляется с удаленного рабочего места инженера, представляющего собой ПЭВМ со специальным программным обеспечением, включенную в единую ЛВС с полукомплектами.
Место воспроизведения (рис.3.81) и рабочее место инженера поставляются отдельно.
Рис.3.80. Структурная схема полукомплекта магнитофона «Гранит»
1. Какие параметры регистрируются средствами объективного контроля?
2. Какие каналы связи подлежат записи на средствах объективного контроля?
Аппаратура цифровой магнитной звукозаписи, в соответствии с видом используемого носителя, делится на цифровые магнитофоны и устройства записи/воспроизведения на магнитный диск. За дисковыми устройствами закрепилось название рекордер.
К цифровым магнитофонам относятся магнитофоны с неподвижными магнитными потоками и с вращающимися головками. Магнитофоны первого типа в основном многоканальные и выпускаются по формату DASH (Digital Audio Stationary Head). Согласно этому формату, магнитофоны работают на ленте шириной 6,3 мм (число каналов от 2 до 16) или 12,7 (число каналов от 6 до 48). ИКМ осуществляется с параметрами n=16-20, ffl=48,44,1, 32 кГц. Упрощенная схема цифрового магнитофона (одного канала) приведена на рис.23.
Магнитофон состоит из лентопротяжного механизма с системами автоматического регулирования скорости и натяжения ленты, электрон-
Рис.23. Структурная схема цифрового магнитофона.
ЦИФ - цифровой интерфейс, ЦП— цифровой процессор, КК— канальный кодер,УЗ — усилитель записи, ГЗ — головка записи, У В —усилитель воспроизведения, ГВ - головка воспроизведения, КД - канальный декодер, ЦВх -цифровой вход, АВх — аналоговый вход, ЦВых — цифровой выход, АВых -■^налоговый выход.
ных блоков каналов записи и воспроизведения. Аналоговый входной сигнал поступает в ИКМ-кодер, выполняющий операции выборки, хранения и аналого-цифрового преобразования. Цифровые данные с вывода ИКМ-кодера поступают в цифровой процессор, в котором проводится помехоустойчивое кодирование и перемежение данных. Если необходимо записывать цифровой сигнал, то он сразу по цифровому входу через соответствующий интерфейс поступает в цифровой процессоp. Затем кодированный сигнал подвергается канальному кодированию для согласования спектра цифрового сигнала с параметрами каналa магнитной записи. После усилителя записи сигнал поступает в головку записи и записывается на движущуюся магнитную ленту. Воспро-13ВОДИМЫЙ сигнал усиливается в усилителе воспроизведения и декодируется в канальном декодере. В блоке буферной памяти компенсируйся временные искажения, вызванные нестабильностью движения ленты в цифровом процессоре осуществляется обнаружение и коррекция шибок. Затем сигнал через цифровой интерфейс поступает на цифровой выход, а через ИКМ-декодер - на аналоговый выход.
Основным источником ошибок в цифровом магнитофоне являются Падения сигнала из-за дефектов магнитной ленты. Помехозащитное кодирование и перемежение символов (т.е. разнесение их по ленте) 1ень эффективно устраняют ошибки. Даже если вырезать кусок ленты, "о не услышим дефекта.
Наибольшую популярность в радиовещании приобрели цифровые магнитофоны с вращающимися магнитными головками R-DAT (Rotary Digital Audio Tape). В этих магнитофонах применяются кассеты с лентой шириной 3,81 мм на длительность записи два часа при скорости ленты 8,15 мм/с. Параметры ИКМ - преобразования: частота дискретизации 48 кГц, число бит на отсчет 16. Запись цифрового сигнала ведется на наклонные строчки, есть также две продольные дорожки шириной 0,5 мм, на которые можно записывать временной код для синхронизации с другими магнитофонами или видеомагнитофонами.
При относительно невысокой стоимости магнитофоны R-DAT обеспечивают студийное качество и поэтому широко применяются для сведения фонограмм, мастеринга, для репортажных целей.
Цифровые магнитофоны с вращающимися головками из-за инерционности лентопротяжного механизма малопригодны для монтажа. Поскольку они не отличаются быстродействием при пуске, то для выпуска программы в эфир их редко используют.
Запись звука на магнитные диски широко применяется в радиовещании. Такие устройства называются HD-рекордерами [28]. Для записи минуты стереозвука требуется примерно 10 Мбайт пространства диска. Запись на магнитный диск имеет свои особенности.
Цифровая запись звука на магнитный диск - это шаг вперед по сравнению с аналоговой и цифровой записью на магнитную ленту. Данный способ записи, сохраняя все достоинства магнитной записи - возможность магнитного стирания, долговечность, высокое качество - имеет многие преимущества. Это простота монтажа, быстрый доступ к любому фрагменту фонограммы, воспроизведение с переменной скоростью, раздельный монтаж по двум дорожкам, сохранение исходного материала при монтаже, удаление помех и щелчков, выравнивание уровней отдельных фрагментов, уменьшение или увеличение длительности фонограммы, визуальный контроль всех процессов записи, преобразований и HD-рекордер VS880EX фирмы Roland монтажа по экрану монитора,
экономия времени и существенное повышение производительности работы, большие возможности при автоматизации вещания.
Цифровой магнитофон позволяет делать десятки копий фонограмм без ухудшения качества, но в конце концов последовательное применение системы коррекции ошибок ухудшает качество до неприемлемого уровня. Запись на магнитный диск существенно надежнее. Связано это с тем, что при предварительной подготовке диска (форматировании), все его дефектные участки становятся недоступными, т.е. в рабочем режиме используются только участки без дефектов. Поэтому достаточно применять более простые методы коррекции ошибок с меньшими затратами памяти.
Так же, как и цифровых магнитофонах, в HD-рекордерах для увеличения времени записи используется технология сжатия цифрового потока. В основном применяются методы сжатия, основанные на сокращении избыточности и сокращении нерелевантности исходного звукового сигнала. Избыточность звукового сигнала означает следующее. В процессе аналого-цифрового преобразования не все отсчеты имеют одинаковую вероятность - среди них есть часто встречаемые и редко. Если часто встречаемым отсчетам присваивать более короткие слова, то при этом информация не теряется, но суммарный цифровой поток сокращается.
Большего сокращения цифрового потока можно достичь, если учитывать физиологические свойства человеческого слуха. В частности, субъективное ощущение разности уровней зависит от частоты и от абсолютных значений этих уровней. Поэтому в так называемом методе перцептуального кодирования присвоение определенного числа бит каждому отсчету осуществляется с учетом разрешающей способности слуха. Разность между объемом информации, фактически воспринимаемым слухом, и объемом данных, получаемых при ИКМ, называется нерелевантностью восприятия.
Существующие системы сжатия могут обеспечивать существенное Сокращение цифрового потока, например в 5 и более раз. Используя запись со сжатием, необходимо иметь в виду следующее. То, что любое Сжатие ухудшает в какой-то степени звук - это аксиома. Однако во многих случаях применение сжатия вполне допустимо. Даже при большом коэффициенте сжатия в случае однократной записи все изменения звукового сигнала будут ниже порога слышимости. Однако при многократной перезаписи фонограмм (например, при монтаже) могут возникнуть Значительные искажения.
HD-рекордеры аппаратно и программно реализуются различными способами. Самый простой вариант - это обычный персональный компьютер, снабженный платой ввода/вывода и соответствующим программным обеспечением. Обработка звука производится программными средствами, и как результат - медленная работа. Качество звука также невысокое из-за недостаточного качества плат ввода/вывода. Однако нередко такая система применима, особенно если учесть низкую стоимость.
Быстродействие HD-рекордера на базе персонального компьютера значительно повышается, если использовать специализированные процессорные платы и программное обеспечение. Это так называемые рабочие станции. В этом случае, кроме быстродействия, обеспечивается и высокое качество звука. Тем не менее, у HD-рекордера на базе персонального компьютера есть принципиальный недостаток, заключающийся в возможности конфликта специализированных аппаратных и программных обеспечений с самим компьютером. Универсальность компьютера может стать фактором неустойчивости.
Самым лучшим решением HD-рекордера считается специализирован ное устройство для записи звука на жесткий магнитный диск. Внешне такой аппарат во многом похож на цифровой магнитофон - те же функциональные кнопки и ручки. Но по существу это тот же компьютер, только не универсальный, а специализированный, предназначенный для многоканальной (обычно 8 каналов) звукозаписи и монтажа. Отсюда и значительно более высокая надежность работы при меньшей стоимости.
В таблице 2 для представления о качественном уровне аппаратуры цифровой магнитной звукозаписи приведены значения ее основных параметров.
Параметры аппаратуры цифровой магнитной звукозаписи. Таблица2
ПАК «Консультант» предназначен для решения задач информационно-справочного обеспечения авиационного персонала и возможностей создания единых электронных библиотек, обеспечивающих интеграцию существующих информационных баз, а также создания корпоративных и персональных справочников.
Комплекс "Консультант" является универсальным и может использоваться во всех сферах деятельности и отраслях экономики.
В состав ПАК "Консультант" входят:
- серверы, решающие задачи ввода, корректировки и хранения баз данных, диагностики и управления комплексом
- рабочие места отображения справочной информации с возможностью редактирования данных в разрешенных разделах справочной базы
- терминалы отображения информации
оборудование ввода-вывода (принтер, сканер)
ПАК "Консультант" имеет средства технического контроля, диагностики и управления, обеспечивающие централизованное управление комплексом и оперативный мониторинг всех его структурных элементов.
Основные технические характеристики
1. Источники информации: сеть АНС ПД и ТС, метеосервер, КРАМС, АС ПВД / АНС ЗЦ
2. Индивидуальное оборудование: АРМы на базе РС
3. Характеристики ЛВС: Ethernet 10/100 Mbit/s (100%-резерв)
4. Операционные среды: Windows NT и выше, LinuxRedHat 7.0 и выше, МСВС 3.0 и выше
5. Количество АРМ: не ограничено
6. Возможности ввода и обработки
7. Средства отображения: мониторы ЖКИ 15", 24", цифровые табло
8. Средства вывода информации: каналы сети АНС ПД и ТС, принтеры А4, А3, внешние накопители, внешние ЛВС
9. Возможности взаимодействия: ЦКС, КСА УВД, информационные комплексы и системы путем организации буферного обмена или сопряжения по Ethernet, RS-232, 422, 485.
Комплекс выполняет следующие основные функции:
•составление расписания движения (плана полетов) на заданную дату в определенном аэропорту, зоне УВД (районе, секторе) и т. д.
•предварительное планирование движения ВС на основе действующего расписания и предварительных планов полетов (заявок)
•суточное планирование полетов
•создание и обработку предварительных и повторяющихся планов полетов
•создание выходных форм из плана полетов (выписки) в необходимом объеме
•расчет ожидаемой интенсивности полетов в аэропорту, зоне УВД (районе, секторе) или конкретной точке ВТ
•расчет времени входа ВС в зону управления или пролета заданной точки
•расчет плановой траектории полета ВС по всему маршруту - от взлета до посадки
•выделение рейсов, на которые нет подтверждающей информации на выполнение полета
•предоставление расчетов за обслуживание ВС, составление реестров и выставление счетов
Комплекс средств автоматизации планирования использования воздушного пространства
КСА ПИВП предназначен для обеспечения автоматизированного выполнения функций планирования прибывающих и вылетающих на/с аэродром(а) воздушных судов, автоматизации технологических функций планирования (процессов брифинга аэропорта), а также осуществления автоматизированного взаимодействия с органами ЕС ОрВД, аэродромной (аэроузловой, аэродромно-районной) АС УВД аэродрома базирования и аэродромными автоматизированными средствами и системами управления технологическими процессами.
КСА ПИВП обеспечивает возможность взаимодействия на основе использования сетей связи и передачи данных со следующими объектами:
с использованием сети АНС ПД и ТС со всеми объектами, с которыми предусмотрен обмен телеграммами в соответствии с ТС ГА-95;
по протоколам передачи данных TCP/IP, Х.25 (FrameRelay) при наличии соответствующего дополнительного оборудования:
с КСА ПИВП своего зонального (создаваемого укрупненного) центра ЕС ОрВД;
c аэродромной (аэроузловой, аэродромно-районной) АС УВД, КСА УВД и ПВД аэродрома базирования; со службами планирования авиакомпаний;
c аэродромными автоматизированными средствами и системами управления технологическими процессами.
При необходимости обеспечивается защита информации от несанкционированного доступа по классу 1Г с применением дополнительных встраиваемых сертифицированных средств защиты .
В качестве основных каналов передачи данных должны применяться выделенные цифровые каналы или виртуальные каналы связи IP VPN (MPLS), организованные в сети IP VPN (MPLS).
В качестве дополнительных каналов передачи данных, обеспечивающих доступ к отдельным категориям данных, а также в качестве временного резерва в случае отказа основных каналов, могут использоваться каналы, организованные через сеть Интернет.
Основные технические характеристики
1. Количество каналов записи: 16, 32, 64, 128
2. Количество записываемых радиолокационных источников: до 16
3. Время переключения на резерв: без переключения
4. Основной накопитель информации: НЖМД от 750 Гб
5. Амплитуда звукового сигнала: от 20 мВ до 12 В
6. Частотный диапазон: 300-3400 Гц
7. Методы сжатия речевого сигнала: PCM (G.711, 64 Кбит/с), ADPCM (G.721, 32 Кбит/с), GSM 6.10
8. Количество каналов одновременного воспроизведения: 4 речевых и каналы РЛИ
9. Параметры электропитания: 220 В 50 Гц
10. Источники речевой информации: двухпроводные симметричные физические линии от радиоканалов, линий телефонной связи - цифровые СКРС, АТС
11. Источники радиолокационной информации: последовательные выходы экстракторов радиолокаторов или АС (КСА) УВД
Магнитофон «Гранит»
Магнитофон «Гранит» предназначен для организации непрерывного документирования переговоров, системной и технологической информации и данных по цифровым и аналоговым линиям с целью обеспечения объективного контроля АС УВД и других служб и объектов.
- аппаратура записи со 100%-ным резервом
- пульт дистанционной сигнализации или АРМ ТУК (опция)
- комплект ЗИП. Основные функциональные возможности:
- запись, хранение и воспроизведение информации за контрольный период (не менее 14 суток) как на сменные носители, так и на внутренний накопитель
- неограниченный срок хранения данных на сменных носителях без потери информации
- идентификация пользователя, обеспечивающая защиту от несанкционированного вмешательства в работу системы
- автоматическое ведение журнала работы, фиксирующего изменение режимов
- 100%-ное резервирование аппаратных средств и записанной информации
- высокая надежность, обусловленная небольшим количеством механических устройств
- защита информации от несанкционированного доступа .
Основные технические характеристики
1. Характеристики ЛВС: Ethernet 10/100 Mbit/s (опция 100%-резерв)
2. Операционные среды:
Windows NT/2000/XP и выше LinuxRedHat 7.0 и выше МСВС 3.0 и выше 3. Аппаратные требования:
материнская плата на основе процессора: не менее 500 МГц емкость оперативной памяти: не менее 256 Мб емкость накопителя на жестком магнитном диске (НЖМД): не менее 10 Гб
устройства ввода: CD ROM/CD RW/FD 1,44 4. Форматы отображения:
HTML, PDF, TXT, WMF, BMP, JPG, GIF собственный формат табличных данных собственный формат векторных карт 5.Средства вывода информации: принтер А4 (опция А3)
автономные накопители внешние ЛВС 6.Возможности взаимодействия:
информационные комплексы и системы путем организации буферного обмена или прямого сопряжения по Ethernet или RS- 232, 485 7.Антивирусная защита: возможность установки
лицензированных средств защиты (приобретаются Заказчиком)
ПАК «Консультант» обладает следующими функциональными возможностями :
- Ввод, редактирование и хранение информации в электронном виде
- Создание электронной библиотеки, справочника любой структуры
- Сопряжение с информационными комплексами и системами
- Ранжирование информации по заданным критериям (срочность, конфиденциальность, доступность и т. п.), а также задания приоритетов оповещения на каждом рабочем месте
- Автоматизированный и автоматический ввод информации от внешних источников (накопителей)
- Автоматическая синхронизация информации на рабочих местах
- Автоматическая сигнализация об обновлении информации
- Встроенные средства технического управления и контроля
- Архивирование данных на внутренний и съемный накопитель большой емкости
- Высокая надежность резервирования и сохранения информации
- Модифицируемость, масштабируемость и адаптация под условия -
- Заказчика и последующих изменениях специалистами эксплуатации
- Организация удаленных рабочих мест
- Администрирование доступа к информации как на каждом рабочем месте, так и персонально
- Защита конфиденциальной и служебной информации
2. Преобразование звука из цифрового вида в аналоговый
Как после оцифровки прослушивать звук? То есть, как преобразовывать его обратно из цифрового вида в аналоговый?
Для преобразования дискретизованного сигнала в аналоговый вид, пригодный для обработки аналоговыми устройствами (усилителями и фильтрами) и последующего воспроизведения через акустические системы, служит цифроаналоговый преобразователь (ЦАП). Процесс преобразования представляет собой обратный процесс дискретизации: имея информацию о величине отсчетов (амплитуды сигнала) и беря определенное количество отсчетов в единицу времени, путем интерполирования происходит восстановление исходного сигнала (рис. 4).
Еще совсем недавно воспроизведение звука в домашних компьютерах было проблемой, так как компьютеры не оснащались специальными ЦАП. Сначала в качестве простейшего звукового устройства в компьютере использовался встроенный динамик (PC speaker). Вообще говоря, этот динамик до сих пор имеется почти во всех PC, но никто уже не помнит как его «раскачать», чтобы он заиграл. Если вкратце, то этот динамик присоединен к порту на материнской плате, у которого есть два положения – 1 и 0. Так вот, если этот порт быстро-быстро включать и выключать, то из динамика можно извлечь более-менее правдоподобные звуки. Воспроизведение различных частот достигается за счет того, что диффузор динамика обладает конечной реакцией и не способен мгновенно перескакивать с места на место, таким образом он «плавно раскачивается» вследствие скачкообразного изменения напряжения на нем. И если колебать его с разной скоростью, то можно получить колебания воздуха на разных частотах. Естественной альтернативой динамику стал так называемый Covox – это простейший ЦАП, выполненный на нескольких подобранных сопротивлениях (или готовой микросхеме), которые обеспечивают перевод цифрового представления сигнала в аналоговый – то есть в реальные значения амплитуды. Covox прост в изготовлении и поэтому он пользовался успехом у любителей вплоть до того времени, когда звуковая карта стала доступной всем.
В современном компьютере звук воспроизводится и записывается с помощью звуковой карты, подключаемой либо встроенной в материнскую плату компьютера. Задача звуковой карты в компьютере – ввод и вывод аудио. Практически это означает, что звуковая карта является тем преобразователем, который переводит аналоговый звук в цифровой и обратно. Если описывать упрощенно, то работа звуковой карты может быть пояснена следующим образом. Предположим, что на вход звуковой карты подан аналоговый сигнал и карта включена (программно) в режимРис. Сначала входной аналоговый сигнал попадает в аналоговый микшер, который занимается смешением сигналов и регулировкой громкости и баланса. Микшер необходим, в частности, для предоставления возможности пользователю управлять уровнямиРис. Затем отрегулированный и сбалансированный сигнал попадает в аналогово-цифровой преобразователь, где сигнал дискретизуется и квантуется, в результате чего в компьютер по шине данных направляется битпоток, который и представляет собой оцифрованный аудио сигнал. Вывод аудио информации почти аналогичен вводу, только происходит в обратную сторону. Поток данных, направленный в звуковую карту, преодолевает цифро-аналоговый преобразователь, который образует из чисел, описывающих амплитуду сигнала, электрический сигнал; полученный аналоговый сигнал может быть пропущен через любые аналоговые тракты для дальнейших преобразований, в том числе и для воспроизведения. Надо отметить, что если звуковая карта оборудована интерфейсом для обмена цифровыми данными, то при работе с цифровым аудио никакие аналоговые блоки карты не задействуются .
Комплекс средств автоматизации планирования воздушного движения (КСА ПВД) "Планета"
КСА ПВД «Планета» решает задачи предварительного, суточного и текущего планирования полетов, обеспечивает плановой и аэронавигационной информацией органы ЕС ОрВД, взаимодействующие автоматизированные системы УВД и ПВД.
Обеспечивается защита информации от несанкционированного доступа по классу 1Г.
Интеграция комплекса "Планета" с оборудованием информационно-справочных систем аэропорта позволяет обеспечить надежное и оперативное доведение информации до специалистов всех служб аэропорта и пассажиров, гарантирует идентичность информации на электронных табло.
Комплекс выполняет следующие основные функции :
- Прием от КСА ПИВП ЗЦ/УЦ суточного и текущего планов полетов (разрешений на ИВП) по аэродрому и корректировок к нему.
- Прием/ввод, обработка, хранение и ведение планов регулярных (по расписанию) полетов ВС, поступающих от эксплуатантов (проектов РПЛ) и от КСА ПИВП ЗЦ/УЦ.
- Прием от КСА ПИВП ЗЦ/УЦ/ввод с АРМ, обработка, хранение и ведение аэронавигационной и справочной информации, необходимых для решения задач планирования потоков прибывающих и вылетающих воздушных судов.
- Реализация технологических функций планирования ИВП (процессов брифинга аэропорта).
- Создание и ведение архива принятых и переданных телеграмм с обеспечением автоматического поиска необходимых телеграмм в архиве на заданную дату или в диапазоне дат по различным критериям.
- Настройка параметров системы для привязки к месту установки и оперативная настройка в процессе работы.
- Передача/прием элементов плановой информации, в том числе, информации о ходе выполнения плана прилета/вылета аэропорта, в/от аэродромную (аэроузловую, аэродромно-районную) АС УВД аэродрома базирования, а также в/от аэродромные автоматизированные средства управления технологическими процессами.
Читайте также: