Синтез и распознавание речи. Современные решения. Звуковое оборудование компьютера. Преобразование звука в поток чисел. Динамическая компрессия Основные параметры компрессоров

© 2014 сайт

Или фотографическая широта фотоматериала – это отношение между максимальным и минимальным значениями экспозиции , которые могут быть корректно запечатлены на снимке. Применительно к цифровой фотографии, динамический диапазон фактически эквивалентен отношению максимального и минимального возможных значений полезного электрического сигнала, генерируемого фотосенсором в ходе экспонирования.

Динамический диапазон измеряется в ступенях экспозиции (). Каждая ступень соответствует удвоению количества света. Так, например, если некая камера имеет динамический диапазон в 8 EV, то это означает, что максимальное возможное значение полезного сигнала её матрицы относится к минимальному как 2 8:1, а значит, камера способна запечатлеть в пределах одного кадра объекты, отличающиеся по яркости не более чем в 256 раз. Точнее, запечатлеть-то она может объекты с любой яркостью, однако объекты, чья яркость будет превышать максимальное допустимое значение выйдут на снимке ослепительно белыми, а объекты, чья яркость окажется ниже минимального значения, – угольно чёрными. Детали и фактура будут различимы лишь на тех объектах, яркость которых укладывается в динамический диапазон камеры.

Для описания отношения между яркостью самого светлого и самого тёмного из снимаемых объектов часто используется не вполне корректный термин «динамический диапазон сцены». Правильнее будет говорить о диапазоне яркости или об уровне контраста, поскольку динамический диапазон – это обычно характеристика измеряющего устройства (в данном случае, матрицы цифрового фотоаппарата).

К сожалению, диапазон яркости многих красивых сцен, с которыми мы сталкиваемся в реальной жизни, может ощутимо превышать динамический диапазон цифровой фотокамеры. В таких случаях фотограф бывает вынужден решать, какие объекты должны быть проработаны во всех деталях, а какие можно оставить за пределами динамического диапазона без ущерба для творческого замысла. Для того чтобы максимально эффективно использовать динамический диапазон вашей камеры, от вас порой может потребоваться не столько доскональное понимание принципа работы фотосенсора, сколько развитое художественное чутьё.

Факторы, ограничивающие динамический диапазон

Нижняя граница динамического диапазона задана уровнем собственного шума фотосенсора. Даже неосвещённая матрица генерирует фоновый электрический сигнал, называемый темновым шумом. Также помехи возникают при переносе заряда в аналого-цифровой преобразователь, да и сам АЦП вносит в оцифровываемый сигнал определённую погрешность – т.н. шум дискретизации.

Если сделать снимок в полной темноте или с крышкой на объективе, то камера запишет только этот бессмысленный шум. Если позволить минимальному количеству света попасть на сенсор, фотодиоды начнут накапливать электрический заряд. Величина заряда, а значит, и интенсивность полезного сигнала, будет пропорциональна числу пойманных фотонов. Чтобы на снимке проступили хоть сколько-нибудь осмысленные детали, необходимо, чтобы уровень полезного сигнала превысил уровень фонового шума.

Таким образом, нижнюю границу динамического диапазона или, иначе говоря, порог чувствительности сенсора формально можно определить как уровень выходного сигнала, при котором отношение сигнал/шум больше единицы.

Верхняя граница динамического диапазона определяется ёмкостью отдельного фотодиода. Если во время экспозиции какой-либо фотодиод накопит электрический заряд предельной для себя величины, то соответствующий перегруженному фотодиоду пиксель изображения получится абсолютно белым, и дальнейшее облучение уже никак не повлияет на его яркость. Это явление называют клиппингом. Чем выше перегрузочная способность фотодиода, тем больший сигнал способен он дать на выходе, прежде чем достигнет насыщения.

Для большей наглядности обратимся к характеристической кривой, которая представляет собой график зависимости выходного сигнала от экспозиции. На горизонтальной оси отложен двоичный логарифм облучения, получаемого сенсором, а на вертикальной – двоичный логарифм величины электрического сигнала, генерируемого сенсором в ответ на это облучение. Мой рисунок в значительной степени условен и преследует исключительно иллюстративные цели. Характеристическая кривая настоящего фотосенсора имеет несколько более сложную форму, да и уровень шума редко бывает столь высок.

На графике хорошо видны две критические переломные точки: в первой из них уровень полезного сигнала пересекает шумовой порог, а во второй – фотодиоды достигают насыщения. Значения экспозиции, лежащие между этими двумя точками, и составляют динамический диапазон. В данном абстрактном примере он равен, как несложно заметить, 5 EV, т.е. камера способна переварить пять удвоений экспозиции, что равнозначно 32-кратной (2 5 =32) разнице в яркости.

Зоны экспозиции, составляющие динамический диапазон неравноценны. Верхние зоны отличаются более высоким отношением сигнал/шум, и потому выглядят чище и детальнее, чем нижние. Вследствие этого верхняя граница динамического диапазона весьма вещественна и ощутима – клиппинг обрубает света при малейшей передержке, в то время как нижняя граница неприметным образом тонет в шумах, и переход к чёрному цвету далеко не так резок, как к белому.

Линейная зависимость сигнала от экспозиции, а также резкий выход на плато являются уникальными чертами именно цифрового фотографического процесса. Для сравнения взгляните на условную характеристическую кривую традиционной фотоплёнки.

Форма кривой и особенно угол наклона сильно зависят от типа плёнки и от процедуры её проявления, но неизменным остаётся главное, бросающееся в глаза отличие плёночного графика от цифрового – нелинейный характер зависимости оптической плотности плёнки от величины экспозиции.

Нижняя граница фотографической широты негативной плёнки определяется плотностью вуали, а верхняя – максимальной достижимой оптической плотностью фотослоя; у обращаемых плёнок – наоборот. Как в тенях, так и в светах наблюдаются плавные изгибы характеристической кривой, указывающие на падение контраста при приближении к границам динамического диапазона, ведь угол наклона кривой пропорционален контрастности изображения. Таким образом, зоны экспозиции, лежащие на средней части графика, обладают максимальным контрастом, в то время как в светах и тенях контраст снижен. На практике разница между плёнкой и цифровой матрицей особенно хорошо заметна в светах: там, где в цифровом изображении света выжжены клиппингом, на плёнке детали всё ещё различимы, хоть и малоконтрастны, а переход к чисто белому цвету выглядит плавным и естественным.

В сенситометрии используются даже два самостоятельных термина: собственно фотографическая широта , ограниченная сравнительно линейным участком характеристической кривой, и полезная фотографическая широта , включающая помимо линейного участка также основание и плечо графика.

Примечательно, что при обработке цифровых фотографий, к ним, как правило, применяется более или менее выраженная S-образная кривая , повышающая контраст в полутонах ценой его снижения в тенях и светах, что придаёт цифровому изображению более естественный и приятный глазу вид.

Разрядность

В отличие от матрицы цифрового фотоаппарата человеческому зрению свойственен, скажем так, логарифмический взгляд на мир. Последовательные удвоения количества света воспринимаются нами как равные изменения яркости. Световые числа можно даже сравнить с музыкальными октавами, ведь двукратные изменения частоты звука воспринимаются на слух как единый музыкальный интервал. По такому принципу работают и другие органы чувств. Нелинейность восприятия очень сильно расширяет диапазон чувствительности человека к раздражителям различной интенсивности.

При конвертировании RAW-файла (не важно – средствами камеры или в RAW-конвертере), содержащего линейные данные, к нему автоматически применяется т.н. гамма-кривая, которая призвана нелинейно повысить яркость цифрового изображения, приводя её в соответствие с особенностями человеческого зрения.

При линейной конверсии изображение получается слишком тёмным.

После гамма-коррекции яркость приходит в норму.

Гамма-кривая как бы растягивает тёмные тона и сжимает светлые, делая распределение градаций более равномерным. В результате изображение приобретает естественный вид, но шум и артефакты дискретизации в тенях неизбежно становятся более заметными, что только усугубляется малым числом уровней яркости в нижних зонах.

Линейное распределение градаций яркости.

Равномерное распределение после применения гамма-кривой.

ISO и динамический диапазон

Несмотря на то, что в цифровой фотографии используется та же концепция светочувствительности фотоматериала, что и в фотографии плёночной, следует понимать, что происходит это исключительно в силу традиции, поскольку подходы к изменению светочувствительности в цифровой и плёночной фотографии различаются принципиально.

Повышение чувствительности ISO в традиционной фотографии означает замену одной плёнки на другую с более крупным зерном, т.е. происходит объективное изменение свойств самого фотоматериала. В цифровой камере светочувствительность сенсора жёстко задана его физическими характеристиками и не может быть изменена в буквальном смысле. При повышении ISO камера изменяет не реальную чувствительность сенсора, а всего лишь усиливает электрический сигнал, генерируемого сенсором в ответ на облучение и соответствующим образом корректирует алгоритм оцифровки этого сигнала.

Важным следствием этого является снижение эффективного динамического диапазона пропорционально повышению ISO, ведь вместе с полезным сигналом усиливается и шум. Если при ISO 100 оцифровывается весь диапазон значений сигнала – от нуля и до точки насыщения, то при ISO 200 уже только половина ёмкости фотодиодов принимается за максимум. С каждым удвоением чувствительности ISO верхняя ступень динамического диапазона как бы отсекается, а оставшиеся ступени, подтягиваются на её место. Именно поэтому использование сверхвысоких значений ISO лишено практического смысла. С тем же успехом можно осветлить фотографию в RAW-конвертере и получить сопоставимый уровень шумов. Разница между повышением ISO и искусственным осветлением снимка заключается в том, что при повышении ISO усиление сигнала происходит до поступления его в АЦП, а значит, шум квантования не усиливается, в отличие от собственных шумов сенсора, в то время как в RAW-конвертере усилению подлежат в том числе и ошибки АЦП. Кроме того, уменьшение диапазона оцифровки означает более точную дискретизацию оставшихся значений входного сигнала.

Кстати, доступное на некоторых аппаратах понижение ISO ниже базового значения (например, до ISO 50), отнюдь не расширяет динамический диапазон, а просто ослабляет сигнал вдвое, что равноценно затемнению снимка в RAW-конвертере. Эту функцию можно даже рассматривать как вредную, поскольку использование субминимального значения ISO, провоцирует камеру на увеличение экспозиции, что при оставшемся неизменным пороге насыщения сенсора повышает риск получить клиппинг в светах.

Истинная величина динамического диапазона

Существует ряд программ вроде (DxO Analyzer, Imatest, RawDigger и пр.) позволяющих измерить динамический диапазон цифрового фотоаппарата в домашних условиях. В принципе, в этом нет большой необходимости, поскольку данные для большинства камер можно свободно найти в интернете, например, на сайте DxOMark.com .

Стоит ли верить результатам подобных испытаний? Вполне . С той лишь оговоркой, что все эти тесты определяют эффективный или, если можно так выразиться, технический динамический диапазон, т.е. отношение между уровнем насыщения и уровнем шума матрицы. Для фотографа же в первую очередь важен полезный динамический диапазон, т.е. количество зон экспозиции, которые действительно позволяют запечатлеть какую-то полезную информацию.

Как вы помните, порог динамического диапазона задан уровнем шумов фотосенсора. Проблема в том, что на практике нижние зоны, формально уже входящие в динамический диапазон, содержат всё ещё слишком много шума, чтобы их можно было с толком использовать. Здесь многое зависит от индивидуальной брезгливости – приемлемый уровень шума каждый определяет для себя сам.

Моё субъективное мнение таково, что детали в тенях начинают выглядеть более-менее прилично при отношении сигнал/шум не меньше восьми. На этом основании я определяю для себя полезный динамический диапазон, как технический динамический диапазон минус примерно три ступени.

К примеру, если зеркальная камера согласно результатам достоверных тестов обладает динамическим диапазоном в 13 EV, что очень неплохо по сегодняшним меркам, то её полезный динамический диапазон будет составлять около 10 EV, что, в общем-то, тоже весьма недурно. Разумеется, речь идёт о съёмке в RAW, с минимальным ISO и максимальной разрядностью. При съёмке в JPEG динамический диапазон сильно зависит от настроек контраста, но в среднем следует отбросить ещё две-три ступени.

Для сравнения: цветные обращаемые фотоплёнки обладают полезной фотографической широтой в 5-6 ступеней; чёрно-белые негативные плёнки дают 9-10 ступеней при стандартных процедурах проявления и печати, а при определённых манипуляциях – вплоть до 16-18 ступеней.

Подытоживая вышесказанное, попробуем сформулировать несколько простых правил, соблюдение которых поможет вам выжать из сенсора вашей камеры максимум производительности:

• Динамический диапазон цифрового фотоаппарата в полной мере доступен только при съёмке в RAW.
• Динамический диапазон уменьшается с ростом светочувствительности, а потому избегайте высоких значений ISO, если в них нет острой необходимости.
• Использование более высокой разрядности для RAW-файлов не увеличивает истинный динамический диапазон, но улучшает тональное разделение в тенях за счёт большего количества уровней яркости.
• Exposure to the right . Верхние зоны экспозиции всегда содержат максимум полезной информации при минимуме шумов и должны использоваться наиболее эффективно. При этом не стоит забывать и об опасности клиппинга – пиксели, достигшие насыщения, абсолютно бесполезны.

И главное: не стоит излишне переживать по поводу динамического диапазона вашей камеры. С динамическим диапазоном у неё всё в порядке. Ваше умение видеть свет и грамотно управлять экспозицией – намного важнее. Хороший фотограф не станет жаловаться на недостаток фотографической широты, а постарается дождаться более комфортного освещения, или изменит ракурс, или воспользуется вспышкой, словом, будет действовать в соответствии с обстоятельствами. Я вам скажу больше: некоторые сцены только выигрывают из-за того, что не укладываются в динамический диапазон камеры. Часто ненужное обилие деталей просто необходимо спрятать в полуабстрактный чёрный силуэт, делающий фотографию одновременно лаконичнее и богаче.

Высокий контраст это не всегда плохо – нужно лишь уметь с ним работать. Научитесь эксплуатировать недостатки оборудования так же, как и его достоинства, и вы удивитесь, насколько расширятся ваши творческие возможности.

Спасибо за внимание!

Василий А.

Post scriptum

Если статья оказалась для вас полезной и познавательной, вы можете любезно поддержать проект , внеся вклад в его развитие. Если же статья вам не понравилась, но у вас есть мысли о том, как сделать её лучше, ваша критика будет принята с не меньшей благодарностью.

Не забывайте о том, что данная статья является объектом авторского права. Перепечатка и цитирование допустимы при наличии действующей ссылки на первоисточник, причём используемый текст не должен ни коим образом искажаться или модифицироваться.

Люди, увлеченные домашним звуком, демонстрируют интересный парадокс. Они готовы перелопатить комнату прослушивания, соорудить колонки с экзотическими излучателями, но смущенно отступают перед музыкальной консервой, будто волк перед красным флажком. А собственно, почему нельзя за флажок заступить, а из консервы попытаться приготовить что-то более съедобное?

Периодически на форуме возникают жалобные вопросы: «Посоветуйте хорошо записанные альбомы». Оно и понятно. Специальные аудиофильские издания хоть и порадуют слух первую минуту, но до конца их никто не слушает, уж больно уныл репертуар. Что же касается всей остальной фонотеки, то проблема, кажется, очевидна. Можно экономить, а можно не экономить и вбухать прорву денег в компоненты. Все равно мало кому нравится слушать свою любимую музыку на высокой громкости и возможности усилителя здесь ни при чем.

Сегодня даже в Hi-Res альбомах срезаны пики фонограммы и громкость загнана в клиппинг. Считается, что большинство слушает музыку на всяком барахле, а потому надо «поддать газку», сделать своего рода тонкомпенсацию.

Разумеется, делается это не специально, чтобы расстроить аудиофилов. О них вообще мало кто вспоминает. Вот разве что догадались сбагривать им мастер-файлы, с которых копируется основной тираж - компакт-диски, MP3 и прочее. Разумеется, мастер уже давно сплющен компрессором, никто сознательно не будет готовить специальные версии для HD Tracks. Разве что выполняется определенная процедура для винилового носителя, который по этой причине и звучит более гуманно. А для цифрового пути все заканчивается одинаково - большим толстым компрессором.

Итак, в настоящее время все 100% издаваемых фонограмм, за вычетом классической музыки, подвергаются компрессии при мастеринге. Кто-то выполняет эту процедуру более-менее умело, а кто-то совсем по-дурацки. В результате мы имеем пилигримов на форумах с линейкой плагина DR за пазухой, мучительные сравнения изданий, бегство в винил, где тоже нужно майнить первопресссы.

Самые отмороженные при виде всех этих безобразий превратились буквально в аудиосатанистов. Без шуток, они читают звукорежиссерское святое писание задом наперед! Современные программы редактирования звука имеют кое-какой инструмент восстановления звуковой волны, подвергшейся клиппингу.

Изначально этот функционал предназначался для студий. При микшировании бывают ситуации, когда клиппинг попал на запись, а переделать сессию по ряду причин уже невозможно, и здесь приходит на помощь арсенал аудиоредактора - деклиппер, декомпрессор и т.п.

И вот уже к подобному софту все смелее тянут ручки обычные слушатели, у которых идет кровь из ушей после очередной новинки. Кто-то предпочитает iZotope, кто-то Adobe Audition, кто-то операции разделяет между несколькими программами. Смысл восстановления прежней динамики заключается в программном исправлении клиппированных пиков сигнала, которые, упираясь в 0 дБ, напоминают шестеренку.

Да, о 100%-м возрождении исходника речи не идет, поскольку имеют место процессы интерполяции по довольно умозрительным алгоритмам. Но все-таки некоторые результаты обработки мне показались интересными и достойными изучения.

Например, альбом Ланы Дель Рей «Lust For Life», стабильно погано матерящейся, тьфу, мастерящейся! В оригинале песни «When the World Was at War We Kept Dancing» было вот так.

А после череды деклипперов и декомпрессоров стало вот так. Коэффициент DR изменился с 5 на 9. Скачать и послушать образец до и после обработки можно .

Не могу сказать, что метод универсальный и годится для всех угробленных альбомов, но в данном случае я предпочел сохранить в коллекции именно этот вариант, обработанный активистом рутрекера, взамен официального издания в 24 бит.

Даже если искусственное вытягивание пиков из звукового фарша не вернет истинную динамику музыкального исполнения, ваш ЦАП все равно скажет спасибо. Ему ведь так тяжело было работать без ошибок на предельных уровнях, где велика вероятность возникновения так называемых межсемпловых пиков (ISP) . А теперь до 0 дБ будут допрыгивать лишь редкие сполохи сигнала. Кроме того, притихшая фонограмма при сжатии во FLAC или другой lossless-кодек теперь будет меньше по размеру. Больше «воздуха» в сигнале экономит пространство хард-драйва.

Попробуйте оживить свои самые ненавистные альбомы, убитые на «войне громкости». Для запаса динамики сначала нужно понизить уровень трека на -6 дБ, а затем запустить деклиппер. Те, кто не верит компьютерам, могут просто воткнуть между CD-плеером и усилителем студийный экспандер. Данное устройство по сути занимается тем же самым - как может восстанавливает и вытягивает пики сжатого по динамике аудиосигнала. Стоят подобные устройства из 80-90-х не сказать чтобы очень дорого, и в качестве эксперимента попробовать их будет весьма интересно.

Контроллер динамического диапазона DBX 3BX обрабатывает сигнал раздельно в трех полосах - НЧ, СЧ и ВЧ

Когда-то эквалайзеры были само собой разумеющимся компонентом аудиосистемы, и никто их не боялся. Сегодня не требуется выравнивать завал высоких частот магнитной ленты, но с безобразной динамикой надо что-то решать, братцы.

Вторая часть цикла посвящена функциям оптимизации динамического диапазона изображений. В ней мы расскажем, зачем нужны подобные решения, рассмотрим различные варианты их реализации, а также их достоинства и недостатки.

Объять необъятное

В идеале фотоаппарат должен фиксировать изображение окружающего мира таким, каким его воспринимает человек. Однако в силу того, что механизмы «зрения» фотокамеры и человеческого глаза существенно различаются, есть ряд ограничений, не позволяющих выполнить это условие.

Одна из проблем, с которой сталкивались ранее пользователи пленочных фотоаппаратов и сталкиваются сейчас обладатели цифровых, заключается в невозможности адекватно запечатлеть сцены с большим перепадом освещенности без использования специальных приспособлений и/или особых приемов съемки. Особенности зрительного аппарата человека позволяют одинаково хорошо воспринимать детали высококонтрастных сцен как на ярко освещенных, так и на темных участках. К сожалению, сенсор фотоаппарата далеко не всегда способен запечатлеть изображение таким, каким видим его мы.

Чем больше перепад яркостей на фотографируемой сцене, тем выше вероятность потери деталей в светах и/или тенях. В результате вместо голубого неба с пышными облаками на снимке получается лишь белесое пятно, а расположенные в тени объекты превращаются в невнятные темные силуэты или вовсе сливаются с окружающей обстановкой.

В классической фотографии для оценки возможности фотоаппарата (или носителя в случае пленочных камер) передавать определенный диапазон яркостей используется понятие фотографической широты (подробнее см. во врезке). Теоретически фотографическая широта цифровых фотоаппаратов определяется разрядностью аналого-цифрового преобразователя (АЦП). Например, при применении 8-разрядного АЦП с учетом погрешности квантования теоретически достижимое значение фотографической широты составит 7 EV, для 12-разрядного - 11 EV и т.д. Однако в реальных устройствах динамический диапазон изображений оказывается у же теоретического максимума вследствие влияния разного рода шумов и прочих факторов.

Большой перепад уровней яркости представляет собой серьезную
проблему при фотосъемке. В данном случае возможностей фотоаппарата
оказалось недостаточно для адекватной передачи наиболее
светлых областей сцены, и в результате вместо участка голубого
неба (отмечен обводкой) получилась белая «заплатка»

Максимальное значение яркости, которое способен зафиксировать светочувствительный сенсор, определяется уровнем насыщения его ячеек. Минимальное значение зависит от нескольких факторов, в числе которых - величина теплового шума матрицы, шум переноса заряда и погрешность АЦП.

Стоит также отметить, что фотографическая широта одного и того же цифрового фотоаппарата может варьироваться в зависимости от установленного в настройках значения чувствительности. Максимальный динамический диапазон достижим при установке так называемой базовой чувствительности (соответствующей минимальному численному значению из возможных). По мере увеличения значения этого параметра динамический диапазон уменьшается вследствие возрастающего уровня шумов.

Фотографическая широта современных моделей цифровых фотоаппаратов, оснащенных сенсорами большого размера и 14- либо 16-разрядными АЦП, составляет от 9 до 11 EV, что значительно больше по сравнению с аналогичными характеристиками цветных негативных пленок 35-миллиметрового формата (в среднем от 4 до 5 EV). Таким образом, даже относительно недорогие цифровые фотоаппараты обладают фотографической широтой, достаточной для адекватной передачи большинства типичных сюжетов любительской съемки.

Однако существует проблема иного рода. Связана она с ограничениями, налагаемыми существующими стандартами записи цифровых изображений. Используя формат JPEG с разрядностью 8 бит на цветовой канал (который в настоящее время стал фактическим стандартом для записи цифровых изображений в компьютерной индустрии и цифровой технике), даже теоретически нельзя сохранить снимок, имеющий фотографическую широту более 8 EV.

Предположим, что АЦП фотоаппарата позволяет получить изображение разрядностью 12 или 14 бит, содержащее различимые детали как в светах, так и в тенях. Однако если фотографическая широта этого образа превосходит 8 EV, то в процессе преобразования в стандартный 8-битный формат без каких-либо дополнительных действий (то есть просто путем отбрасывания «лишних» разрядов) часть зафиксированной светочувствительным сенсором информации потеряется.

Динамический диапазон и фотографическая широта Если говорить упрощенно, то динамический диапазон определяется как отношение максимального значения яркости изображения к ее минимальному значению. В классической фотографии традиционно используется термин фотографическая широта, который, по сути, обозначает то же самое. Ширину динамического диапазона можно выразить в виде отношения (например, 1000:1, 2500:1 и т.п.), однако чаще всего для этого используется логарифмическая шкала. В этом случае вычисляется значение десятичного логарифма отношения максимальной яркости к ее минимальной величине, а после числа ставится прописная буква D (от англ. density?- плотность), реже?- аббревиатура OD (от англ. optical density?- оптическая плотность). Например, если отношение максимальной величины яркости к минимальному значению какого-либо устройства составляет 1000:1, то динамический диапазон будет равен 3,0 D: Для измерения фотографической широты традиционно используются так называемые единицы экспозиции, обозначаемые аббревиатурой EV (от англ. exposure values; профессионалы зачастую именуют их «стопами» или «ступенями»). Именно в этих единицах обычно задается величина коррекции экспозиции в настройках фотоаппарата. Увеличение значения фотографической широты на 1 EV эквивалентно удвоению разницы между максимальным и минимальным уровнями яркости. Таким образом, шкала EV также является логарифмической, но для расчета численных значений в данном случае применяется логарифм с основанием 2. Например, если какое-либо устройство обеспечивает возможность фиксации изображений, отношение максимальной величины яркости к минимальному значению которых достигает 256:1, то его фотографическая широта составит 8 EV:

Сжатие - разумный компромисс

Наиболее эффективным способом сохранить в полном объеме информацию об изображении, зафиксированную светочувствительным сенсором камеры, является запись снимков в формате RAW. Однако подобная функция имеется далеко не во всех фотоаппаратах, да и не каждый фотолюбитель готов заниматься кропотливой работой по подбору индивидуальных настроек для каждого сделанного снимка.

Чтобы снизить вероятность потери деталей высококонтрастных снимков, преобразуемых внутри камеры в 8-битный JPEG, в аппаратах многих производителей (причем не только компактных, но и зеркальных) были внедрены специальные функции, позволяющие без вмешательства пользователя сжимать динамический диапазон сохраняемых изображений. За счет снижения общего контраста и потери незначительной части информации исходного образа подобные решения позволяют сохранить в 8-битном формате JPEG детали в светах и тенях, зафиксированные светочувствительным сенсором аппарата, даже в том случае, если динамический диапазон исходного образа оказался шире 8 EV.

Одним из пионеров в освоении этого направления стала компания НР. В выпущенной в 2003 году цифровой фотокамере HP Photosmart 945 была впервые в мире реализована технология HP Adaptive Lightling, позволяющая автоматически компенсировать недостаток освещенности на темных областях снимков и таким образом сохранять детали в тенях без риска переэкспонирования (что весьма актуально при съемке высококонтрастных сцен). Алгоритм работы HP Adaptive Lightling основывается на принципах, изложенных английским ученым Эдвином Лэндом (Edwin Land) в теории зрительного восприятия человека RETINEX.

Меню функции HP Adaptive Lighting

Как же работает функция Adaptive Lighting? После получения 12-битного образа снимка из него экстрагируется вспомогательное монохромное изображение, которое фактически представляет собой карту освещенности. При обработке снимка эта карта используется в качестве маски, позволяющей регулировать степень воздействия довольно сложного цифрового фильтра на изображение. Таким образом, на участках, соответствующих наиболее темным точкам карты, воздействие на образ будущего снимка минимально, и наоборот. Такой подход позволяет проявить детали в тенях за счет избирательного осветления этих областей и соответственно снижения общей контрастности результирующего изображения.

Следует отметить, что при включении функции Adaptive Lighting сделанный снимок обрабатывается описанным выше образом перед тем, как готовое изображение будет записано в файл. Все описанные операции выполняются автоматически, а пользователь может лишь выбрать в меню фотоаппарата один из двух режимов работы Adaptive Lighting (низкий либо высокий уровень воздействия) либо отключить эту функцию.

Вообще говоря, многие специфические функции современных цифровых фотоаппаратов (в том числе и рассмотренные в предыдущей статье системы распознавания лиц) являются своего рода побочными либо конверсионными продуктами научно-исследовательских работ, которые изначально выполнялись для военных заказчиков. Что касается функций оптимизации динамического диапазона изображений, то одним из наиболее известных поставщиков подобных решений является компания Apical. Созданные ее сотрудниками алгоритмы, в частности, лежат в основе работы функции SAT (Shadow Adjustment Technology - технология коррекции теней), реализованной в ряде моделей цифровых фотоаппаратов Olympus. Вкратце работу функции SAT можно описать следующим образом: на основе исходного образа снимка создается маска, соответствующая наиболее темным участкам, и затем для этих областей производится автоматическая коррекция величины экспозиции.

Лицензию на право использования разработок Apical приобрела и компания Sony. Во многих моделях компактных фотоаппаратов серии Cyber-shot и в зеркальных камерах серии «альфа» реализована так называемая функция оптимизации динамического диапазона (Dynamic Range Optimizer, DRO).

Фотоснимки, сделанные камерой НР Photosmart R927 с отключенной (вверху)
и активированной функцией Adaptive Lighting

Коррекция снимка при активации DRO выполняется в процессе первичной обработки изображения (то есть до записи готового файла формата JPEG). В базовом варианте DRO имеет двухступенчатую настройку (в меню можно выбрать стандартный либо расширенный режим ее работы). При выборе стандартного режима на основе анализа образа снимка производится коррекция величины экспозиции, а затем к изображению применяется тоновая кривая для выравнивания общего баланса. В расширенном режиме используется более сложный алгоритм, позволяющий производить коррекцию как в тенях, так и в светах.

Разработчики Sony постоянно работают над усовершенствованием алгоритма работы DRO. Например, в зеркальной фотокамере а700 при активации продвинутого режима DRO предусмотрена возможность выбора одного из пяти вариантов коррекции. Кроме того, реализована возможность сохранения сразу трех вариантов одного снимка (своего рода брекетинг) с различными вариантами настроек DRO.

Во многих моделях цифровых фотоаппаратов компании Nikon имеется функция D-Lighting, в основе которой также использованы алгоритмы Apical. Правда, в отличие от описанных выше решений, D-Lighting реализована в виде фильтра для обработки ранее сохраненных снимков посредством тональной кривой, форма которой позволяет сделать тени более светлыми, сохраняя в неизменном виде остальные участки изображения. Но поскольку в этом случае обработке подвергаются уже готовые 8-битные изображения (а не исходный образ кадра, имеющий более высокую разрядность и соответственно более широкий динамический диапазон), то возможности D-Lighting весьма ограниченны. Получить такой же результат пользователь может путем обработки снимка в графическом редакторе.

При сравнении увеличенных фрагментов хорошо заметно, что темные участки исходного снимка (слева)
при включении функции Adaptive Lighting стали светлее

Существует и ряд решений, базирующихся на иных принципах. Так, во многих фотоаппаратах семейства Lumix компании Panasonic (в частности, DMC-FX35, DMC-TZ4, DMC-TZ5, DMC-FS20, DMC-FZ18 и др.) реализована функция распознавания освещенности (Intelligent Exposure), которая является составной частью системы интеллектуального автоматического управления съемкой iA. Работа функции Intelligent Exposure основывается на автоматическом анализе образа кадра и коррекции темных участков снимка во избежание потери деталей в тенях, а также (при необходимости) сжатия динамического диапазона высококонтрастных сцен.

В ряде случаев работа функции оптимизации динамического диапазона предусматривает не только определенные операции по обработке исходного образа снимка, но и коррекцию настроек съемки. Например, в новых моделях цифровых фотоаппаратов Fujifilm (в частности, в FinePix S100FS) реализована функция расширения динамического диапазона (Wide Dynamic Range, WDR), позволяющая, по данным разработчиков, увеличить фотографическую широту на одну или две ступени (в терминологии настроек - 200 и 400%).

При активации функции WDR камера делает снимки с экспокоррекцией –1 или –2 EV (в зависимости от выбранной настройки). Таким образом, образ кадра получается недодержанным - это необходимо для того, чтобы сохранить максимум информации о деталях в светах. Затем полученный образ обрабатывается при помощи тоновой кривой, что позволяет выровнять общий баланс и скорректировать уровень черного. После этого изображение преобразовывается в 8-битный формат и записывается в виде файла JPEG.

Сжатие динамического диапазона позволяет сохранить больше деталей
в светах и тенях, однако неизбежным следствием такого воздействия
является снижение общей контрастности. На нижнем изображении
гораздо лучше проработана фактура облаков, однако
из-за более низкого контраста этот вариант снимка
выглядит менее естественно

Схожая функция под названием Dynamic Range Enlargement реализована в ряде компактных и зеркальных фотоаппаратов компании Pentax (Optio S12, K200D и др.). По данным производителя, применение функции Dynamic Range Enlargement позволяет увеличить фотографическую широту снимков на 1 EV без потери деталей в светах и тенях.

Действующая подобным образом функция под названием Highlight tone priority (HTP) реализована в ряде зеркальных моделей компании Canon (EOS 40D, EOS 450D и др.). Согласно информации, приведенной в руководстве пользователя, активация HTP позволяет улучшить проработку деталей в светах (а точнее, в диапазоне уровней от 0 до 18% серого).

Заключение

Подведем итоги. Встроенная функция сжатия динамического диапазона позволяет с минимальным ущербом преобразовать исходное изображение с большим динамическим диапазоном в 8-битный файл JPEG. При отсутствии функции сохранения кадров в формате RAW режим сжатия динамического диапазона дает фотографу возможность более полно использовать потенциал своей камеры при съемке высококонтрастных сцен.

Разумеется, необходимо помнить о том, что сжатие динамического диапазона - это не чудодейственное средство, а скорее компромисс. За сохранение деталей в светах и/или тенях приходится расплачиваться увеличением уровня шума на темных участках снимка, снижением его контрастности и некоторым огрублением плавных тональных переходов.

Как и любая автоматическая функция, алгоритм сжатия динамического диапазона не является в полной мере универсальным решением, позволяющим улучшить абсолютно любой снимок. А следовательно, активировать его имеет смысл только в тех случаях, когда он действительно необходим. Например для того, чтобы снять силуэт c хорошо проработанным фоном, функцию сжатия динамического диапазона необходимо отключить - в противном случае эффектный сюжет будет безнадежно испорчен.

Завершая рассмотрение данной темы, необходимо отметить, что применение функций сжатия динамического диапазона не позволяет «вытянуть» на результирующем изображении детали, которые не были зафиксированы сенсором фотоаппарата. Для получения удовлетворительного результата при съемке высококонтрастных сюжетов необходимо использовать дополнительные приспособления (например, градиентные фильтры для фотографирования пейзажей) или специальные приемы (такие как съемка нескольких кадров с брекетингом по экспозиции и дальнейшее объединение их в одно изображение с применением технологии Tone Mapping).

Следующая статья будет посвящена функции серийной съемки.

Продолжение следует

Компрессия это одна из наиболее опутанных мифами тем саундпродакшна. Говорят, Бетховен даже пугал ей соседских детей:(

Ладно, на самом деле, применять компрессию не сложнее чем пользоваться дисторшном, главное — понимать принцип её работы и иметь хороший контроль . В чём мы сейчас вместе и убедимся.

Что такое компрессия звука

Первое, что стоит уяснить перед препарированием — компрессия это работа с динамическим диапазоном звука . А , в свою очередь, — ни что иное как разница между самым громким и самым тихим уровнем сигнала:

Так вот, компрессия это сжатие динамического диапазона . Да, просто сжатие динамического диапазона, ну или другими словами понижение уровня громких частей сигнала и увеличение громкости тихих . Не более того.

Ты можешь вполне резонно удивиться с чем тогда связан такой хайп? Почему все говорят о рецептах правильной настройки компрессоров, но никто ими не делится? Почему, не смотря на огромное количество классных плагинов , во многих студиях до сих пор используются дорогущие раритетные модели компрессоров? Почему одни продюсеры применяют компрессоры на экстремальных настройках, а другие не используют совсем? И кто из них в конце концов прав?

Задачи, которые решает компрессия

Ответы на подобные вопросы лежат в плоскости понимания роли компрессии в работе со звуком. А она позволяет:

1. Подчёркивать атаку звука, делать его более выраженным;
2. «Усаживать» в микс отдельные партии инструментов , добавляя им мощности и «веса»;
3. Делать группы инструментов или весь микс более цельным , таким единым монолитом;
4. Решать конфликты между инструментами с помощью sidechain ;
5. Исправлять огрехи вокалиста или музыкантов , выравнивая их динамику;
6. При определённой настройке выступать в качестве художественного эффекта .

Как видишь, это не менее значимый творческий процесс чем, скажем, придумывание мелодий или наруливание интересных тембров. При этом любая из вышеперечисленных задач может быть решена с помощью 4-х основных параметров.

Основные параметры компрессора

Не смотря на огромное количество программных и аппаратных моделей компрессоров, вся «магия» компрессии происходит при правильной настройке основных параметров: Threshold, Ratio, Attack и Release. Рассмотрим их подробнее:

Threshold или порог срабатывания, dB

Этот параметр позволяет установить значение, с которого компрессор будет работать (то есть сжимать аудиосигнал). Так, если мы установим в threshold -12dB, компрессор будет срабатывать только в тех местах динамического диапазона, которые превышают это значение. Если весь наш звук тише -12db, компрессор просто пропустит его через себя, никак на него не влияя.

Ratio или коэффициент сжатия

Параметр ratio определяет насколько сильно будет сжиматься сигнал, превышающий threshold. Немного математики для полноты картины: допустим, мы настроили компрессор с threshold -12dB, ratio 2:1 и подали на него барабанный луп , в котором громкость бочки равна -4dB. Каким в этом случае будет результат работы компрессора?

В нашем случае уровень бочки превышает threshold на 8dB. Эта разница в соответствии с ratio будет сжата до 4dB (8dB / 2). В сумме с необработанной частью сигнала это приведёт к тому, что после обработки компрессором громкость бочки составит -8db (threshold -12dB + сжатый сигнал 4dB).

Attack, ms

Это время, спустя которое компрессор будет реагировать на превышение порога срабатывания. То есть, если время атаки выше 0ms — компрессор начинает сжатие превышающего threshold сигнала не мгновенно, а спустя указанное время.

Release или восстановление, ms

Противоположность атаке — значение данного параметра позволяет указать спустя какое время с момента возврата уровня сигнала ниже threshold компрессор прекратит сжатие .

Прежде чем мы двинемся дальше, настоятельно рекомендую взять хорошо знакомый семпл, повесить на его канал любой компрессор и 5-10 минут поэкспериментировать с вышеперечисленными параметрами для надёжного закрепления материала

Все остальные параметры опциональны . Они могут отличаться в разных моделях компрессоров, отчасти поэтому продюсеры и применяют различные модели для каких-либо определённых целей (например, один компрессор для вокала, другой на группу ударных, третий — на мастер-канале). Я не стану подробно останавливаться на этих параметрах, а лишь дам общую информацию для понимания что это вообще такое:

• Колено или излом (Hard/Soft Knee) . Этот параметр определяет как быстро будет применяться коэффициент сжатия (ratio): жестко по кривой или плавно. Отмечу, что в режиме Soft Knee компрессор срабатывает не прямолинейно, а начинает плавно (насколько это может быть уместно когда мы говорим о миллисекундах) поджимать звук уже перед значением threshold . Для обработки групп каналов и общего микса чаще используется именно soft knee (так как работает незаметно), а для подчёркивания атаки и других особенностей отдельных инструментов — hard knee;
• Режим реагирования: Peak/RMS . Режим Peak оправдан когда нужно жёстко лимитировать всплески амплитуды, а также на сигналах со сложной формой, динамику и читаемость которых нужно полностью передать. Режим RMS очень бережно влияет на звук, позволяя уплотнить его, сохранив атаку;
• Предусмотрительность (Lookahead) . Это время, за которое компрессор будет знать что ему предстоит. Своего рода предварительный анализ входящих сигналов;
• Makeup или Gain . Параметр, позволяющий компенсировать понижение громкости в результате работы компрессии.

Первый и самый главный совет , снимающий все дальнейшие вопросы по компрессии: если ты а) понял принцип действия компрессии, б) твёрдо знаешь как воздействует на звук тот или иной параметр и в) успел на практике попробовать несколько разных моделей — никакие советы тебе уже не нужны .

Я абсолютно серьёзен. Если ты внимательно прочёл эту запись, поэкспериментировал со штатным компрессором твоей DAW и одним-двумя плагинами , но так и не понял в каких случаях нужно устанавливать большие значения атаки, какой коэффициент ratio применять и в каком из режимов обрабатывать исходный сигнал — то так и будешь дальше искать в интернете готовые рецепты, применяя их бездумно куда попало.

Рецепты точной настройки компрессора это примерно как рецепты точной настройки ревербератора или хоруса — лишено какого-либо смысла и не имеет ничего общего с творчеством. Поэтому настойчиво повторяю единственно верный рецепт: вооружись этой статьёй, хорошими мониторными наушниками , плагином для визуального контроля формы волны и проведи вечер в компании с парочкой компрессоров.

Действуй!

Технология кодирования, которая применяется в DVD-плеерах с собственными

декодерами звука и ресиверах. Сжатие (или уменьшение) динамического диапазона применяется для ограничения пиков звука при просмотре фильмов. Если зритель желает смотреть фильм, в котором возможны резкие изменения уровня громкости (фильм о войне,

например), но не хочет причинять беспокойство членам своей семьи, то режим DRC следует включить. Субъективно, на слух, после включения DRC в звуке уменьшается доля низких частот и высокие звуки теряют прозрачность, поэтому без необходимости режим DRC включать не стоит.

DreamWeaver (См. – FrontPage )

Визуальный редактор гипертекстовых документов, разработанный софтверной фирмой Macromedia Inc. Мощная профессиональная программа DreamWeaver содержит возможности для генерации страниц HTML любой сложности и масштаба, а также обладает встроенными средствами поддержки больших сетевых проектов. Является инсрументом визуального проектирования, поддерживающим развитые средства концепции WYSIWYG.

Driver (Драйвер) (См. Драйвер )

Программный компонент, который позволяет взаимодействовать с устройствами

компьютера, такими, как сетевая карта (NIC), клавиатура, принтер или монитор. Сетевое оборудование (например, концентратор), соединенное с ПК, требует драйверов для того, чтобы ПК мог взаимодействовать с данным оборудованием.

DRM (Digital Rights Management – Управление доступом и копированием информации, защищенной копирайтом, Цифровое управление правами)

u Концепция, предполагающая применение специальных технологий и методов защиты цифровых материалов для гарантированного предоставления их только уполномоченным пользователям.

v Клиентская программа для взаимодействия с пакетом Digital Rights Management Services, который предназначен для управления доступом к защищенной копирайтом информации и ее копированием. DRM Services работает в среде Windows Server 2003. Клиентское ПО будет работать в Windows 98, Me, 2000 и XP, обеспечивая таким приложениям, как Office 2003, доступ к соответствующим службам. В будущем Microsoft должна выпустить модуль управления цифровыми правами для браузера Internet Explorer. В перспективе планируется обязательное наличие на компьютере такой программы для работы с любым контентом, использующим технологии DRM с целью защиты от незаконного копирования.

Droid (Робот) (См. Агент )

DSA (Digital Signature Algorithm – Алгоритм цифровой подписи)

Алгоритм цифровой подписи с открытым ключом. Разработан NIST (США) в 1991 г.

DSL (Digital Subscrabe Line – Цифровая абонентская линия)

Современная технология, поддерживаемая городскими телефонными станциями для обмена сигналами на более высоких частотах, по сравнению с используемыми в обычных, аналоговых модемах. DSL-модем может работать одновременно и с телефоном (аналоговый сигнал) и с цифровой линией. Поскольку спектры голосового сигнала от телефона и цифрового DSL-сигнала не «пересекаются», т.е. не влияют друг на друга, DSL позволяет работать в Интернет и говорить по телефону по одной и той же физической линии. Более того, DSL-технология обычно использует несколько частот, и DSL-модемы с обеих сторон линии пытаются подобрать лучшие из них для передачи данных. DSL-модем не только передает данные, но выполняет также и роль маршрутизатора. Оборудованный Ethernetпортом, DSL-модем дает возможность подключить к нему несколько компьютеров.

DSOM (Distributed System Object Model, Distributed SOM – Модель распределенных системных объектов)

Технология фирмы IBM с соответствующей програмной поддержкой.

DSR ? (Data set ready – Сигнал готовности к передаче данных, сигнал DSR)

Сигнал последовательного интерфейса, показывающий, что устройство (например,

модем) готово послать бит данных в ПК.

DSR ? (Device Status Report – Отчет о состоянии устройства)

DSR ? (Device Status Register – Регистр состояния устройства)

DSS ? (Decision Support System – Система поддержки принятия решений) (См.