ازالة التشويشش من الملفات

[داؤد بغدادي]

المشاركة الأصلية كتبت بواسطة داؤد بغدادي

التمثيل الرقمي

الجزء الثاني

ماعلاقة الشرح السابق بالتسجيلات الصوتية ؟

الصوت أو الاشارات الصوتية هي مثل الصور تحوي على معلومات كثيرة وعند محاولة تسجيلها فانها قد تفقد بعض تلك المعلومات سواء كانت طريقة الخزن تماثلية (اشرطة الكاسيت او البكرات أو الأشرطة الفيديوية) أو طريقة الخزن الرقمية (الكومبيوتر أو أجهزة التسجيل الرقمي)

بالنسبة للتسجيل التماثلي فان نوعية الصوت تعتمد كثيرا على نوعية الأجهزة من مايكروفونات ومقويات الصوت وأجهزة التسجيل (أو الخزن) ومادة الخزن (انواع الأشرطة) وكلما كانت تلك الأجهزة ذات جودة عالية سيكون التسجيل عالي الجودة ولكن بالرغم من كل ذلك فان الصوت المسجل ليس هو نفسه الصوت الاصلي بسبب التغيرات التي تطراء عليه في تلك المراحل كذلك يدخل التشويش في التسجيل وهو شي لايمكن التخلص منه ابدا ولكن يمكن تقليله
وان اي عملية نقل او استنساخ لذلك التسجيل ستغيره (التسجيل الجديد أو المستنسخ) وتضيف اليه تشويش جديد
كذلك التسجيل الأصلي يفقد خواصه ويضعف بمرور الوقت وبالاستعمال المتكرر او ربما ميكانيكيا (كما نقول ينعلس الشريط)

بالنسبة للتسجيل الرقمي فالعملية أبسط وأفضل لاننا نحتاج فقط للمايكرفون و مقويات الصوت وبعدها يحول الصوت الى العالم الرقمي وتنتهي مرحلة التشويش (مؤقتا ـ سنشرح هذا لاحقا) والمعلومات المخزنة يمكن نسخها واستعمالها ألاف المرات من دون ان تتغير




كيف تتم عملية التسجيل الرقمي ؟

التسجيل الرقمي يشبه تماما التقاط الصور الرقمية حيث اننا نحتاج الى تسجيل نقاط (تسمى العينات) وقيمة كل عينة (مثل اللون في الصورة) (كما في الشكل رقم 5) وهي النقاط الحمراء الصغيرة والتي تقع على اشارة الصوت (الخضراء)

(الشكل رقم 5)

النقاط (أو العينات) تاخذ بابعاد زمنية ثابتة وعدد هذه النقاط في الثانية الواحدة يسمى بالـ (Sampling Rate) والذي نلاحظه في التسجيلات ونقراء عنه في المناقشات وهو ذات قيم ثابتة (تقريبا) والأكثر شهرة مثلا 16000 و 22050 و 32000 و 44100 و 48000 و 96000

وكلما زادت العينات (الـ Sampling Rate) ازدادت دقة وجودة التسجيل واصبح التسجيل أقرب للأصل وهي تشبه بالضبط موضوع الميكا بيكسل بالنسبة للكاميرات (لاحظ الشكل رقم 3 اعلاه)

والسؤال المهم هنا هو أي تلك القيم أفضل أو أي القيم يفضل استخدامها؟

طبعا أفضل القيم هو الأعلى بالتأكيد ولكن يجب ان نعلم لماذا هناك هذا العدد الكبير من القيم اذن؟

ولتوضيح الفكرة ساعود لموضوع الصور فلو كانت لدينا صورة مكونة من مجموعة من الأشكال البسيطة (مما يعني ان الصورة تحتوي على معلومات قليلة ـ لاتوجد تفاصيل كثيرة) وقمنا بالتقاط صورتين واحدة بدقة عالية (الصورة اليسرى) واخرى منخفضة الدقة (الصورة اليمنى) لوجدنا ان الصورة منخفضة الدقة لاتزال مقبولة وهي لا تختلف كثيرا عند مقارنتها بالاخرى (كما في الشكل رقم 6)

(الشكل رقم 6)

ونفس الفكرة تنطبق على الصوت فلو كان لدينا تسجيل صوتي (مقابلة مثلا) يحوي معلومات صوتية قليلة لكونه كلام عادي (بدون غناء - أي لايحوي طبقات صوتية عالية) عندها نستطيع استخدام قيمة منخفضة للـ (Sampling Rate) وسيكون هنالك بالطبع خسارة في بعض صفات الصوت ولكن الكلام سيبقى مفهوما وواضحا

ولكن أي القيم السابقة ؟
ان القيمة المناسبة للـ (Sampling Rate) تحسب بطريقة علمية وهي تساوي (على الأقل) ضعف التردد الأعلى للاشارة الصوتية (وينصح أن تكون 2.5 من التردد الأعلى) وهذا يعني التالي:

من المتفق عليه ان الاشارة الصوتية لكلام الانسان تترواح في المنطقة (300-3400Hz) وخطوط التلفون عادة ما تحدد هذا الرقم بـ 4400Hz وهذا يعني ان علينا استخدام Sampling Rate بمقدار
2.5x4400=11000Hz

والسبب في هذا الرقم الثابت (2.5) هو مايسمى بمشكلة الـ (Aliasing) ولا اريد ازعاجكم بهذا الموضوع ولكن للراغبين بقراءة المزيد عن الموضوع الدخول الى موقع الويكيبيديا على الرابط (http://en.wikipedia.org/wiki/Aliasing)

بالطبع لو استعملنا Sampling Rate أعلى لتسجيل المثال السابق لحصلنا بالتأكيد على تسجيل أفضل ولكن سيكون لدينا ملف صوت أضخم يتناسب مع قيمة الـ Sampling Rate

بالنسبة للملفات الموسيقية ذات الوضوح العالي (نوعية السي دي) فلابد لها من تغطية المجال الصوتي للسماع عند الانسان والذي تتراوح قيمته العليا بين 18-20kHz وعليه يتم تحديد الـ Sampling Rate بالشكل التالي
18000x2.5=45000

وبهذا يتم استعمال القيمة 44100Hz وهناك حاليا ديفيديات صوتية (Audio DVD) يتم الخزن فيها بنوعيات أعلى و بعدد قنوات أكبر (خمس او ست قنوات بدل اثنين - ستيريو)


لقد ذكرنا سابقا في شرح موضوع الصور ان من الخواص المهمة للصورة هو عدد الألوان وهنا في التسجيلات الصوتية الرقمية ينطبق نفس المثال السابق حيث ان كل عينة (نقطة) من العينات يتم تسجيل قيمتها باستخدام 16bit وهذا أيضا أصبح من الثوابت حيث ان جميع كارتات الصوت للكومبيوترات الحالية يمكنها التسجيل بدقة 16bit وبرامج التسجيل والمعالجة الصوتية يمكنها التعامل مع هذه الدقة وعند خفص هذه القيمة يمكن ان نفقد الكثير من خصائص التسجيل الصوتي كما حصل في موضوع الصورة في الشكل رقم 4 أعلاه عند خفض عدد الألوان

كما توجد أجهزة تسجيل أو كارتات صوت يمكنها التعامل مع 24bit أو 32bit


والشكل التالي يوضح هذه المصطلحات (كما في الشكل رقم 7)

(الشكل رقم 7)

حيث ان الزمن الفاصل بين عينتين هو زمن العينة (كما موضح باللون الأخضر)
قوة الأشارة مقسمة الى 65536 تدرج
الأشارة الصوتية تتمثل باللون الأحمر
الأشارة الرقمية تتمثل باللون الأزرق

ونستطيع أن نستنتج من الشكل ان التسجيل الرقمي لا يتطابق 100% مع الاشارة الأصلية و الطريقة الوحيدة لتقليل ذلك الفرق هو بزيادة عدد العينات (Sampling Rate) وزيادة دقة الاشارة 24bit أو 32bit بدلا من 16bit ولكن هذا يعني في نفس الوقت زيادة حجم الملف الصوتي بصورة كبيرة

وكمثال عن الحجم المطلوب للتسجيل هو الأقراص الصوتية (السي دي) تستخدم 44100 عينة بالثانية وبدقة 16bit للعينة وقناتان للصوت (ستيريو) وبذلك يمكن بسهولة حساب سعة السي دي بالشكل التالي

حجم السي دي هو
700Mega byte=700x1024x1024=734003200 byte

ثانية واحدة من التسجيل تستهلك
44100x 2(16bit=2byte) x 2(Stereo) =176400 byte

دقيقة واحدة من التسجيل تستهلك
60x 176400 = 10584000 byte

وبتقسيم النتيجتين الأولى والثالثة نحصل على حوالي 70 دقيقة
734003200/10584000 = 69.3


بالطبع هذا هو حال الملفات الصوتية الغير مضغوطة مثل الـ (.wav) لذا نرى ان هذا النوع من الملفات لايستخدم كثيرا لانه يستهلك مساحة كبيرة حيث لاحظنا من المثال السابق ان 700 ميكا تساوي تقريبا 70 دقيقة أي 10 ميكا للدقيقة الواحدة (على افتراض ان التسجيل 44100 وبدقة 16bit وستيريو)

ولذلك كان لابد من ظهور صيغ خزن جديدة (بدل الـwav ) لتجاوز مشكلة الحجم وخصوصا مع تزايد انتشار وتوسع عالم الانترنت والحاجة الى صيغ أصغر حجما في كثير من التطبيقات كما في محطات البث الراديوي على الانترنت فكان ظهور صيغ الريل بلاير و الويندوز ميديا وغيرها الكثير

... يتبع ...

استاذي العزيز الأخ / داؤد بغدادي المحترم
اولا شكرا لجهودك الواضحة في هذا المجال ، انا قرأت المشاركة الأخيره بخصوص الصوت والأشرطة والبكرات ووسائط التسجيل وبصراحة موضوع جيد ولكن صعب للعامة لأن الأرقام اللي موجوده يبيلها آلة حاسبه ولوغريتمات صعبه صراحة وجان زين تتكرم علينا وتبسط الموضوع مثل موضوع الصور كان سهل شوي او تعطينا اسم مرجع او كتاب مع المؤلف علشان ارجع له واستزيد .
لكن اخي داؤد عندي تعليق اسمحلي فيه وهو انك ذكرت الأشرطة والبكرات ... الخ بس ترى مثل مثلا ما للأشرطة عيوب هم لها مميزات منها انها في متناول الجميع وسهلة الأستخدام ورخيصه وتدوم اكثر من السي دي بحيث لو ان السي دي انخدش او تعرض للرطوبه انتهى ، اما الكاسيت فهو سهل التخزين والنسخ ويوجد منه انواع الميتل والكروم والماستر ... الخ اما البكرات فأنا شخصيا لا اجد بها عيوبا من ناحية التسجيل واقول التسجيل لا الأستعمال والتشغيل . فمن ناحية الصوت فلا اجد تشويشا بالصوت وانت اكيد تستمع للتسجيلات الأذاعية القديمة بالراديو كانت من ابدع ما يمكن واساسا الآن يتم النسخ الى السيديات من الماستر ويكون اساسا البكرة . وانا اخي لا اقلل من التكنولوجيا الحديثة للتسجيل والأستماع بل بالعكس السيدي والفلاش ...الخ كلها ممتازه لكن المثل يقول , عتيج الصوف ولا جديد البريسم , واسمح لي عالأطالة ولكن هذا ما احببت ان ابينه لكم من خلال ما اعرفه وشكرا لمساهماتك وارجو المزيد من الشروح السهلة للعامة الغير متخصصين حتى تعم الفائدة للجميع .
تحياتي ... أخوك أبوحمزه

[داؤد بغدادي]

المشاركة الأصلية كتبت بواسطة احمد قاسم صالح

استاذي العزيز الأخ / داؤد بغدادي المحترم

اولا شكرا لجهودك الواضحة في هذا المجال ، انا قرأت المشاركة الأخيره بخصوص الصوت والأشرطة والبكرات ووسائط التسجيل وبصراحة موضوع جيد ولكن صعب للعامة لأن الأرقام اللي موجوده يبيلها آلة حاسبه ولوغريتمات صعبه صراحة وجان زين تتكرم علينا وتبسط الموضوع مثل موضوع الصور كان سهل شوي او تعطينا اسم مرجع او كتاب مع المؤلف علشان ارجع له واستزيد .
لكن اخي داؤد عندي تعليق اسمحلي فيه وهو انك ذكرت الأشرطة والبكرات ... الخ بس ترى مثل مثلا ما للأشرطة عيوب هم لها مميزات منها انها في متناول الجميع وسهلة الأستخدام ورخيصه وتدوم اكثر من السي دي بحيث لو ان السي دي انخدش او تعرض للرطوبه انتهى ، اما الكاسيت فهو سهل التخزين والنسخ ويوجد منه انواع الميتل والكروم والماستر ... الخ اما البكرات فأنا شخصيا لا اجد بها عيوبا من ناحية التسجيل واقول التسجيل لا الأستعمال والتشغيل . فمن ناحية الصوت فلا اجد تشويشا بالصوت وانت اكيد تستمع للتسجيلات الأذاعية القديمة بالراديو كانت من ابدع ما يمكن واساسا الآن يتم النسخ الى السيديات من الماستر ويكون اساسا البكرة . وانا اخي لا اقلل من التكنولوجيا الحديثة للتسجيل والأستماع بل بالعكس السيدي والفلاش ...الخ كلها ممتازه لكن المثل يقول , عتيج الصوف ولا جديد البريسم , واسمح لي عالأطالة ولكن هذا ما احببت ان ابينه لكم من خلال ما اعرفه وشكرا لمساهماتك وارجو المزيد من الشروح السهلة للعامة الغير متخصصين حتى تعم الفائدة للجميع .

تحياتي ... أخوك أبوحمزه

الأخ العزيز أبو حمزه

شكرا لكلماتك ولتشجيعك وقد اسعدتني متابعتك للموضوع

بالنسبة للشروحات فانا احاول تسهيل الموضوع باكبر قدر ممكن لذلك قمت بالبداية بعمل شروحات على الصور قبل الدخول في الموضوع الاساسي ثم مقارنة موضوع الصوت بتلك الصور لتقريب الفكرة كذلك هنالك الكثير من التفاصيل والمشاكل التي احاول تجاهلها والابتعاد عنها لان الهدف هو فهم الفكرة واساسيات الموضوع لكي نستطيع فهم بسبب التشويش وكيفية تحاشيه او معالجته

اما الارقام فلا تزعج نفس بيها وكل ماكنت اريد توضيحه ان الملفات الصوتية تستهلك بحدود 10 ميكا للدقيقة الواحدة (طبعا بنوعية 44100)

بالنسبة للمراجع فهي كثيرة جدا ولكن معظمها بالانكليزي ولكني في هذا الشرح السابق لم اعتمد على اي مصدر وانما هي من معلوماتي ولكني ساحاول ايجاد مصدر مبسط انشاء الله

أما بالنسبة لموضوع التشويش فساحاول كتابة مداخلة عن مصادر التشويش وهي كثيرة سواء في التسجيلات التماثلية او الرقمية

تحياتي
أخوكم داؤد

[داؤد بغدادي]

المشاركة الأصلية كتبت بواسطة داؤد بغدادي

الجزء الثاني

... يتبع ...

الجزء الثالث

الملفات الصوتية المضغوطةmp3

قبل الدخول في الموضوع ساحاول اعطاء امثلة (صورية) مشابهة للامثلة الاولى لتقريب فكرة ضغط الملفات الصوتية

ربما يعرف معظمنا ملفات الصور بامتداد (bmp) وهي صيغة بسيطة جدا حيث يتم خزن كل نقطة من نقاط الصور باستخدام ثلاث بايتات (او 24 بت) وفيها بايت واحد لخزن قيمة اللون الأحمر وأخر للأخضر وأخر للأزرق وبذلك يمكن لكل نقطة أن تأخد تنوع لوني بمقدار 16.7 مليون لون

المشكلة في هذا النوع من الصور انها ضخمة جدا فمثلا صورة بالابعاد (1280*1024) سيكون حجمها :

1280*1024*3=3.75Mega

والصور بهذا الحجم وبصيغة jpg يترواح حجمها بين 300 الى 400 كيلوبايت أي انها أصغر بحدود 9-12 مرة

وهذا الربح أو التصغير للحجم ليس بدون ثمن وانما سيؤدي ذلك الى خسارة في النوعية وكمثال على ذلك سأقوم بتحويل صورة من نوع bmp الى jpg ولكن بنوعيات متعددة للمقارنة بينها وتمييز الاختلافات وفهما ثم عكس هذا التاثير على التسجيلات الصوتية بصيغة mp3

وسأستخدم لهذا الغرض صورة بتفاصيل كبيرة قمت بانتاجها بأحد برامج الفراكتال (وهو يقوم بانتاج صور من معادلات رياضية) وبأبعاد 1280*1024 (كما في الشكل رقم 8)

(الشكل رقم 8)

ثم قمت بتحويل هذه الصورة الى صيغة jpg بواسطة الفوتوشوب و هو يعطي امكانية تحديد نوعية الصورة من 12 (أعلى نوعية) الى 1 (أقل نوعية)
الصورة الأولى بأعلى نوعية (12) والملف الناتج هو بحجم 3.15 ميكا وهو قريب من حجم الملف بصيغة الـ bmp
والصورة الثانية بنوعية منخفضة (2) والملف الناتج هو بحجم 667 كيلو وهو بذلك يكون تقريبا خمس (20%) من حجم الملف السابق
(وسأذكر لاحقا السبب في اختيار هذين النوعين)

وعند ملاحظة الصورتين نجد ان كلتاهما واضحة وجيدة أوعلى الأقل مقبولة

بعد ذلك قمت بتقريب جزء صغير من الصورتين وتكبيره خمس مرات للمقارنة بينهما (كما في الشكلين رقم 9 و 10)

(الشكل رقم 9)

(الشكل رقم 10)

وكما نلاحظ في الصورة الثانية (الشكل رقم 10) ضياع الكثير من التفاصيل الدقيقة وخصوصا في منطقة الالتفاف كذلك نلاحظ تغير الكثير من الالوان وتداخلها مع بعضها البعض
وهذه هي الخسائر جراء الضغط وتقليل الحجم

والان نعود للتسجيلات الصوتية ونفس الكلام السابق ينطبق عليها (برغم اختلاف طرق الضغط)
فمثلا أحد تسجيلات الفنان يوسف عمر ذات النقاوة العالية (تسجيلات فرنسا)
فعندما يكون التسجيل بصيغة wav فانه بحجم 115 ميكا
وعند ضغطه بصيغة mp3 وبنقاوة عالية 320kbps نحصل على ملف بحجم 26 ميكا
وعند ضغطه بصيغة mp3 وبنقاوة 64kbps نحصل على ملف بحجم 5.2 ميكا وهو بذلك يكون تقريبا خمس (20%) من حجم الملف السابق كما في موضوع الصورتين السابقتين

وبذلك يمكننا تصور التغيرات في الصوت بنفس الطريقة كما في الصور السابقة

كذلك قمت باستخراج الفرق في الصوت بين تسجيل الـ wav (بدون ضغط) والـ mp3 المضغوط وبالنوعيتين 320 و 64 والفرق بالنسبة للملف بالنوعية العالية قليل جدا اما مع النوعية المنخفظة فهو ملحوظ
وارفع لكم مقطعان من الفرق ويمكنكم الاستماع وتمييز الفرق

كذلك يمكن ملاحظة هذا الفرق من قوة الاشارة نفسها في الشكل رقم 11 حيث نشاهد الفرق للاشارة عالية الجودة 320kbps على الجهة اليسرى وهو تقريبا معدوم ( أي عدم وجود فرق تقريبا بين التسجيل الأصلي والمضغوط بهذه النوعية) وأما على الجهة اليمنى نشاهد الفرق للاشارة منخفظة الجودة 64kbps وهو واضح جدا وهذا يدل على وجود فروقات ملحوظة بين التسجيل الأصلي والتسجيل المضغوط بهذه النوعية

(الشكل رقم 11)

تحياتي

[داؤد بغدادي]

المشاركة الأصلية كتبت بواسطة داؤد بغدادي

التمثيل الرقمي

المشاركة الأصلية كتبت بواسطة داؤد بغدادي

الجزء الثاني

المشاركة الأصلية كتبت بواسطة داؤد بغدادي

الجزء الثالث

المشاركات الثلاثة السابقة بصيغة بي دي اف

تحياتي