Кодирование звуковой информации

КОДИРОВАНИЕ ЗВУКОВОЙ ИНФОРМАЦИИ

ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ИНФОРМАЦИИ В КОМПЬЮТЕРЕ

Ключевые слова

• звук
• звукозапись
• частота дискретизация
• глубина кодирования звука (разрешение)
• звуковая информация
• кодирование

Звук и его характеристики

Звук – это распространяющиеся в воздухе, воде или другой среде волны с непрерывно меняющейся амплитудой и частотой.

!

1

ПЕРИОД

ЧАСТОТА =

A(t)

ПЕРИОД

АМПЛИТУДА

Комментарии

По щелчку мыши появляются характеристики звука

t

Низкий звук

Высокий звук

3

дБ

мкПа

Громкость звука

ФЕЙЕРВЕРК

ГОРОДСКАЯ УЛИЦА

СЕЛЬСКАЯ МЕСТНОСТЬ

ДОЖДЬ

20

100 000

100

100 000 000

10 000 000

1 000 000

10 000

1 000

10

20

30

40

0

80

50

140

130

120

110

100

90

60

70

САМОЛЕТ НА ВЗЛЁТЕ

ОФИС

ШЕЛЕСТ ЛИСТВЫ

ДИСКОТЕКА

Понятие звукозаписи

Звукозапись – это процесс сохранения информации о параметрах звуковых волн.

!

АНАЛОГОВАЯ

ЦИФРОВАЯ

На носителе размещается непрерывный «слепок» звуковой волны

Непрерывный звуковой сигнал преобразовывается в цифровую дискретную форму (в последовательность электрических импульсов – двоичных нулей и единиц)

На грампластинке пропечатывается непрерывная канавка, изгибы которой повторяют амплитуду и частоту звука

Звуковая дорожка аудио компакт-диска содержит участки с различной отражающей способностью

Оцифровка звука

Чтобы компьютер мог обрабатывать звук, непрерывный звуковой сигнал должен быть преобразован в цифровую дискретную форму.

Временна́я дискретизация

аналоговый звуковой сигнал разби-вается на отдельные маленькие временны́е участки и для каждого участка устанавливается определенная величина интенсивности звука

Комментарии

График и лупа – интерактивный элемент – переход на скрытый слайд

Квантование

результаты измерений записываются в циф-ровом виде с ограниченной точностью

ШАГ КВАНТОВАНИЯ

Оцифровка звука

ШАГ ДИСКРЕТИЗАЦИИ

ОКРУГЛЕННОЕ ЗНАЧЕНИЕ СИГНАЛА

ПОГРЕШНОСТЬ КВАНТОВАНИЯ

ИЗМЕРЕННОЕ ЗНАЧЕНИЕ СИГНАЛА

Параметры оцифровки звука

Качество звукозаписи зависит от частоты дискретизации и от глубины кодирования звука.

Частота дискретизации – количество измерений громкости за одну секунду.

!

Частота дискретизации измеряется в герцах ( Гц ) и килогерцах ( кГц ). 1 кГц = 1000 Гц . Частота дискретизации, равная 100 Гц означает, что за одну секунду проводилось 100 измерений громкости звука.

Будем обозначать частоту греческой буквой ν ( ню ).

Глубина кодирования звука или разрешение – это количество информации, которое необходимо для кодирования дискретных уровней громкости цифро-вого звука.

!

Если под запись одного результата измерения громкости в памяти компьютера отведено i бит, то можно закодировать ровно 2 i разных результатов измерений

Примеры параметров оцифровки звука

Название

Глубина кодирования, бит

Телефонная связь

Частота дискретизации, кГц

АудиоCD

8

8

16

Число каналов

44,1

2 (стерео)

1 (моно)

НИЗКОЕ КАЧЕСТВО

ВЫСОКОЕ КАЧЕСТВО

Вопросы и задания

Задание 1. В Новый год Петя Иванов записал бой курантов. П ерезвон длился 20 секунд , а бой курантов – еще 40 секунд . 

Определите объём полученного моноаудио-файла (в килобайтах ), записанного с глубиной кодирования 8 бит и частотой дискретизации 8 кГц .

Дано :

t = 20 с + 40 с = 60 c i = 8 бит = 1 байт ν = 8 кГц = 8000 Гц

60·1·8000

Комментарии

Задача с пошаговым решением

I =

Кб = 468,75 Кб

1024

Ответ : 468,75 Кбайта

I - ?

10

Самое главное

Звук – это распространяющиеся в воздухе, воде или другой среде волны с непрерывно меняющейся амплитудой и частотой.

Чтобы компьютер мог обрабатывать звук, непрерывный звуковой сигнал должен быть преобразован в цифровую дискретную форму. Для этого его подвергают временной дискретизации и квантованию: параметры звукового сигнала измеряются не непрерывно, а через определенные промежутки времени (временная дискретизация ); результаты измерений записываются в цифровом виде с ограниченной точностью ( квантование ).

Самое главное

Таким образом, при оцифровке звука искажение сохраняемого сигнала происходит дважды: во-первых, при дискретизации теряется информация об истинном изменении звука между измерениями, а во-вторых, при квантовании сохраняются не точные, а близкие к ним дискретные значения.

Объём оцифрованного звукового фрагмента в битах находится как произведение частоты дискретизации в Гц, глубины кодирования звука в битах, длительности звучания записи в секундах и количества каналов.

Вопросы и задания

Задание 2. Производится четырёхканальная ( квадро ) звуко-запись с частотой дискретизации 32 кГц и 32-битным разрешением. Запись длится 2 минуты 8 секунд , её резуль-таты заносятся в файл, сжатие данных не производится. Определите приблизительно размер полученного файла (в мегабайтах ). В качестве ответа укажите ближайшее к размеру файла целое число, кратное 10 .

Дано :

ν = 32 кГц = 32000 Гц i = 32 бит t = 2 мин 8 с = 128 c k = 4 (квадро)

4·32000·32·128

I =

Мб =

Комментарии

Задача с пошаговым решением

1024·1024·8

2 2 ·2 5 ·2 3 ·125·2 5 ·2 7

=

62,5 Мб

Мб =

≈ 60 Мб

2 23

I - ?

Ответ : 60 Мбайт

13

Вопросы и задания

Задание 3. Музыкальный фрагмент был записан в формате моно , оцифрован и сохранён в виде файла без сжатия данных. Размер полученного файла – 24 Мбайта . Затем тот же музыкальный фрагмент был записан повторно в формате стерео (двухканальная запись) и оцифрован с разрешением в 4 раза выше и частотой дискретизации в 1,5 раза меньше, чем в первый раз. Сжатие данных не производилось. Укажите в мегабайтах размер файла, полученного при повторной записи.

Дано :

I 1 = 24 Mб k 1 = 1 (моно) k 2 = 2 (стерео) i 2 = 4· i 1 ν 2 = ν 1 / 1,5

I 1 = t зв. · k 1 · i 1 · ν 1 = t зв. · i 1 · ν 1

Комментарии

Задача с пошаговым решением

= 8· I 1 /1,5

I 2 = t зв. · k 2 · i 2 · ν 2 = t зв. · 2 · 4· i 1 · ν 1 /1,5

I 2 = 8 · 24 / 1,5 = 128 (Мбайт)

Ответ : 128 Мбайт

I 2 - ?

13

Вопросы и задания

Задание 4. Музыкальный фрагмент был оцифрован и записан в виде файла без сжатия данных. Полученный файл был передан в город А по каналу связи за 64 секунды . Затем тот же музыкальный фрагмент был оцифрован повторно с разрешением в 2 раза выше и частотой дискретизации в 3 раза выше, чем в первый раз. Сжатие данных не производилось. Полученный файл был передан в город Б. Пропускная способность канала связи с городом Б в 4 раза выше, чем канала связи с городом А. Сколько секунд длилась передача файла в город Б?

Дано :

t 1 = 64 с i 2 = 2· i 1 ν 2 = 3· ν 1 V 2 = 4· V 1

I 1 = t зв. · i 1 · ν 1

Комментарии

Задача с пошаговым решением

I 2 = t зв. · i 2 · ν 2 = t зв. · 2 · i 1 · 3 · ν 1 = 6· I 1

t 2 = I 2 / V 2 = 6 · I 1 / (4 · V 1 ) = 6/4 · t 1

t 2 = 6 / 4 · 64 = 96 (с)

t 2 - ?

Ответ : 96 секунд

13

Информационные источники

• http://www.pngall.com/wp-content/uploads/2016/05/Fireworks-PNG-Clipart.png
• http://7428.net/2013/07/city-landmarks-silhouette.html
• http://h1.hqtexture.com/71/7055/1393022983-content-3.jpg
• http://cliparting.com/wp-content/uploads/2016/07/Free-rain-clipart-public-domain-rain-clip-art-images-and-graphics.jpeg
• https://www.weblancer.net/download/1063079.jpg
• http://img1.liveinternet.ru/images/attach/b/4/103/621/103621195_large_9.png
• http://cbs1sao.ru/f/3/didzhey_1600x1200.jpg
• http://www.easyfreeclipart.com/
• http://wallpapera.ru/images/trueimg/originals/32/2155F9B1DA81-32.jpg
• https://img06.rl0.ru/50eb8b9c2f2c7303c2db650a97bb7e7b/c1378x1398/d-a.d-cd.net/6db6c1u-960.jpg
• http://img-fotki.yandex.ru/get/4405/svetlera.7a/0_51c5e_1d578c50_XL.jpg
• http://hqlture.com/wp-content/uploads/2014/04/ours.jpg

13