Материалы по теме Кодирование звуковой информации
презентация к уроку по информатике и икт (10 класс)
Цель: сформировать представление о кодировании звуковой информации.
Скачать:
Предварительный просмотр:
Подписи к слайдам:
Форма представления звука Аналоговая Дискретная Физическая величина принимает бесконечное множество значений, причем ее значения изменяются непрерывно Физическая величина принимает конечное множество значений, причем ее значения изменяются скачкообразно Х У
Тема: Кодирование звуковой информации Звук – колебания воздуха с определенной амплитудой и частотой.
Временная дискретизация
Процесс разбиения непрерывной звуковой волны на отдельные маленькие временные участки (семплы) называется временной дискретизацией
Процесс преобразования звука АЦП ЦАП
Процесс преобразования звуковых волн в двоичный код в памяти компьютера: Процесс воспроизведения звуковой информации, сохраненной в памяти ЭВМ:
Способы кодирования 1. a 1 h 1 а 2 h 2 … a n h n громкость частота 2. a 1 h 1 t 1 а 2 h 2 t 2 … a n h n t n громкость частота время
Для работы со звуком компьютер должен быть оснащён: звуковой картой - устройство, которое производит преобразование звука ; микрофоном ; колонками . Посмотреть все устройства и их характеристики можно: ПУСК\ ПАНЕЛЬ УПРАВЛЕНИЯ\ ЗВУКИ И АУДИОУСТРОЙСТВА
Звуковая плата (или аудиоадаптер) – устройство для преобразования звука из аналоговой формы в цифровую.
Характеристики звуковой платы: 1. Частота дискретизации – количество измерений входного сигнала за 1 секунду. Измеряется в герцах (Гц). 1 измерение 1Гц 1000 измерений 1КГц 2. Разрядность («глубина» кодирования звука) – число бит (разрядов), которое отводится для каждого семпла. 8 битная разрядность 16 битная разрядность 1 секунду 2 8 = 256 2 16 = 65536
Частота дискретизации Количество измерений может лежать в диапазоне от 8000 до 48 000 (8 кГц – 48 кГц) 8 кГц соответствует частоте радиотрансляции, 48 кГц – качеству звучания аудио- CD. Ухо человека воспринимает звук в диапазоне от ~20 Гц до 20 кГц. Опыт показывает, что точное соответствие цифрового сигнала аналоговому достигается, если частота дискретизации будет вдвое выше максимальной звуковой частоты, то есть составит не менее 40 кГц. На практике значения частоты дискретизации применяемые в звуковых системах, равны 44,1 кГц или 48 кГц. Чем больше частота дискретизации (количество измерений в единицу времени), тем качественнее звук.
Задача № 1 Оцените информационный объем высококачественного стереоаудиофайла длительностью звучания 1мин, если «глубина» кодирования 16 бит, а частота дискретизации 48 кГц.
Решение: Информационный объем звукового файла длительностью в 1 с равен: 16 бит * 48000 * 2 = 1536000 бит = 187, 5 Кб Информационный объем звукового файла длительностью в 1 мин равен: 187,5 Кб * 60 с = 11 Мб
Задача № 2 Рассчитайте время звучания монофайла, если при 16-битном кодировании и частоте дискретизации 32 кГц его объем равен: 700 Кб 63000 Кб
Вопросы: В последнее время начал использоваться графический режим с глубиной цвета 32 бит. Определите: Какое количество цветов отображается на экране при этой глубине цвета? Какой объем видеопамяти необходим для реализации данной глубины цвета при различных разрешающих способностях экрана? От каких параметров зависит качество двоичного кодирования звука? Какое количество уровней звукового сигнала кодируется в устаревших 8-битных звуковых картах? Рассчитайте объем моно аудио файла длительностью 10 секунд при 16-битном кодировании и частоте дискретизации 44 Кгц.
Задание С помощью программы Звукозапись запишите при 16-битном кодировании и частоте дискретизации 44 Кгц моно аудио файл длительностью 10 секунд. Посмотрите его объем.
Дополнительная информация В простейшем случае синтезатор звуковой карты генерирует звук, подобно аналоговым синтезаторам недалекого прошлого. В синтезаторе есть несколько управляемых генераторов, вырабатывающих электрические колебания. После смешивания сигналов от генераторов можно получить звук, имитирующий естественные музыкальные инструменты. Синтезатор также может создавать эффектные звуки.
Еще больше расширяет возможности синтезатора генератор огибающей. С его помощью можно регулировать динамические характеристики звукового сигнала. Изменять время "атаки", "спада", "поддержки" и "затухания". Эти характеристики звука знакомы музыкантам.
Многие музыкальные инструменты имеют шумовую составляющую в звуке. Это в большей степени относится к ударным инструментам - барабанам, тарелкам. В синтезаторе звуковой карты присутствует генератор шума, облегчающий имитацию как звучания ударных и духовых инструментов, так и природных шумов (ветер, море).
Звук, получаемый с помощью частотного синтеза, далек от совершенства. Поэтому в современных звуковых картах применяют синтезатор, основанный на воспроизведении заранее записанных натуральных звуков музыкальных инструментов. Звуки оцифровываются и хранятся в файлах в виде так называемых "семплов", содержащих звук только одной ноты.
Для каждого музыкального инструмента часто используют несколько семплов, привязанных к узкому диапазону клавиш на MIDI-клавиатуре. В момент воспроизведения звук семпла немного повышается или понижается, в зависимости от нажатой клавиши.
То есть, для публикации трехминутного файла в Интернете понадобится 30 мегабайт дискового пространства. При средней скорости закачки по модему 1 килобайт в секунду вашему слушателю понадобится на закачку файла около восьми часов. Это нереально. Как же быть? Чтобы разрешить эту проблему, применяются математические методы сжатия информации в файле.
Современные методы компрессии файлов учитывают особенности восприятия звука человеком и убирают избыточную информацию, что позволяет уменьшать размер аудиофайлов в 10 и более раз. Наиболее распространенными форматами аудиокомпрессии являются MPEG3, Real Audio и Windows Media. Для форматов MPEG3 разработаны даже переносные миниатюрные плееры, воспроизводящие упакованные файлы с флеш-карт и компакт-дисков.
Компрессия аудиофайлов может осуществляться с различной степенью сжатия. Чем больше степень сжатия, тем меньше поток информации, тем ниже качество звука. При сжатии аудиофайлов приходится искать компромисс между качеством и объемом файла.
Преобразование звука Звуковой файл - файл, хранящий звуковую информацию в числовой двоичной форме.
Предварительный просмотр:
ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ЗВУКОВОЙ ИНФОРМАЦИИ В КОМПЬЮТЕРЕ
Задача 1. Определите количество уровней громкости звукового сигнала при использовании 8-разрядной звуковой платы.
Задача 2. Вычислите размер (в байтах) цифрового стереоаудиофайла, хранящего звуковой фрагмент длительностью звучания 1 с, если глубина кодирования равна 16 бит и частота дискретизации 44,1 кГц.
Задача 3. Какой объем памяти требуется для хранения цифрового стереоаудиофайла с записью звука высокого качества при условии, что время его звучания составляет 3 мин?
Задача 4. Учащемуся была предложена задача: «Определить объем памяти для хранения цифрового стереоаудиофайла, время звучания которого составляет 5 мин, частота дискретизации равна 44,1 кГц и глубина кодирования 16 бит». Ученик предоставил следующее решение:
Дано: T = 5 мин I = 16 бит D = 44,1 кГц Найти: А- ? | Решение: 44,1 кГц = 44 100 Гц. Для определения размера стереоаудиофайла воспользуемся формулой А = 2*D*T*I / 8 (коэффициент 2 появляется в формуле, поскольку стерео звук записывается для двух колонок и раздельно кодируются левый и правый каналы звучания). А = 2 * 44 100 * 5 * 16 / 8 = 882 000 байт. |
Найдите ошибку в предложенном решении задачи.
Задача 5. Цифровой моноаудиофайл содержит запись звука низкого качества (звук мрачный и приглушенный). Какова длительность звучания файла, если его объем составляет 12 000 байт?
Задача 6. Составьте условие для задачи, решение которой приведено ниже:
Дано: А = 10 Мб I = 16 бит D = 22,05 кГц Найти: Т — ? | Решение: 10 Мб = 10485760 байт, 22,05 кГц = 22 050 Гц. Для определения длительности звучания моноаудиофайла воспользуемся формулой Т = (А * 8) / (D*I). Т = (10 485 760 * 8) / (22 050 * 16) * 238 с. |
Задача 7. Решение задачи «Вычислить объем звучания цифрового моноаудиофайла длительностью звучания 1 мин, если глубина кодирования равна 16 бит и частота дискретизации 44,1 кГц содержит ошибку, найдите ее.
Дано: Т = 1 мин I = 16 бит D = 44,1 кГц Найти: А — ? | Решение: 1 мин = 60 с, 44,1 кГц = 44 100 Гц. Для определения размера моноаудиофайла воспользуемся формулой А = D * Т * I. А = 44 100 * 60 * 16 = 42 336 000 байт. |
Задача 8. Двум учащимся было предложено решить следующую задачу: «В распоряжении пользователя имеется память объемом 2,6 Мб. Необходимо записать цифровой моноаудиофайл длительностью звучания 1 мин. Какими должны быть частота дискретизации и разрядность?»
Один ученик предложил следующее решение:
Дано А = 2,6 Мб Т = 1 мин Найти: D — ? I —? | Решение: 2,6 Мб = 2726297,6 байт, 1 мин = 60 с. Разрядность регистра должна быть равна 8 бит, тогда D = (А * 8) / (Т * Г), значит, D = (2726297,6 * 8) / (60 * 8) = 44,1 кГц. |
Второй учащийся предложил такое решение:
Дано: А = 2,6 Мб Т = 1 мин Найти: D — ? I— ? | Решение: 2,6 Мб - 2726297,6 байт, 1 мин = 60 с. Разрядность регистра должна быть равна 16 бит, тогда D = (А * 8) / (Т * Г), значит, D = (2726297,6 * 8) / (60 * 16) = 22,05 кГц. |
Кто из учеников выполнил задание верно?
Задача 9. Найдите время звучания цифрового моноаудиофайла, если разрядность звуковой платы равна 16 бит, частота дискретизации — 22,05 кГц, а объем файла составляет 900 Кб.
Задача 10. Подсчитайте, сколько места на жестком диске (в битах) будет занимать одна минута звучания цифрового моноаудиофайла, записанного с частотой дискретизации 44,1 кГц.
Задача 11. Две минуты записи цифрового моноаудиофайла занимают на дискете 15 Мб. Частота дискретизации — 22 050 Гц. Какова разрядность аудиоадаптера?
Задача 12.
- оцените информационный объем моноаудиофайла длительностью звучания 1 мин, если глубина кодирования звука и частота дискретизации равны соответственно 8 бит и 11,025кГц;
- оцените информационный объем моноаудиофайла длительностью звучания 1 мин, если глубина кодирования звука и частота дискретизации равны соответственно 8 бит и 22,05 кГц;
- оцените информационный объем моноаудиофайла длительностью звучания 1 мин, если глубина кодирования звука и частота дискретизации равны соответственно 8 бит и 44,5 кГц;
- оцените информационный объем моноаудиофайла длительностью звучания 1 мин, если глубина кодирования звука и частота дискретизации равны соответственно 16 бит и 11,025 кГц;
- оцените информационный объем моноаудиофайла длительностью звучания 1 мин, если глубина кодирования звука и частота дискретизации равны соответственно 16 бит и 22,05 кГц;
- оцените информационный объем моноаудиофайла длительностью звучания 1 мин, если глубина кодирования звука и частота дискретизации равны соответственно 16 бит и 44,5 кГц.
Задание 12.1. Заполните таблицу:
Частота дискретизации | Разрядность регистра | |
8 бит | 16 бит | |
11,025 кГц | ||
22,05 кГц | ||
44,1 кГц | ||
Задача 13. Определите длительность звучания моноаудиофайла, умещающегося на дискете, при низком качестве звука (глубина кодирования — 8 бит, частота дискретизации — 11,025 кГц), учитывая, что на дискете выделяется 2847 секторов объемом 512 байт каждый.
Задача 14. Аналоговый звуковой сигнал был дискретизирован сначала с использованием 256 уровней интенсивности сигнала, а затем с использованием 65 536 уровней интенсивности сигнала. Во сколько раз различаются информационные объемы оцифрованного звука?
Задача 15. Согласно теореме Найквиста—Котельникова, для того чтобы аналоговый сигнал можно было точно восстановить по его дискретному представлению, частота дискретизации должна быть как минимум вдвое больше максимальной звуковой частоты этого сигнала. Какова должна быть частота дискретизации звука, воспринимаемого человеком?
Задача 16. Можно ли разместить на дискете стереоаудиофайл, если глубина его кодирования равна 16 бит, частота дискретизации — 44,1 кГц, а время звучания — Тмин?
Задача 17. На рис. 1 изображено зафиксированное самописцем звучание 1 с речи. Закодируйте его в двоичном коде с частотой дискретизации 5 Гц и глубиной звука 3 бита.
Рис. 1. Изображение зафиксированного самописцем звучания 1 с речи
Решение.
Кодирование с частотой 5 Гц подразумевает измерение высоты звука 5 раз за 1 секунду (рис. 2).
Рис. 2. Измерение высоты звука 5 раз за 1 секунду
Поскольку глубина звука равна 3 битам, возможно 23 = 8 уровней квантирования. Таким образом, в качестве числового кода высоты уровня звука необходимо выбрать одну из комбинаций: 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, 111 (рис. 3).
Воспользовавшись рис. 3, получаем: 100, 100, 101, 011, 011.
Рис. 3. Кодирование речи
Задача 18. Для предыдущей задачи рассчитайте информационный объем закодированного звука.
Предварительный просмотр:
ИНФОРМАТИКА И ОБРАЗОВАНИЕ, № 10—2008
85
Л. М. Дергачева,
канд. пед. наук, доцент кафедры информатики и прикладной математики Московского городского педагогического университета
ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ЗВУКОВОЙ ИНФОРМАЦИИ В КОМПЬЮТЕРЕ
Тема «Представление информации в компьютере» является достаточно сложной для понимания учащихся. Особенно непрост материал, в котором рассматривается представление звуковой информации, поскольку для его понимания учащимся необходимы знания не только по информатике, но и по физике.
Следует отметить, что при рассмотрении задач по данной теме большое значение имеет их правильное оформление: благодаря правильно оформленному условию учащиеся могут в какой-то степени упростить свою дальнейшую работу.
Рассмотрим ряд задач по теме «Представление звуковой информации в компьютере» и наиболее целесообразные способы оформления предложенных заданий.
Задача 1. Определите количество уровней громкости звукового сигнала при использовании 8-разрядной звуковой платы.
Дано: I = 8 бит
Найти:
N — ?
Решение:
Для определения количества уровней громкости звукового сигнала воспользуемся формулой N = 21. N = 28 - 256 уровней.
Ответ: при использовании 8-разрядной звуковой платы может быть получено 256 уровней громкости.
Задача 2. Вычислите размер (в байтах) цифрового стереоаудиофайла, хранящего звуковой фрагмент длительностью звучания 1 с, если глубина кодирования равна 16 бит и частота дискретизации 44,1 кГц.
Дано:
Т = 1 с / = 16 бит D = 44,1 кГц
Найти: А — ?
Решение:
44,1 кГц = 44 100 Гц.
Для определения размера стереоаудиофайла воспользуемся формулой A = 2*D'T'//8 (коэффициент 2 появляется в формуле, поскольку стереозвук записывается для двух колонок и раздельно кодируются левый и правый каналы звучания).
А = 2 • 44 100 • 1 -16 / 8 = 176 400 байт.
Ответ: размер стереоаудиофайла равен 176400 байт.
Задача 3. Какой объем памяти требуется для хранения цифрового стереоаудиофайла с записью звука высокого качества при условии, что время его звучания составляет 3 мин?
Дано:
Т = 3 мин I — 16 бит D = 44,1 кГц
Найти: А — ?
Решение:
44,1 кГц = 44 100 Гц,
3 мин = 180 с.
Для определения размера стереоаудиофайла воспользуемся формулой А = %• D' Tf I / & (коэффициент 2 появляется'в формуле, поскольку стереозвук записывается для двух колонок и раздельно кодируются левый и правый каналы звучания).
А = 2 • 44100 • 180 • 16 / 8 = 31 752 000 байт * 30,3 Мб.
Ответ: размер стереоаудиофайла приблизительно равен 30,3 Мб.
86
www.infojournal.ru
Задача 4. Учащемуся была предложена задача: «Определить объем памяти для хранения цифрового стереоаудиофайла, время звучания которого составляет 5 мин, частота дискретизации равна 44,1 кГц и глубина кодирования 16 бит». Ученик предоставил следующее решение:
Дано:
Т = 5 мин / = 16 бит D = 44,1 кГц
Найти: А — ?
Решение:
44,1 кГц = 44 100 Гц.
Для определения размера стереоаудиофайла воспользуемся формулой А = 2' D'T'I / 8 (коэффициент 2 появляется в формуле, поскольку стерео звук записывается для двух колонок и раздельно кодируются левый и правый каналы звучания).
А - 2 • 44 100 • 5 • 16 / 8• = 882 000 байт.
Найдите ошибку в предложенном решении задачи.
Ответ: решение неверно, поскольку время звучания необходимо было перевести в секунды, а затем полученное значение подставить в формулу.
Задача 5. Цифровой моноаудиофайл содержит запись звука низкого качества (звук мрачный и приглушенный). Какова длительность звучания файла, если его объем составляет 12 000 байт?
Дано:
А =12 000 байт
/ = 8 бит
D = 11,025 кГц
Решение:
11,025 кГц = 11025 Гц.
Для определения длительности звучания моноаудиофайла воспользуемся формулой Т = (А • 8) / (D • /). Т = (12 000 - 8) / (11 025 • 8) - 1 с.
Найти:
Т — ?
, • Ответ: длительность звучания файла — примерно 1 с.
Задача 6. Составьте условие для задачи, решение которой приведено ниже:
Решение:
10 Мб = 10485760 байт, 22,05 кГц = 22 050 Гц.
Для определения длительности звучания моноаудиофайла воспользуемся формулой Т = (А • 8) / (D • /). Т = (10 485 760 • 8) / (22 050 • 16) * 238 с.
Дано:
А = 10 Мб / = 16 бит D = 22,05 кГц
Найти: Т — ?
Ответ: одно из возможных условий задачи: «Объем цифрового моноаудиофайла равен 10 Мб. Какова длительность его звучания, если файл записан с частотой дискретизации 22,05 кГц, а разрядность звуковой платы — 16 бит?»
Задача 7. Решение задачи «Вычислить объем звучания цифрового моноаудиофайла длительностью звучания 1 мин, если глубина кодирования равна 16 бит и частота дискретизации 44,1 кГц» содержит ошибку, найдите ее.
Дано:
Т = 1 мин / = 16 бит D - 44,1 кГц
Найти: А — ?
Решение:
1 мин = 60 с, 44,1 кГц = 44 100 Гц.
Для определения размера моноаудиофайла воспользуемся формулой А = D • Т • I.
А = 44 100 • 60 • 16 = 42 336 000 байт.
Ответ: искомая величина — объем звучания цифрового моноаудиофайла на самом деле получена в битах, а не в байтах, как указано в решении.
ИНФОРМАТИКА И ОБРАЗОВАНИЕ, № 10—2008
87
Задача 8. Двум учащимся было предложено решить следующую задачу: «В распоряжении пользователя имеется память объемом 2,6 Мб. Необходимо записать цифровой моноаудиофайл длительностью звучания 1 мин. Какими должны быть частота дискретизации и разрядность?»
Один ученик предложил следующее решение:
Дано: Решение:
А = 2,6 Мб Т = 1 мин
2,6 Мб = 2726297,6 байт,
1 мин = 60 с.
Найти:
D — ? I —?
Разрядность регистра должна быть равна 8 бит, тогда
D = (А • 8) / (Т • Г), значит,
D = (2726297,6 • 8) / (60 • 8) « 44,1 кГц.
Второй учащийся предложил такое решение:
Дано:
А = 2,6 Мб Т = 1 мин
Найти:
D — ? I— ?
Решение:
2,6 Мб - 2726297,6 байт,
1 мин = 60 с.
Разрядность регистра должна быть равна 16 бит, тогда
D = (А • 8) / (Т • Г), значит,
D = (2726297,6 • 8) / (60 • 16) » 22,05 кГц.
Кто из учеников выполнил задание верно?
Ответ: оба решения являются неполными — поскольку задача содержит два варианта решения, учащимся необходимо было рассмотреть различные характеристики аудиоадаптера.
Задача 9. Найдите время звучания цифрового моноаудиофайла, если разрядность звуковой платы равна 16 бит, частота дискретизации — 22,05 кГц, а объем файла составляет 900 Кб.
Дано:
А = 900 Кб
/ = 16 бит
D = 22,05 кГц
Найти:
?
Решение:
900 Кб - 921 600 байт, 22,05 кГц = 22 050 Гц.
Для определения длительности звучания моноаудиофайла воспользуемся формулой Т< = (А • 8) / (D • /). Т = (921 600 • 8) / (22 050 • 16) » 21 с.
Ответ: время звучания цифрового моноаудиофайла составляет примерно 21 с.
Задача 10. Подсчитайте, сколько места на жестком диске (в битах) будет занимать одна минута звучания цифрового моноаудиофайла, записанного с частотой дискретизации 44,1 кГц.
Дано:
Т = 1 мин D = 44,1 кГц
Найти: А — ?
Решение:
1 мин = 60 с,
44,1 кГц = 44 100 Гц.
Для определения размера моноаудиофайла воспользуемся формулой А = D • Т • I, причем / может принимать два значения:
если / = 8 бит, то А = 44 100 • 60 • 8 = 21 168 000 бит,
если / = 16 бит, то А = 44 100 -60-16-42 336 000 бит.
Ответ: объем звучания цифрового моноаудиофайла равен 21 168000 бит или 42 336 000 бит.
88
www.infojournal.ru
Задача 11. Две минуты записи цифрового моноаудиофайла занимают на дискете 15 Мб. Частота дискретизации — 22 050 Гц. Какова разрядность аудиоадаптера?
Ответ: данное условие содержит ошибку, размер дискеты не может быть больше или равен 15 Мб.
Задача 12. Учащимся можно предложить набор задач для решения в группах (парах):
- оцените информационный объем моноаудиофайла длительностью звучания
1 мин, если глубина кодирования звука и частота дискретизации равны со
ответственно 8 бит и 11,025 кГц; - оцените информационный объем моноаудиофайла длительностью звучания
1 мин, если глубина кодирования звука и частота дискретизации равны соот
ветственно 8 бит и 22,05 кГц; - оцените информационный объем моноаудиофайла длительностью звучания
1 мин, если глубина кодирования звука и частота дискретизации равны соот
ветственно 8 бит и 44,5 кГц; - оцените информационный объем моноаудиофайла длительностью звучания
1 мин, если глубина кодирования звука и частота дискретизации равны соот
ветственно 16 бит и 11,025 кГц; - оцените информационный объем моноаудиофайла длительностью звучания
1 мин, если глубина кодирования звука и частота дискретизации равны соот
ветственно 16 бит и 22,05 кГц; - оцените информационный объем моноаудиофайла длительностью звучания
1 мин, если глубина кодирования звука и частота дискретизации равны соот
ветственно 16 бит и 44,5 кГц.
После того как задачи решены, учащиеся заполняют таблицу:
Частота дискретизации | Разрядность регистра | |
8 бит | 16 бит | |
11,025 кГц | 646 Кб | 1,26 Мб |
22,05 кГц | 1,26 Мб | 2,52 Мб |
44,1 кГц | 2,52 Мб | 5,05 Мб |
После заполнения таблицы возможно обсуждение полученных результатов и формулирование выводов о влиянии характеристик аудиоадаптера на объем полученного файла.
Задача 13. Определите длительность звучания моноаудиофайла, умещающегося на дискете, при низком качестве звука (глубина кодирования — 8 бит, частота дискретизации — 11,025 кГц), учитывая, что на дискете выделяется 2847 секторов объемом 512 байт каждый.
Дано:
I = 8 бит D = 11,025кГц V = 512 байт ЯС= 2847
Найти:
Т — ?
Решение:
11,025 кГц - 11025 Гц.
Вычислим объем дискеты V = 7с*Я. 7=512- 2847 = 1 457 664 байта - 1423,5 Кб. Определим размер моноаудиофайла длительностью звучания 1 с, воспользовавшись формулой А — D • Т*1. А = 11 025-1-8 - 88200 байт - 86 Кб. Найдем длительность звучания Т = V / А. Т= 1423,5/86 - 17 с.
Ответ: длительность звучания цифрового моноаудиофайла составляет примерно 17с.
ИНФОРМАТИКА И ОБРАЗОВАНИЕ, № 10—2008
89
Задача 14. Аналоговый звуковой сигнал был дискретизирован сначала с использованием 256 уровней интенсивности сигнала, а затем с использованием 65 536 уровней интенсивности сигнала. Во сколько раз различаются информационные объемы оцифрованного звука?
Дано:
Nl = 256 Nn = 65 536
Решение:
Найти:
Воспользовавшись формулой 21 = N, получим 11 = = 8 бит, /2=16 бит, тогда искомая величина: /2/^=16/8 = 2.
Ответ: информационные объемы оцифрованного звука различаются в 2 раза.
Задача 15. Согласно теореме Найквиста—Котельникова, для того чтобы аналоговый сигнал можно было точно восстановить по его дискретному представлению, частота дискретизации должна быть как минимум вдвое больше максимальной звуковой частоты этого сигнала. Какова должна быть частота дискретизации звука, воспринимаемого человеком?
Дано:
20 Гц < D < 20 кГц
Решение:
Найти: D — ?
Поскольку максимальная частота, воспринимаемая человеком, составляет 20 кГц, аппаратные и программные средства должны обеспечивать частоту не менее 40 кГц. Следовательно, частота дискретизации звука должна быть 41,1 кГц.
Ответ: частота дискретизации звука должна быть 41,1 кГц.
Задача 16. Можно ли разместить на дискете стереоаудиофайл, если глубина его кодирования равна 16 бит, частота дискретизации — 44,1 кГц, а время звучания — Тмин?
Дано:
Т = 7 мин / = 16 бит D = 44,1 кГц
Найти: А< V — ?
Решение:
7 мин == 420 с,
44,1 кГц = 44 100 Гц.
Для определения размера стереоаудиофайла воспользуемся формулой А = 2*/)'!Г'//8.
А = 2 • 44 100 • 420 • 16/8 = 74 088 000 байт « 71 Мб.
Поскольку объем дискеты V ~ 1,4 Мб,
А > V, значит, предложенный файл разместить нельзя.
Ответ: данный стереоаудиофайл разместить на дискете нельзя.
Задача 17. На рис. 1 изображено зафиксированное самописцем звучание 1 с речи. Закодируйте его в двоичном коде с частотой дискретизации 5 Гц и глубиной звука 3 бита.
Рис. 1. Изображение зафиксированного самописцем звучания 1 с речи
90
www.infojournal.ru
Решение.
Кодирование с частотой 5 Гц подразумевает измерение высоты звука 5 раз за 1 секунду (рис. 2).
5 измерений за I секунду (5 Гц) (чистота Лисхретишции)
Рис. 2. Измерение высоты звука 5 раз за 1 секунду
Поскольку глубина звука равна 3 битам, возможно 23 = 8 уровней квантирова-ния. Таким образом, в качестве числового кода высоты уровня звука необходимо выбрать одну из комбинаций: 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, 111 (рис. 3).
Воспользовавшись рис. 3, получаем: 100, 100, 101, 011, 011.
000 . ,
5 измерений за I секунду (5 Гц) (частота дискрета шции)
Рис. 3. Кодирование речи
После выполнения данного задания следует обратить внимание учащихся на то, что полученный результат достаточно неточен, и обсудить вопрос о том, что чем больше частота дискретизации и глубина звука, тем точнее получается результат.
Ответ: 100, 100, 101, 011, 011.
Задача 18. Для предыдущей задачи рассчитайте информационный объем закодированного звука.
Дано:
Т =1 с D = 5 Гц / = 3 бита
Решение:
Воспользуемся формулой А = D • Т • I. А = 5-1-3 = 15 бит.
Найти: А — ?
Ответ: информационный объем закодированного звука равен 15 битам.
Предварительный просмотр:
Тема: Кодирование звуковой информации
Характеристики оцифрованного звука:
1) Глубина кодирования звука, разрядность (I) - это количество бит, используемое для кодирования различных уровней сигнала или состояний.
Общее количество таких состояний или уровней (N) вычисляется по формуле: N = 2I.
2) Частота дискретизации (D) - это количество измерений уровня звукового сигнала за 1 секунду.
Одно измерение за 1 секунду соответствует частоте 1 Гц, 1000 измерений за 1 секунду - 1кГц.
Параметр Качество звука | Глубина кодирования | Частота дискретизации |
Радиотрансляция | 8 бит | до 8 кГц |
Мрачный, приглушенный звук | 8 бит | 11 кГц |
Среднее качество | 8 бит или 16 бит | 8-48 кГц |
Высокое качество | 16 бит | 44,1 кГц |
Звучание CD-диска | 16 бит | до 48 кГц |
ФОРМУЛЫ ДЛЯ НАХОЖДЕНИЯ ОБЪЕМА АУДИОФАЙЛА:
А = D(Гц) * t (с) * I (бит) (моноаудиофайл)
А =2* D(Гц) * t (с) * I (бит) (стереоаудиофайл)
ПРИМЕР. Определить размер (в байтах) цифрового аудиофайла, время звучания которого составляет 10 секунд при частоте дискретизации 22,05 кГц и разрешении 8 бит. Файл сжатию не подвержен.
РЕШЕНИЕ: А = 22050 * 10 * 8 / 8 = 220500 байт.
РЕШИТЕ ЗАДАЧИ.
№ 1 Определить объем памяти для хранения моноаудиофайла, время звучания которого составляет две минуты при частоте дискретизации 44,1 кГц и глубине кодирования звука 16 бит.
№ 2. Объем свободной памяти на диске - 5,25 Мб, разрядность звуковой платы - 16. Какова длительность звучания моноаудиофайла, записанного с частотой дискретизации 22,05 кГц?
№ 3. Одна минута записи моноаудиофайла занимает на диске 1,3 Мб, разрядность звуковой платы – 8 бит. С какой частотой дискретизации записан звук?
№ 4. Какой объем памяти требуется для хранения стереоаудиофайла с записью звука высокого качества при условии, что время звучания составляет 3 минуты?
№ 5. Цифровой аудиофайл содержит запись звука низкого качества (звук мрачный и приглушенный). Какова длительность звучания файла, если его объем составляет 650 Кб?
№ 6. Две минуты записи цифрового аудиофайла занимают на диске 5,1 Мб. Частота дискретизации — 22050 Гц. Какова разрядность аудиоадаптера?
№ 7. Объем свободной памяти на диске — 0,01 Гб, разрядность звуковой платы — 16. Какова длительность звучания цифрового аудиофайла, записанного с частотой дискретизации 44100 Гц?
№ 8. Звук воспроизводится в течение 10 секунд при частоте дискретизации 22,05 кГц и глубине звука 8 бит. Определить его размер (в байтах).
№ 9. В распоряжении пользователя имеется память объемом 2,6 Мб. Необходимо записать цифровой аудиофайл с длительностью звучания 1 минута. Какой должна быть частота дискретизации и разрядность?
№ 10. Какой должна быть частота дискретизации и глубина кодирования для записи звуковой информации длительностью 2 минута, если в распоряжении пользователя имеется память объемом 5,1 Мбайта.
№ 11. Определить объем памяти для хранения стереоаудиофайла, время звучания которого составляет пять минут при частоте дискретизации 44 кГц и глубине кодирования 16 бит.
№ 12. Какова длительность звучания звуковой информации низкого качества (звук мрачный и приглушенный) и объеме 1200 Кбайт.
ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ НА ЗАКРЕПЛЕНИЕ:
- Поясните принцип кодирования звуковой информации.
- Назовите параметры, влияющие на качество звука.
3. Определите качество звука (качество радиостанции, среднее качество или качество аудио-CD), если известно, что объем звуковой информации с длительностью звучания в 10 секунд равен:
А) 940 Кбайт; Б) 157 Кбайт.
4. Аналоговый звуковой сигнал был дискретизирован сначала с использованием глубины кодирования равной 8 бит, а затем с использование глубины кодирования 16 бит. Во сколько раз различаются информационные объемы оцифрованного звука?
5. Вычислите информационный объем оцифрованного звука длительностью звучания 1 минута, если глубина кодирования и частота дискретизации равны соответственно: А) 16 бит и 8 кГц; Б) 16 бит и 24 кГц.
По теме: методические разработки, презентации и конспекты
тест по теме "Кодирование звуковой информации " 9 класс
в данном тесте проверяются знания по данной тематике в ходе теоритических вопросов и умения решать задачи по данной теме...
Практическая работа по теме "Кодирование звуковой информации"
Практическая работа по теме "Кодирование звуковой информации"...
Практическая работа по теме "Кодирование звуковой информации"
Практическая работа по теме "Кодирование звуковой информации"...
Самостоятельная работа по теме "Кодирование звуковой информации"
Самостоятельная работа по теме "Кодирование звуковой информации"...
презентация к урокам по теме "Кодирование звуковой информации"
Материал презентации полностью соответствует учебному материалу из параграфа учебника. После условия заадач оставлено место для оформления решения на интерактивной доске....
Проверочный тест на тему: "Кодирование звуковой информации"
Проверочный тест из 15 заданий. Составлен в программе My testStudent....
