В колоната е изчисленият обем на аудио файла. Кодиране и обработка на звукова информация

24.01.2021

Прочетете също

Портал за смесена реалност какво представлява тази програма и необходима ли е?

Почистване на "опашките" на програмата в системния регистър, останали след премахването й Как да премахнете ключа на програмата

Как да възстановите забравена парола за акаунт в Microsoft

Прехвърляне на програми на друг компютър или на нова операционна система

GTA Vice City чийт кодове - пълен списък

С различна амплитуда и честота. Колкото по-висока е амплитудата на сигнала, толкова по-силен се възприема от човек. Колкото по-висока е честотата на сигнала, толкова по-висок е неговият тон.

Фигура 1. Амплитуда на трептене на звукови вълни

Честота на звуковата вълнаопределя се от броя на трептенията в секунда. Тази стойност се измерва в херци (Hz, Hz).

Човешкото ухо възприема звуци в диапазона от $20$ Hz до $20$ kHz, този диапазон се нарича звук. Извиква се броят битове, които се присвояват на един звуков сигнал дълбочина на аудио кодиране. Съвременните звукови карти осигуряват $16-$, $32-$ или $64-битова дълбочина на аудио кодиране. В процес на кодиране звукова информациянепрекъснатият сигнал се заменя отделен, тоест той се преобразува в поредица от електрически импулси, състоящи се от двоични нули и единици.

Честота на аудио дискретизация

Един от важни характеристикина процеса на аудиокодиране е честотата на дискретизация, която е броят измервания на нивото на сигнала за $1$ секунда:

едно измерване в секунда съответства на честота от $1$ гигахерца (GHz);
$1000$ измервания в секунда съответстват на честота от $1$ килохерца (kHz).

Определение 2

Честота на аудио дискретизацияе броят на измерванията на силата на звука за една секунда.

Броят на измерванията може да бъде в диапазона от $8$ kHz до $48$ kHz, като първата стойност съответства на честотата на радиоразпръскване, а втората - на качеството на звука на музикалната медия.

Забележка 1

Колкото по-високи са честотата и дълбочината на семплиране на звука, толкова по-добре ще звучи цифровизираният звук. Най-ниското качество на цифровизираното аудио, което отговаря на качеството телефонна комуникация, се оказва, че когато честотата на семплиране е 8000 пъти в секунда, дълбочината на семплиране е $8$ бита, което съответства на записа на един аудио запис (режим „моно“). Най-високото качество на цифровизирания звук, което съответства на качеството на аудио CD, се постига, когато честотата на семплиране е $48 000$ пъти в секунда, дълбочината на семплиране е $16$ бита, което съответства на запис на два аудио записа (стерео режим).

Информационен обем на звуков файл

Трябва да се отбележи, че колкото по-високо е качеството цифров звук, толкова по-голям е информационният обем на аудио файла.

Нека оценим обема на информацията на моно аудио файл ($V$), това може да се направи с помощта на формулата:

$V = N \cdot f \cdot k$,

където $N$ е общата продължителност на звука, изразена в секунди,

$f$ - честота на дискретизация (Hz),

$k$ - дълбочина на кодиране (битове).

Пример 1

Например, ако продължителността на звука е $1$ минута и имаме средно качество на звука, при което честотата на семплиране е $24$ kHz, а дълбочината на кодиране е $16$ бита, тогава:

$V=60 \cdot 24000 \cdot 16 \ bits=23040000 \ bits=2880000 \ bytes=2812.5 \ KB=2.75 \ MB.$

При кодиране на стерео звук процесът на семплиране се извършва отделно и независимо за левия и десния канал, което съответно увеличава силата на звука звуков файлдва пъти в сравнение с моно звук.

Пример 2

Например, нека оценим обема на информацията на цифров стерео звуков файл, чиято продължителност на звука е $1$ секунда със средно качество на звука ($16$ бита, $24000$ измервания за секунда). За да направите това, умножете дълбочината на кодиране по броя на измерванията за $1$ секунда и умножете по $2$ (стерео звук):

$V=16 \ бита \cdot 24000 \cdot 2 = 768000 \ бита = 96000 \ байта = 93,75 \ kb.$

Основни методи за кодиране на аудио информация

Има различни методи за кодиране на аудио информация с двоичен код, сред които има две основни направления: FM методИ метод на вълновата таблица.

FM метод (честотна модулация) се основава на факта, че теоретично всеки сложен звук може да бъде разложен на последователност от прости хармонични сигнали с различни честоти, всеки от които ще бъде правилна синусоида, което означава, че може да бъде описан с код. Процесът на разлагане на звукови сигнали в хармонични серии и тяхното представяне под формата на дискретни цифрови сигналивъзниква в специални устройства, наречени аналогово-цифрови преобразуватели (ADC).

Фигура 2. Преобразуване на аудио сигнал в дискретен сигнал

Фигура 2а показва аудиосигнала на входа на АЦП, а Фигура 2б показва вече преобразувания дискретен сигнал на изхода на АЦП.

За обратно преобразуване при възпроизвеждане на звук, който се представя под формата на цифров код, се използват цифрово-аналогови преобразуватели (DAC). Процесът на преобразуване на звука е показан на фиг. 3. Този методне предоставя кодиране добро качествозвук, но осигурява компактен код.

Фигура 3. Преобразуване на дискретен сигнал в аудио сигнал

Фигура 3a показва дискретния сигнал, който имаме на входа на DAC, а Фигура 3b показва аудио сигнала на изхода на DAC.

Метод на масата (Вълнова маса) се основава на факта, че в предварително подготвени таблици се съхраняват образци на звуци от околния свят, музикални инструменти и т. н. Цифровите кодове изразяват височината, продължителността и интензивността на звука и други параметри, които характеризират характеристиките на звукът. Тъй като „реалните“ звуци се използват като проби, качеството на звука, получен в резултат на синтеза, е много високо и се доближава до качеството на звука на истински музикални инструменти.

Примери за звукови файлови формати

Звуковите файлове се предлагат в няколко формата. Най-популярните от тях са MIDI, WAV, MP3.

MIDI формат(цифров интерфейс за музикални инструменти) първоначално е предназначен за управление на музикални инструменти. В момента се използва в областта на електронните музикални инструменти и компютърни модулисинтез.

WAV аудио файлов формат(waveform) представлява произволен звук във формата цифрово представянеоригиналната звукова вибрация или звукова вълна. Всички стандартни звуци на прозорциимат разширение .wav.

MP3 формат(MPEG-1 Audio Layer 3) е един от цифровите формати за съхраняване на звукова информация. Осигурява по-високо качество на кодиране.

Решаване на проблеми за кодиране на аудио информация.

Теоретична част

Когато решават проблеми, учениците разчитат на следните понятия:

Времева дискретизация- процес, при който по време на кодирането на непрекъснат звуков сигнал звуковата вълна се разделя на отделни малки времеви участъци, като за всеки такъв участък се задава определена стойност на амплитудата. Колкото по-голяма е амплитудата на сигнала, толкова по-силен е звукът.

дълбочина на звука (дълбочина на кодиране) - броят битове на аудио кодиране.

Броят на различните нива на звука се изчислява по формулата N= 2аз , където I е дълбочината на звука.

Честота на вземане на проби– броя на измерванията на нивото на входния сигнал за единица време (за 1 сек). Колкото по-висока е честотата на дискретизация, толкова по-точно процедурата двоично кодиране. Честотата се измерва в херци (Hz).

Качеството на двоичното кодиране е стойност, която се определя от дълбочината на кодиране и честотата на дискретизация.

Регистрирайте битова дълбочина- броя на битовете в регистъра на аудио адаптера. Колкото по-голяма е битовата дълбочина, толкова по-малка е грешката при всяко отделно преобразуване на стойността електрически токкъм число и обратно. Ако ширината на бита е I, тогава при измерване на входния сигнал, 2аз =N различни стойности.

Практическа част. Анализ и решение на проблема.

Задача 1 . Оценете обема на информацията на цифров стерео звуков файл с продължителност 20 секунди при дълбочина на кодиране 16 бита и честота на дискретизация 10 000 Hz? Резултатът се представя в килобайтове, закръглени до стотни.

Когато решавате такива проблеми, не трябва да забравяте следното:

Какво е моно - 1 канал, стерео - 2 канала

Задача 2 . Определете размера (в байтове) на цифров аудио файл, чието време за възпроизвеждане е 10 секунди при честота на дискретизация 22,05 kHz и разделителна способност 8 бита.

дадени:

I = 8 бита = 1 байт

t = 10 сек

η = 22,05 kHz = 22,05 * 1000 Hz = 22050 Hz

I - битова дълбочина на звуковата карта,

t - време за възпроизвеждане на аудио файл,

η - честота на дискретизация

Решение:

V(Информ.) = I η t

V(Инфо) = 22050 *10 *1 = 220500 байта

Отговор: V(Info) = 220500 байта

Намирам: V (информационен обем) -?

Решаване на проблеми за кодиране на аудио информация

I. Размер на цифров файл

1. Определете размера (в байтове) на цифров аудио файл, чието време за възпроизвеждане е 10 секунди при честота на дискретизация 22,05 kHz и разделителна способност 8 бита. Файлът не е компресиран. (, страница 156, пример 1)

Решение:

Формула за изчисляване на размера(в байтове)цифров аудио файл:A=D*T*I/8.

За да се преобразува в байтове, получената стойност трябва да бъде разделена на 8 бита.

22,05 kHz = 22,05 * 1000 Hz = 22050 Hz

A=D*T*I/8=22050 x 10 x 8 / 8 = 220500 байта.

^ Отговор: размерът на файла е 220 500 байта.

2. Определете количеството място за съхранение на цифров аудио файл, който има време за възпроизвеждане от две минути при честота на дискретизация 44,1 kHz и разделителна способност 16 бита. (, стр. 157, № 88)

Решение:

A=D*T*I/8. – количеството памет за съхраняване на цифровия аудио файл.

44100 (Hz) x 120 (s) x 16 (bit) / 8 (bit) = 10584000 байта = 10335,9375 KB = 10,094 MB.

Отговор: ≈ 10 Mb

6. Две минути цифров аудио запис заемат 5,1 MB дисково пространство. Честота на дискретизация - 22050 Hz. Каква е битовата дълбочина на аудио адаптера

Решение:

Формулата за изчисляване на битовата дълбочина е: (памет в байтове) : (време за възпроизвеждане в секунди): (честота на семплиране):

5, 1 MB = 5347737,6 байта

5347737,6 байта: 120 сек: 22050 Hz = 2,02 байта = 16 бита
^ Отговор: 16 бита

8. Оценете обема на информацията на моно аудио файл с продължителност 1 минута. ако "дълбочината" на кодирането и честотата на дискретизация на аудио сигнала са равни, съответно:
а) 16 бита и 8 kHz;
б) 16 бита и 24 kHz.

Решение:

А).
16 бита x 8000 = 128 000 бита = 16 000 байта = 15,625 KB/s
15,625 KB/s x 60 s = 937,5 KB

б).
1) Информационният обем на звуков файл с продължителност 1 секунда е равен на:
16 бита x 24 000 = 384 000 бита = 48 000 байта = 46,875 KB/s
2) Информационният обем на звуков файл с продължителност 1 минута е равен на:
46,875 KB/s x 60 s = 2812,5 KB = 2,8 MB

^ Отговор: а) 937,5 KB; б) 2,8 MB

9. Колко място за съхранение е необходимо за съхраняване на висококачествен цифров аудио файл с 3 минути време за възпроизвеждане?

Решение:

Високото качество на звука се постига с честота на дискретизация от 44,1 kHz и битова дълбочина на аудио адаптера от 16.
Формулата за изчисляване на обема на паметта е: (време за запис в секунди) x (битова дълбочина на звуковата карта в байтове) x (честота на дискретизация):
180 s x 2 x 44100 Hz = 15876000 байта = 15,1 MB
Отговор: 15,1 MB

10. Цифровият аудио файл съдържа звукозапис Ниско качество(звук тъмен и приглушен). Каква е продължителността на звука на файл, ако обемът му е 650 KB?
Решение:

За мрачен и приглушен звук са характерни следните параметри: честота на дискретизация - 11,025 kHz, битова дълбочина на аудио адаптера - 8 бита (виж таблица 1). Тогава T=A/D/I. Нека преведем обема в байтове: 650 KB = 665600 байта

T=665600 байта/11025 Hz/1 байт ≈60,4 s

^ Отговор: продължителността на звука е 60,5 s

11. Оценете обема на информацията на висококачествен стерео аудио файл с продължителност на звука 1 минута, ако "дълбочината" на кодиране е 16 бита, а честотата на дискретизация е 48 kHz. (, стр. 74, пример 2.54)

Решение:

Информационният обем на звуков файл с продължителност 1 секунда е равен на:
16 бита x 48 000 x 2 = 1 536 000 бита = 187,5 KB (умножено по 2 от стерео).

Информационният обем на звуков файл с продължителност 1 минута е равен на:
187,5 KB/s x 60 s ≈ 11 MB

Отговор: 11 MB

12. Изчислете времето за възпроизвеждане на моно аудио файл, ако при 16-битово кодиране и честота на дискретизация 32 kHz неговият обем е равен на:
а) 700 KB;
б) 6300 KB

Решение:

А).
1) Информационният обем на звуков файл с продължителност 1 секунда е равен на:

700KB: 62,5KB/s = 11,2s

б).
1) Информационният обем на звуков файл с продължителност 1 секунда е равен на:
16 бита x 32 000 = 512 000 бита = 64 000 байта = 62,5 KB/s
2) Времето за възпроизвеждане на 700 KB моно аудио файл е:
6300 KB: 62,5 KB/s = 100,8 s = 1,68 мин.

Отговор: а) 10 секунди; б) 1,5 мин.

13. Изчислете колко байта информация заема една секунда от стерео запис на CD (честота 44032 Hz, 16 бита на стойност). Колко време отнема една минута? Какъв е максималният капацитет на диска (при максимална продължителност от 80 минути)?

Решение:

Формула за изчисляване на обема на паметтаA=D*T*I:
(време за запис в секунди) * (битова дълбочина на звуковата карта в байтове) * (честота на дискретизация). 16 бита - 2 байта.
1) 1s x 2 x 44032 Hz = 88064 байта (1 секунда стерео CD)
2) 60s x 2 x 44032 Hz = 5283840 байта (1 минута стерео CD)
3) 4800s x 2 x 44032 Hz = 422707200 байта = 412800 KB = 403,125 MB (80 минути)

Отговор: 88064 байта (1 секунда), 5283840 байта (1 минута), 403,125 MB (80 минути)

^ II. Определение за качество на звука.

За да определите качеството на звука, трябва да намерите честотата на дискретизация и да използвате таблица № 1

256 (2 8 ) нива на интензитет на сигнала - качество на звука на радиопредаване, използвайки 65536 (2 16 ) нива на интензитет на сигнала - качество на звука на аудио CD. Честотата с най-високо качество съответства на музиката, записана на компактдиска. Големината на аналоговия сигнал се измерва в този случай 44 100 пъти в секунда.

13. Определете качеството на звука (качество на излъчване, средно качество, качество на аудио CD), ако знаете, че силата на звука на моно аудио файл с продължителност на звука 10 секунди. равно на:
а) 940 KB;
б) 157 KB.

Решение:
А).
1) 940 KB = 962560 байта = 7700480 бита
2) 7700480 bps: 10 сек = 770048 bps
3) 770048 bps: 16 бита = 48128 Hz - честота на дискретизация - близка до най-високата 44,1 kHz
^ Отговор: качество на аудио CD
б).
1) 157 KB = 160768 байта = 1286144 бита
2) 1286144 бита: 10 сек = 128614,4 bps
3) 128614,4 bps: 16 бита = 8038,4 Hz
Отговор: качество на излъчване
Отговор: а) качество на CD; б) качеството на предаването.

Когато решават проблеми, учениците разчитат на следните понятия:

Времева дискретизация -процес, при който по време на кодиране на непрекъснат аудиосигнал звуковата вълна се разделя на отделни малки времеви участъци, като за всеки такъв участък се задава определена стойност на амплитудата. Колкото по-голяма е амплитудата на сигнала, толкова по-силен е звукът.

Дълбочина на звука (дълбочина на кодиране) -брой битове на аудио кодиране.

Нива на звука (нива на сигнала)- звукът може да има различни нива на сила на звука. Броят на различните нива на звука се изчислява по формулата н= 2 аз Къдетоаз- дълбочина на звука.

Честота на вземане на проби -броя на измерванията на нивото на входния сигнал за единица време (за 1 сек). Колкото по-висока е честотата на дискретизация, толкова по-точна е процедурата за двоично кодиране. Честотата се измерва в херци (Hz). 1 измерване за 1 секунда -1 Hz.

1000 измервания за 1 секунда 1 kHz. Обозначете честотата на вземане на проби с букватад. За кодиране изберете една от трите честоти:44,1 kHz, 22,05 kHz, 11,025 kHz.

Смята се, че честотният диапазон, който човек чува, е от 20 Hz до 20 kHz.

Качество на двоично кодиране -стойност, която се определя от дълбочината на кодиране и честотата на дискретизация.

Аудио адаптер (звукова карта) -устройство, което преобразува електрически вибрации със звукова честота в цифров двоичен код, когато се въвежда звук, и обратно (от цифров код в електрически вибрации) при възпроизвеждане на звук.

Спецификации на аудио адаптера:честота на дискретизация и битова дълбочина на регистъра.).

Регистър капацитет -броя на битовете в регистъра на аудио адаптера. Колкото по-голяма е битовата дълбочина, толкова по-малка е грешката на всяко отделно преобразуване на големината на електрическия ток в число и обратно. Ако битовата дълбочина е аз, тогава при измерване на входния сигнал, 2аз = н различни стойности.

Размер на цифров моно аудио файл (А) се измерва по формулата:

А= д* T* аз/8 , Къдетод – честота на дискретизация (Hz),T– време на звук или звукозапис,азбитова дълбочина на регистъра (резолюция). Тази формула измерва размера в байтове.

Размер на цифров стерео аудио файл (А) се измерва по формулата:

А=2* д* T* аз/8 , сигналът се записва за два високоговорителя, тъй като левият и десният звуков канал са кодирани отделно.

Полезно е учениците да дадат таблица 1, показващ колко MB ще отнеме кодираната една минута аудио информация при различни честоти на дискретизация:

1. Размер на цифров файл

Ниво "3"

Решение:

Формула за изчисляване на размера (в байтове)цифров аудио файл: А= д* T* аз/8.

За да се преобразува в байтове, получената стойност трябва да бъде разделена на 8 бита.

22,05 kHz = 22,05 * 1000 Hz = 22050 Hz

А= д* T* аз/8 = 22050 x 10 x 8 / 8 = 220500 байта.

Отговор: размерът на файла е 220 500 байта.

Решение:

А= д* T* аз/8. – количеството памет за съхраняване на цифровия аудио файл.

44100 (Hz) x 120 (s) x 16 (bit) / 8 (bit) = 10584000 байта = 10335,9375 KB = 10,094 MB.

Отговор: ≈ 10 Mb

Ниво "4"

3. Потребителят разполага с памет от 2,6 MB. Трябва да запишете цифров аудио файл с продължителност 1 минута. Каква трябва да бъде честотата на дискретизация и битовата дълбочина? (, стр. 157, № 89)

Решение:

Формула за изчисляване на честотата на дискретизация и битовата дълбочина: D * I \u003d A / T

(памет в байтове) : (време за възпроизвеждане в секунди):

2,6 MB = 2726297,6 байта

D* I \u003d A / T \u003d 2726297,6 байта: 60 \u003d 45438,3 байта

D=45438.3 байта: I

Битовата дълбочина на адаптера може да бъде 8 или 16 бита. (1 байт или 2 байта). Следователно честотата на дискретизация може да бъде или 45438,3 Hz = 45,4 kHz ≈ 44,1 kHz– стандартна характерна честота на дискретизация, или 22719,15 Hz = 22,7 kHz ≈ 22,05 kHz- стандартна характеристика на дискретизация

Отговор:

	Честота на вземане на проби	Битова дълбочина на аудио адаптера
1 вариант	22,05 kHz	16 бита
Вариант 2	44,1 kHz	8 бита

4. Размерът на свободната памет на диска е 5,25 MB, битовата дълбочина на звуковата карта е 16. Каква е продължителността на звука на цифров аудио файл, записан с честота на дискретизация 22,05 kHz? (, стр. 157, № 90)

Решение:

Формула за изчисляване на продължителността на звука: T=A/D/I

(размер на паметта в байтове) : (честота на дискретизация в Hz) : (битова дълбочина на звуковата карта в байтове):

5,25 MB = 5505024 байта

5505024 байта: 22050 Hz: 2 байта = 124,8 сек
Отговор: 124,8 секунди

5. Една минута запис на цифров аудио файл заема 1,3 MB на диска, битовата дълбочина на звуковата карта е 8. Каква е честотата на дискретизация на звука? (, стр. 157, № 91)

Решение:

Формула за честота на дискретизация: D =A/T/I

(размер на паметта в байтове) : (време за запис в секунди) : (битова дълбочина на звуковата карта в байтове)

1,3 MB = 1363148,8 байта

1363148.8 байта: 60:1 = 22719.1 Hz

Отговор: 22,05 kHz

6. Две минути цифров аудио запис заемат 5,1 MB дисково пространство. Честота на дискретизация - 22050 Hz. Какъв е битът на аудио адаптера? (, стр. 157, № 94)

Решение:

5, 1 MB = 5347737,6 байта

5347737,6 байта: 120 сек: 22050 Hz = 2,02 байта = 16 бита

Отговор: 16 бита

7. Размерът на свободната памет на диска е 0,01 GB, битовата дълбочина на звуковата карта е 16. Каква е продължителността на звука на цифров аудио файл, записан с честота на дискретизация 44100 Hz? (, стр. 157, № 95)

Решение:

Формула за изчисляване на продължителността на сондиране T=A/D/I

(размер на паметта в байтове) : (честота на дискретизация в Hz) : (битова дълбочина на звуковата карта в байтове)

0,01 GB = 10737418,24 байта

10737418.24 байта: 44100: 2 = 121.74 сек. = 2.03 мин.
Отговор: 20,3 минути

(, стр. 76, № 2.82)

Решение:

А).
16 бита x 8000 = 128 000 бита = 16 000 байта = 15,625 KB/s
15,625 KB/s x 60 s = 937,5 KB

Отговор: а) 937,5 KB; б) 2,8 MB

Ниво "5"

Използва се таблица 1

9. Колко място за съхранение е необходимо за съхраняване на висококачествен цифров аудио файл с 3 минути време за възпроизвеждане? (, стр. 157, № 92)

Решение:

10. Цифровият аудио файл съдържа аудиозапис с ниско качество (звукът е тъмен и приглушен). Каква е продължителността на звука на файл, ако обемът му е 650 KB? (, стр. 157, № 93)

Решение:

T=665600 байта/11025 Hz/1 байт ≈60,4 s

Отговор: продължителността на звука е 60,5 s

Решение:

Информационният обем на звуков файл с продължителност 1 минута е равен на:
187,5 KB/s x 60 s ≈ 11 MB

Отговор: 11 MB

Отговор: а) 940 KB; б) 2,8 MB.

12. Изчислете времето за възпроизвеждане на моно аудио файл, ако при 16-битово кодиране и честота на дискретизация 32 kHz неговият обем е равен на:
а) 700 KB;
б) 6300 KB

(, стр. 76, № 2.84)

Решение:

А).
1) Информационният обем на звуков файл с продължителност 1 секунда е равен на:

700KB: 62,5KB/s = 11,2s

Отговор: а) 10 секунди; б) 1,5 мин.

Решение:

Формула за изчисляване на обема на паметта А= д* T* аз:
(време за запис в секунди) * (битова дълбочина на звуковата карта в байтове) * (честота на дискретизация). 16 бита - 2 байта.
1) 1s x 2 x 44032 Hz = 88064 байта (1 секунда стерео CD)
2) 60s x 2 x 44032 Hz = 5283840 байта (1 минута стерео CD)
3) 4800s x 2 x 44032 Hz = 422707200 байта = 412800 KB = 403,125 MB (80 минути)

Отговор: 88064 байта (1 секунда), 5283840 байта (1 минута), 403,125 MB (80 минути)

2. Определение за качество на звука.

256 (28) нива на интензитет на сигнала - качество на звука на радиопредаване, като се използват 65536 (216) нива на интензитет на сигнала - качество на звука на аудио CD. Честотата с най-високо качество съответства на музиката, записана на компактдиска. Големината на аналоговия сигнал се измерва в този случай 44 100 пъти в секунда.

Ниво "5"

13. Определете качеството на звука (качество на излъчване, средно качество, качество на аудио CD), ако знаете, че силата на звука на моно аудио файл с продължителност на звука 10 секунди. равно на:
а) 940 KB;
б) 157 KB.

(, стр. 76, № 2.83)

Решение:

А).
1) 940 KB = 962560 байта = 7700480 бита
2) 7700480 bps: 10 сек = 770048 bps
3) 770048 bps: 16 бита = 48128 Hz - честота на дискретизация - близка до най-високата 44,1 kHz
Отговор: качество на аудио CD

б).
1) 157 KB = 160768 байта = 1286144 бита
2) 1286144 бита: 10 сек = 128614,4 bps
3) 128614,4 bps: 16 бита = 8038,4 Hz
Отговор: качество на излъчване

Отговор: а) качество на CD; б) качеството на предаването.

14. Определете дължината на звуковия файл, който ще се побере на 3,5” флопи диск. Моля, обърнете внимание, че за съхранение на данни на такава дискета са разпределени 2847 сектора от 512 байта.
а) с ниско качество на звука: моно, 8 бита, 8 kHz;
б) когато високо качествозвук: стерео, 16 бита, 48 kHz.

(, стр. 77, № 2.85)

Решение:

А).

8 бита x 8 000 = 64 000 бита = 8 000 байта = 7,8 KB/s
3) Времето за възпроизвеждане на 1423,5 KB моно аудио файл е:
1423,5 KB: 7,8 KB/s = 182,5 s ≈ 3 минути

б).
1) Информационният обем на дискета е равен на:
2847 сектора x 512 байта = 1457664 байта = 1423,5 KB
2) Информационният обем на звуков файл с продължителност 1 секунда е равен на:
16 бита x 48 000 x 2 = 1 536 000 бита = 192 000 байта = 187,5 KB/s
3) Времето за възпроизвеждане на 1423,5 KB стерео аудио файл е:
1423,5 KB: 187,5 KB/s = 7,6 s

Отговор: а) 3 минути; б) 7,6 секунди.

3. Двоично аудио кодиране.

При решаването на задачи той използва следния теоретичен материал:

За да се кодира аудио, аналоговият сигнал, показан на фигурата, е

равнината е разделена на вертикални и хоризонтални линии. Вертикалното разделяне е дискретизация на аналоговия сигнал (честота на измерване на сигнала), хоризонталното разделяне е квантуванепо ниво. т.е. отколкото по-фина мрежа– по-добрият аналогов звук се оценява приблизително с помощта на числа. Осембитовото квантуване се използва за дигитализиране на обикновена реч ( телефонен разговор) и радиопредавания на къси вълни. Шестнадесет бита - за цифровизиране на музика и VHF (ултра-къси вълни) радиопредавания.

Ниво "3"

15. Аналоговият аудиосигнал беше взет проби първо с помощта на 256 нива на сила на сигнала (качество на звука на излъчване) и след това с помощта на 65536 нива на сила на сигнала (качество на звука на аудио CD). Колко пъти се различават информационните обеми на цифровизирания звук? (, стр. 77, № 2.86)

Решение:

Дължината на кода на аналогов сигнал, използващ 256 нива на сила на сигнала, е 8 бита, при използване на 65536 нива на сила на сигнала е 16 бита. Тъй като дължината на кода на един сигнал се е удвоила, информационните обеми на цифровизирания звук се различават 2 пъти.

Отговор: 2 пъти.

Ниво "4"

16. Съгласно теоремата на Найкуист-Котелников, за да може един аналогов сигнал да бъде точно възстановен от дискретното му представяне (от неговите проби), честотата на дискретизация трябва да бъде поне два пъти по-голяма от максималната аудио честота на този сигнал.

· Каква трябва да бъде честотата на семплиране на човешки звук?

· Кое трябва да е по-високо: честотата на дискретизация на речта или честотата на дискретизация на звука на симфоничен оркестър?

Цел: запознаване на студентите с характеристиките на хардуера и софтуера за работа със звук. Дейности: привличане на знания от курс по физика (или работа с справочници). (, стр. ??, задача 2)

Решение:

Смята се, че честотният диапазон, който човек чува, е от 20 Hz до 20 kHz. По този начин, съгласно теоремата на Найкуист-Котелников, за да може аналоговият сигнал да бъде точно възстановен от неговото дискретно представяне (от неговите проби), честотата на семплиране трябва да бъде поне два пъти по-висока от максималната аудио честота на този сигнал. Максимум аудио честотакоито човек чува -20 kHz, което означава, че апаратътра и софтуертрябва да осигурява честота на семплиране поне 40 kHz и по-точно 44,1 kHz. Компютърната обработка на звука на симфоничен оркестър включва повече висока честотасемплиране от обработката на реч, тъй като честотният диапазон в случая на симфоничен оркестър е много по-голям.

Отговор: не по-малко от 40 kHz, честотата на семплиране на симфоничен оркестър е по-висока.

Ниво "5"

17. Фигурата показва звука от 1 секунда реч, записан от записващото устройство. Кодирайте го в двоичен цифров код с честота 10 Hz и дължина на кода 3 бита. (, стр. ??, задача 1)

Решение:

10Hz кодиране означава, че трябва да измерваме височината на звука 10 пъти в секунда. Нека изберем равноотдалечени моменти от време:

Дължина на кода от 3 бита означава 23 = 8 нива на квантуване. Тоест, като цифров код за височината на звука във всеки избран момент от времето, можем да зададем една от следните комбинации: 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, 111. Те са само 8, следователно , височината може да се измери с 8 "нива":

Ще „закръглим“ стойностите на височината до най-близкото по-ниско ниво:

Използвайки насамкодиране, получаваме следния резултат (зададени са интервали за четливост): 100 100 000 011 111 010 011 100 010 110.

Забележка. Препоръчително е да насочите вниманието на учениците към това колко неточно кодът предава промяната в амплитудата. Тоест, честота на дискретизация от 10 Hz и ниво на квантуване от 23 (3 бита) са твърде ниски. Обикновено за звук (глас) се избира честота на дискретизация от 8 kHz, т.е. 8000 пъти в секунда, и ниво на квантуване от 28 (код с дължина 8 бита).

Отговор: 100 100 000 011 111 010 011 100 010 110.

18. Обяснете защо нивото на квантуване, заедно с честотата на дискретизация, е една от основните характеристики на представянето на звука в компютъра. Цели:да консолидира разбирането на учениците за понятията "точност на представяне на данни", "грешка на измерване", "грешка на представяне"; преглед на двоичното кодиране и дължината на кода с учениците. Вид дейност: работа с дефиниции на понятия. (, стр. ??, задача 3)

Решение:

В геометрията, физиката, технологията съществува понятието "точност на измерването", тясно свързано с понятието "грешка при измерване". Но има и концепцията "прецизност на представяне".Например, за височината на човек, можете да кажете, че той: а) около. 2 m, b) малко повече от 1,7 m, c) равно на 1 m 72 cm, d) равно на 1 m 71 cm 8 mm. Тоест, 1, 2, 3 или 4 цифри могат да се използват за обозначаване на измерения растеж.
Същото важи и за двоичното кодиране. Ако се използват само 2 бита за запис на височината на тона в определен момент от време, тогава, дори ако измерванията са точни, могат да бъдат предадени само 4 нива: ниско (00), под средно (01), над средно (10), високо (11). Ако използвате 1 байт, можете да прехвърлите 256 нива. как по-високо ниво на квантуване, или, което е същото като Колкото повече битове са разпределени за запис на измерената стойност, толкова по-точно се предава стойността.

Забележка. Трябва да се отбележи, че измервателният уред също трябва да поддържа избраното ниво на квантуване (няма смисъл дължината, измерена с линийка, да се представя с дециметрови деления с милиметрова точност).

Отговор: колкото по-високо е нивото на квантуване, толкова по-точно се предава звукът.

Литература:

[ 1] Информатика. Задачна тетрадка-работилница в 2 тома / Изд. , : Том 1. - Лаборатория за фундаментални знания, 1999 - 304 с.: ил.

Семинар по информатика и информационни технологии. Урокза учебни заведения / , . – М.: Бином. Лаборатория на знанието, 2002. 400 с.: ил.

Информатика в училище: Приложение към сп. "Информатика и образование". № 4 - 2003. - М.: Образование и информатика, 2003. - 96 с.: ил.

И т.н. информационна култура: информация за кодиране. Информационни модели. 9-10 клас: Учебник за общообразователна подготовка образователни институции. - 2-ро изд. - М.: Дропла, 1996. - 208 с.: ил.

Сенокосов по информатика за ученици. - Екатеринбург: "U-Factoria", 2003. - 346. p54-56.

Времево семплиране на звука.

Звукът е звукова вълна с непрекъснато променящи се амплитуда и честота. Колкото по-голяма е амплитудата на сигнала, толкова по-силен е за човек, колкото по-голяма е честотата на сигнала, толкова по-висок е тонът. За да може компютърът да обработва звук, непрекъснатият звуков сигнал трябва да се преобразува в поредица от електрически импулси (двоични нули и 1).

В процеса на кодиране на непрекъснат аудио сигнал се извършва неговото времево семплиране. Продължителната звукова вълна се разделя на отделни малки времеви участъци, като за всеки такъв участък се задава определена стойност на амплитудата.
Дискретизацията е трансформирането на непрекъснати сигнали в набор от дискретни стойности, на всяка от които е присвоен специфичен двоичен код.

По този начин непрекъснатата зависимост на амплитудата на сигнала от времето A(t) се заменя с дискретна последователност от нива на гръмкост. На графиката това изглежда като заместване на гладка крива с последователност от „стъпки“.

На всяка "стъпка" се присвоява стойността на нивото на силата на звука, нейния код (1, 2, 3 и т.н.). Нивата на силата на звука могат да се разглеждат съответно като набор от възможни състояния голямо количествонивата на звука ще бъдат подчертани по време на процеса на кодиране, толкова повече информация ще носи стойността на всяко ниво и толкова по-добър ще бъде звукът. Модерен звукови картиосигуряват 16-битова дълбочина на аудио кодиране. Броят на различните нива на сигнала (състояния за дадено кодиране) може да се изчисли по формулата:
N=2 16 =65356[нива на звука],
където I е дълбочината на кодиране.

Така съвременните звукови карти могат да кодират 65536 нива на сигнала. На всяка стойност на амплитудата на аудио сигнала се задава 16-битов код.

При двоично кодиране на непрекъснат аудио сигнал той се заменя с последователност от дискретни нива на сигнала. Качеството на кодиране зависи от броя на измерванията на нивото на сигнала за единица време, тоест от честотата на дискретизация. Колкото повече измервания се правят за 1 секунда (колкото по-висока е честотата на дискретизация), толкова по-точна е процедурата за двоично кодиране.

Качеството на двоичното аудио кодиране се определя от дълбочината на кодиране и честотата на дискретизация.

Броят на измерванията в секунда може да варира от 8000 до 96000, т.е. честотата на дискретизация на аналоговия аудио сигнал може да приема стойности от 8 до 96 [kHz]. При честота от 8[kHz], качеството на семплирания аудио сигнал съответства на качеството на радиопредаване, а при честота от 96[kHz], то съответства на качеството на звука на аудио CD. Трябва също да се отбележи, че са възможни както моно, така и стерео режими.

Информационен обем на звуков файл

За да се определи силата на звука на аудио файл V sf, е необходимо да се умножи броят на измерванията K meas по дълбочината на кодиране (брой битове на ниво) V 1meas:

V zf \u003d K meas * V 1meas

Където броят на измерванията K meas зависи от:

Задача 1

Домашна работа

1 Определете силата на звука на стерео звуков файл със семплираща честота (dd)[kHz], звуково време (dd)[s] за (mm)-битово кодиране.

2 Определете времето за възпроизвеждане в [s] на моно аудио файл с размер, равен на (yy) [KB] при дълбочина на кодиране (mm) [BIT] и честота на семплиране (dd) [kHz].
Където (dd) е вашата дата на раждане, (mm) е вашият месец на раждане, (yy) е вашата година на раждане.

В колоната е изчисленият обем на аудио файла. Кодиране и обработка на звукова информация

Прочетете също

Честота на аудио дискретизация

Информационен обем на звуков файл

Основни методи за кодиране на аудио информация

Примери за звукови файлови формати

(, стр. 76, № 2.82)

12. Изчислете времето за възпроизвеждане на моно аудио файл, ако при 16-битово кодиране и честота на дискретизация 32 kHz неговият обем е равен на: а) 700 KB; б) 6300 KB

(, стр. 76, № 2.84)

(, стр. 76, № 2.83)

(, стр. 77, № 2.85)

Отговор: колкото по-високо е нивото на квантуване, толкова по-точно се предава звукът.

Времево семплиране на звука.

Информационен обем на звуков файл

V zf \u003d K meas * V 1meas

Задача 1

Домашна работа

12. Изчислете времето за възпроизвеждане на моно аудио файл, ако при 16-битово кодиране и честота на дискретизация 32 kHz неговият обем е равен на:
а) 700 KB;
б) 6300 KB