Задачи за кодиране на звукова информация.

Кодиране на информация

Една от основните линии в обучението по информатика е кодирането на информацията. Тази темасъответства на основните цели на дисциплината "Информатика и ИКТ": формиране на идеи за информация, идеи за измерванията на количеството информация, което е в различни видове възприятие.

В зависимост от начина на възприемане задачите за кодиране на информация се делят на три вида: кодиране на изображения, текст и звук. Всеки от изброените типове задачи винаги присъства в GIA, Единния държавен изпит и олимпиадите. Ето защо е най-важно да разберете тази област на компютърните науки.

Графични изкуства

DIV_ADBLOCK4">

Пример . Изчислете количеството видео памет, необходимо за съхранение растерно изображение, който заема целия екран на монитор с резолюция 640х480 пиксела, ако се използва палитра от 65536 цвята.

Решение.Дълбочината на цвета може да се намери по формулата N = 65536 = 2I, което означава I = 16 бита.Следователно, за да съхраните един пиксел на изображението, са необходими 16/8 = 2 байта видео памет. По този начин, за да се съхрани цялото изображение, се изисква Vgr = W*H*I = 640*480*2 = 614400 байта = 600 Kb.

Звук

Alphabet" href="/text/category/alfavit/" rel="bookmark">alphabet) като различни възможни равновероятни състояния (събития). След това всяко текстов символна всяка азбука (буква, цифра, препинателен знак и т.н.) може да бъде зададен код - цяло число. Така че техният информационен капацитет зависи от броя им в азбуката ( мощностазбука), колкото повече е броят им, толкова голямо количествоинформацията се носи от един символ. Например в руската азбука (без буквата “ё”) има 5 бита информация на знак (32=2I).

Пример. Определете информационния обем на поговорката в битове "Малка макара, но скъпа", ако мощността на азбуката е 16 бита (без кавички).

Решение:Просто трябва да преброите броя на знаците в изречението, без кавички, но включително интервали. (В същото време, ако приемем, че има един интервал между думите и няма интервали преди препинателните знаци). Умножете получената стойност по I = 4 бита. Тоест Vt \u003d 22 * ​​​​4 \u003d 44 бита.

Тези раздели се допълват и обобщават един друг, следователно, когато ги преподавате, трябва да спазвате съответствието в теоретичното изложение и при решаването на проблеми.

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.

Задача 3.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?

Задача 4.Определете обема на информацията на стерео аудио файл с продължителност на звука 1 секунда при високо качествозвук (16 бита, 48 kHz).

Задача 5.Определете количеството място за съхранение на цифров аудио файл, който има две минути време за възпроизвеждане при честота на дискретизация 44,1 kHz и разделителна способност 16 бита.

Задача 6.Една минута запис на цифров аудио файл заема 1,3 MB на диска, битовата дълбочина на звуковата карта е 8. С каква честота на дискретизация е записан звукът?

Задача 7.Колко място за съхранение е необходимо за съхраняване на висококачествен цифров аудио файл с 3 минути време за възпроизвеждане?

Задача 8.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?

Задача 9.Две минути цифров аудио запис заемат 5,05 MB дисково пространство. Честота на дискретизация - 22 050 Hz. Какъв е битът на аудио адаптера?

Задача 10.Обемът на свободната памет на диска е 0,1 GB, битовата дълбочина на звуковата карта е 16. Каква е продължителността на звука на цифров аудио файл, записан с честота на дискретизация 44 100 Hz?

• Задача 11.Оценете обема на информацията на стерео аудио файл с продължителност на звука 1 секунда (1 минута) с високо качество на звука (16 бита; 48 kHz)
• Задача 12.Изчислете времето за възпроизвеждане на моно аудио файл, ако с 16-битово кодиране и честота на дискретизация 32 kHz обемът му е равен на:
• A) 700 Kbytes;
• B) 6300 KB.

1. Звукът е звукова вълна с непрекъснато променящи се амплитуда и честота. За човек звукът е по-силен, толкова по-голяма е амплитудата на сигнала и колкото по-висок е тонът, толкова по-голяма е честотата на сигнала. Непрекъснатият сигнал не носи информация, така че трябва да се превърне в последователност от двоични нули и единици - двоичен (цифров) код.

2. Звукът се дигитализира от специално устройство на звуковата карта. Нарича се аналогово-цифров преобразувател (ADC). Обратният процес - възпроизвеждането на кодирания звук се извършва с помощта на цифрово-аналогов преобразувател (DAC). Нека разгледаме по-подробно тези процеси.

В процеса на кодиране на непрекъснат аудио сигнал, той се семплира във времето или, както се казва, "времева семплиране". Звуковата вълна се разделя на отделни малки времеви участъци и за всеки участък се задава определена стойност на амплитудата. Този методсе нарича PCM импулсно-амплитудна модулация (Импулсна кодова модулация ). По този начин гладката крива се заменя с последователност от "стъпки". На всяка "стъпка" се задава стойност на силата на звука (1, 2, 3 и т.н.). Колкото повече "стъпки", толкова повече нива на звука ще бъдат разпределени в процеса на кодиране и толкова повече информация ще носи стойността на всяко ниво и звукът ще бъде с по-добро качество.

2. Характеристики на дигитализирания звук.

Качеството на звука зависи от две характеристики - дълбочина на аудиокодиране и честота на дискретизация. Нека разгледаме тези характеристики.

Дълбочина на аудиокодиране ( аз ) е броят битове, използвани за кодиране на различни нива или състояния на сигнала. Тогава общият брой на такива състояния или нива ( н ) може да се изчисли по формулата:

N=2аз

Модерен звукови картиосигурете 16-битова дълбочина на аудио кодиране и тогава общият брой различни нива ще бъде:

N = 216 = 65536.

Честотата на дискретизация (M) е броят на измерванията на нивото на аудио сигнала за единица време. Тази характеристика показва качеството на звука и точността на процедурата. двоично кодиране. Измерва се в херци (Hz). Едно измерване за една секунда съответства на честота от 1 Hz, 1000 измервания за една секунда - 1 килохерц (kHz). Честотата на дискретизация на аудио сигнала може да приема стойности от 8 до 48 kHz. При честота от 8 kHz качеството на семплирания аудио сигнал съответства на качеството на радиопредаване, а при честота от 48 kHz качеството на звука на аудио сигнал CD.

Висококачествен звук се постига с честота на дискретизация от 44,1 kHz и дълбочина на аудио кодиране от 16 бита. Тъмният, приглушен звук се характеризира със следните параметри: честота на дискретизация - 11 kHz, дълбочина на кодиране - 8 бита.

За да намерите обема звукова информация, трябва да използвате следната формула: V =М*аз*T , където M е честотата на вземане на проби (в Hz), аз - дълбочина на кодиране (в битове), T — време за игра (в секунди).

Пример

Аудиото се възпроизвежда за 10 секунди при честота на дискретизация от 22,05 kHz и дълбочина на звука от 8 бита. Определете неговия размер (в байтове). Решение:

M \u003d 22,05 * 1000 \u003d 220500 Hz; I = 8/8=1 байт;

T = 10 секунди; V = 220500*10*1= 220500 байта.

№1

Определете количеството памет за съхраняване на моно аудио файл, който има време за възпроизвеждане от пет минути при честота на дискретизация 44 kHz и 16-битова дълбочина на кодиране.

Решение:

V=MIt = 44000Hz * 16 * 5 = 3520000 бита = 430 KB.

Отговор: 430 KB.

№2

Каква трябва да бъде честотата на дискретизация и дълбочината на кодиране за "запис на аудио информация с продължителност 2 минути, ако потребителят има памет от 5,1 MB.

Решение:

M*I=V/t;

M*I = 5.1 *1024*1024*8/2/60 = 356515 ( Hz * бит).

Опция 1

356515 (Hz * бита) = 22,05 kHz * 16 бита.

Отговор: 22,05 kHz и 16 бита.

Вариант 2

356515 (Hz * бита) = 44,1 kHz * 8 бита.

Отговор: 44,1 kHz и 8 бита.

№3

Обемът на свободното дисково пространство е 5,25 MB, дълбочината на кодиране е 8. Звуковата информация се записва с честота на дискретизация 44,1 kHz. Каква е продължителността на такава информация?