Sarcini privind codificarea informațiilor audio.

Codificarea informațiilor

Una dintre liniile principale în predarea informaticii este codificarea informațiilor. Acest subiect corespunde obiectivelor principale ale disciplinei „Informatică și TIC”: formarea de idei despre informație, idei despre măsurători ale volumului de informații găsite în diverse tipuri de percepție.

În funcție de metoda de percepție, sarcinile de codificare a informațiilor sunt împărțite în trei tipuri: codare de imagine, text și sunet. Oricare dintre tipurile de probleme enumerate este întotdeauna prezent la examenul de stat, examenul de stat unificat și olimpiade. Prin urmare, este cel mai important să înțelegeți acest domeniu al informaticii.

Grafică

DIV_ADBLOCK4">

Exemplu . Calculați cantitatea de memorie video necesară pentru stocare bitmap, ocupând întreg ecranul monitorului cu o rezoluție de 640x480 pixeli, dacă se folosește o paletă de 65536 culori.

Soluţie. Adâncimea culorii poate fi găsită folosind formula N = 65536 = 2I, ceea ce înseamnă I = 16 biți. Prin urmare, stocarea unui pixel al imaginii va necesita 16/8 = 2 octeți de memorie video. Astfel, pentru a stoca întreaga imagine veți avea nevoie de Vgr = W*H*I = 640*480*2 = 614400 bytes = 600 KB.

Sunet

Alphabet" href="/text/category/alfavit/" rel="bookmark">alphabet) ca diferite stări (evenimente) posibile la fel de probabile. Apoi fiecare simbol text Orice alfabet (litera, cifra, semnul de punctuație etc.) i se poate atribui un cod - un număr întreg. Aceasta înseamnă că capacitatea lor de informare depinde de numărul lor din alfabet ( putere alfabet), cu cât numărul lor este mai mare, cu atât Mai mult informația este purtată de un singur personaj. De exemplu, în alfabetul rus (fără litera „е”) există 5 biți de informații per caracter (32=2I).

Exemplu. Determinați volumul de informații al proverbului în biți „Mic este bobina, dar dragă” dacă puterea alfabetului este de 16 biți (fără ghilimele).

Soluţie: Trebuie doar să numărați numărul de caractere dintr-o propoziție, fără ghilimele, dar incluzând spațiile. (Presupunând că există un spațiu între cuvinte și niciun spațiu înaintea semnelor de punctuație). Înmulțiți valoarea rezultată cu I = 4 biți. Adică Vt = 22*4 = 44 de biți.

Aceste secțiuni se completează și se generalizează reciproc, prin urmare, atunci când le predați, trebuie respectată consecvența în prezentarea teoretică și rezolvarea problemelor.

Problema 2. Determinați dimensiunea (în octeți) a unui fișier audio digital al cărui timp de redare este de 10 secunde la o rată de eșantionare de 22,05 kHz și o rezoluție de 8 biți.

Sarcina 3. Cantitatea de memorie liberă de pe disc este de 5,25 MB, adâncimea de biți a plăcii de sunet este de 16. Care este durata sunetului unui fișier audio digital înregistrat cu o frecvență de eșantionare de 22,05 kHz?

Sarcina 4. Determinați volumul de informații al unui fișier audio stereo cu o durată a sunetului de 1 secundă când calitate superioară audio (16 biți, 48 kHz).

Sarcina 5. Determinați cantitatea de memorie pentru stocarea unui fișier audio digital al cărui timp de redare este de două minute la o frecvență de eșantionare de 44,1 kHz și o rezoluție de 16 biți.

Sarcina 6. Un minut de înregistrare a unui fișier audio digital ocupă 1,3 MB de spațiu pe disc, iar capacitatea de biți a plăcii de sunet este de 8. La ce frecvență de eșantionare este înregistrat sunetul?

Sarcina 7. Câtă memorie este necesară pentru a stoca un fișier audio digital de înaltă calitate cu un timp de redare de 3 minute?

Sarcina 8. Fișierul audio digital conține înregistrare audio de calitate scăzută (sunetul este întunecat și înfundat). Care este durata unui fișier dacă dimensiunea acestuia este de 650 KB?

Sarcina 9. Două minute de înregistrare a unui fișier audio digital ocupă 5,05 MB de spațiu pe disc. Frecvența de eșantionare - 22.050 Hz. Care este adâncimea de biți a adaptorului audio?

Problema 10. Cantitatea de memorie liberă de pe disc este de 0,1 GB, adâncimea de biți a plăcii de sunet este de 16. Care este durata sunetului unui fișier audio digital înregistrat cu o frecvență de eșantionare de 44.100 Hz?

• Problema 11. Estimați volumul de informații al unui fișier audio stereo cu o durată a sunetului de 1 secundă (1 min) cu o calitate ridicată a sunetului (16 biți; 48 kHz)
• Problema 12. Calculați timpul de redare al unui fișier audio mono dacă, cu codificare pe 16 biți și o frecvență de eșantionare de 32 kHz, volumul acestuia este egal cu:
• A) 700 KB;
• B) 6300 KB.

1. Sunetul este o undă sonoră cu amplitudine și frecvență în continuă schimbare. Pentru oameni, cu cât sunetul este mai puternic, cu atât este mai mare amplitudinea semnalului și cu cât înălțimea este mai mare, cu atât frecvența semnalului este mai mare. Un semnal continuu nu transportă nicio informație, așa că trebuie convertit într-o secvență de zerouri și unu-uri binare - un cod binar (digital).

2. Digitalizarea audio se realizează printr-un dispozitiv special de pe placa de sunet. Se numește convertor analog-digital (ADC). Procesul invers - sunetul codificat este reprodus folosind un convertor digital-analogic (DAC). Să aruncăm o privire mai atentă asupra acestor procese.

În procesul de codificare a unui semnal audio continuu, acesta este eșantionat în timp sau, după cum se spune, „eșantionare în timp”. Unda sonoră este împărțită în secțiuni de timp mici separate și o anumită valoare a amplitudinii este setată pentru fiecare secțiune. Această metodă numită modulație în amplitudine a pulsului RSM ( Modularea codului de impulsuri ). Astfel, curba netedă este înlocuită cu o secvență de „pași”. Fiecărui „pas” i se atribuie o valoare a volumului sunetului (1, 2, 3 etc.). Cu cât sunt mai mulți „pași”, cu atât mai multe niveluri de volum vor fi alocate în timpul procesului de codificare și cu atât mai multe informații va conține semnificația fiecărui nivel și cu atât sunetul va fi de calitate mai mare.

2. Caracteristicile sunetului digitizat.

Calitatea sunetului depinde de două caracteristici - adâncimea de codificare audio și frecvența de eșantionare. Să ne uităm la aceste caracteristici.

Adâncimea codării audio ( eu ) este numărul de biți utilizați pentru a codifica diferite niveluri sau stări ale semnalului. Apoi, numărul total de astfel de stări sau niveluri ( N ) poate fi calculat folosind formula:

N=2eu.

Modern plăci de sunet oferă o adâncime de codificare audio de 16 biți, iar apoi numărul total de niveluri diferite va fi:

N = 216 = 65536.

Rata de eșantionare (M) este numărul de măsurători ale nivelului semnalului audio pe unitatea de timp. Această caracteristică arată calitatea sunetului și acuratețea procedurii codificare binară. Măsurat în herți (Hz). O măsurătoare pe secundă corespunde unei frecvențe de 1 Hz, 1000 de măsurători pe secundă - 1 kilohertz (kHz). Frecvența de eșantionare a semnalului audio poate lua valori de la 8 la 48 kHz. La o frecvență de 8 kHz, calitatea semnalului audio eșantionat corespunde calității unei emisiuni radio, iar la o frecvență de 48 kHz, calitatea audio CD.

O calitate ridicată a sunetului este obținută cu o frecvență de eșantionare de 44,1 kHz și o adâncime de codificare a sunetului de 16 biți. Un sunet sumbru, înăbușit este caracterizat de următorii parametri: frecvența de eșantionare - 11 kHz, adâncimea de codare - 8 biți.

Pentru a găsi volumul informații audio, trebuie să utilizați următoarea formulă: V=M*eu*t , unde M este frecvența de eșantionare (în Hz), eu - adâncimea codării (în biți), t — timpul de redare (în secunde).

Exemplu

Sunetul este redat timp de 10 secunde la o rată de eșantionare de 22,05 kHz și o adâncime audio de 8 biți. Determinați dimensiunea acestuia (în octeți). Soluţie:

M = 22,05*1000 = 220500 Hz; I = 8/8=1 octet;

T = 10 secunde; V = 220500*10*1= 220500 octeți.

№1

Determinați cantitatea de memorie pentru stocarea unui fișier audio mono, al cărui timp de redare este de cinci minute la o frecvență de eșantionare de 44 kHz și o adâncime de codificare de 16 biți.

Soluţie:

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

Răspuns: 430 KB.

№2

Care ar trebui să fie frecvența de eșantionare și adâncimea de codificare pentru „înregistrarea informațiilor audio care durează 2 minute, dacă utilizatorul are o capacitate de memorie de 5,1 MB.

Soluţie:

M*I=V/t;

M*I = 5,1 *1024*1024*8/2/60 = 356515 ( Hz * bit).

Opțiunea 1

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

Răspuns: 22,05 kHz și 16 biți.

Opțiunea 2

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

Răspuns: 44,1 kHz și 8 biți.

№3

Cantitatea de memorie liberă de pe disc este de 5,25 MB, adâncimea de codificare este de 8. Informațiile de sunet sunt înregistrate cu o frecvență de eșantionare de 44,1 kHz. Cât durează această informație?