Uppgifter för att koda ljudinformation.

Informationskodning

En av huvudlinjerna i undervisningen i datavetenskap är kodning av information. Det här ämnet motsvarar huvudmålen för disciplinen "Informatik och IKT": bildandet av idéer om information, idéer om mätningarna av mängden information som finns i olika typer av perception.

Beroende på uppfattningssättet delas uppgifter för kodning av information in i tre typer: kodning av bilder, text och ljud. Någon av de listade typerna av uppgifter finns alltid i GIA, Unified State Examination och Olympiads. Därför är det viktigast att förstå detta område av datavetenskap.

Grafisk konst

DIV_ADBLOCK4">

Exempel . Beräkna mängden videominne som krävs för lagring bitmapp, som upptar hela skärmen på en bildskärm med en upplösning på 640x480 pixlar, om en palett med 65536 färger används.

Lösning. Färgdjupet kan hittas med formeln N = 65536 = 2I, vilket betyder I = 16 bitar. För att lagra en bildpixel krävs därför 16/8 = 2 byte videominne. För att lagra hela bilden krävs alltså Vgr = W*H*I = 640*480*2 = 614400 byte = 600 Kb.

Ljud

Alfabetet" href="/text/category/alfavit/" rel="bookmark">alfabetet) som olika möjliga lika sannolika tillstånd (händelser). text karaktär vilket alfabet som helst (bokstav, siffra, skiljetecken, etc.) kan tilldelas en kod - ett heltal. Så deras informationskapacitet beror på deras antal i alfabetet ( kraft alfabetet), ju fler deras nummer, de stor kvantitet informationen bärs av en symbol. Till exempel, i det ryska alfabetet (utan bokstaven "ё") finns det 5 bitar av information per tecken (32=2I).

Exempel. Bestäm informationsvolymen för ordspråket i bitar "Liten spole, men dyr" om kraften i alfabetet är 16 bitar (utan citattecken).

Lösning: Du behöver bara räkna antalet tecken i meningen, inte inklusive citattecken, utan inklusive mellanslag. (Samtidigt, förutsatt att det finns ett mellanslag mellan ord och att det inte finns några mellanslag före skiljetecken). Multiplicera det resulterande värdet med I = 4 bitar. Det vill säga Vt \u003d 22 * ​​4 \u003d 44 bitar.

Dessa avsnitt är ett komplement och generalisering av varandra, därför bör man, när man undervisar i dem, observera korrespondensen i den teoretiska presentationen och vid lösning av problem.

Uppgift 2. Bestäm storleken (i byte) på en digital ljudfil vars speltid är 10 sekunder vid en samplingshastighet på 22,05 kHz och en upplösning på 8 bitar.

Uppgift 3. Mängden ledigt minne på disken är 5,25 MB, ljudkortets bitdjup är 16. Hur lång är ljudet från en digital ljudfil inspelad med en samplingsfrekvens på 22,05 kHz?

Uppgift 4. Bestäm informationsvolymen för en stereoljudfil med en ljudlängd på 1 sekund kl hög kvalitet ljud (16 bitar, 48 kHz).

Uppgift 5. Bestäm mängden lagringsutrymme för en digital ljudfil som har en speltid på två minuter med en samplingshastighet på 44,1 kHz och en upplösning på 16 bitar.

Uppgift 6. En minuts inspelning av en digital ljudfil upptar 1,3 MB på disken, ljudkortets bitdjup är 8. Med vilken samplingshastighet spelades ljudet in?

Uppgift 7. Hur mycket lagringsutrymme krävs för att lagra en högkvalitativ digital ljudfil med 3 minuters uppspelningstid?

Uppgift 8. Den digitala ljudfilen innehåller en ljudinspelning av låg kvalitet (ljudet är mörkt och dämpat). Hur lång är ljudet för en fil om dess volym är 650 KB?

Uppgift 9. Två minuters digital ljudinspelning tar upp 5,05 MB diskutrymme. Samplingsfrekvens - 22 050 Hz. Vad är bitheten på ljudadaptern?

Uppgift 10. Mängden ledigt minne på disken är 0,1 GB, ljudkortets bitdjup är 16. Hur länge har ljudet från en digital ljudfil inspelad med en samplingshastighet på 44 100 Hz?

• Uppgift 11. Uppskatta informationsvolymen för en stereoljudfil med en ljudlängd på 1 sekund (1 minut) med hög ljudkvalitet (16 bitar; 48 kHz)
• Uppgift 12. Beräkna speltiden för en monoljudfil om, med 16-bitars kodning och en samplingshastighet på 32 kHz, dess volym är lika med:
• A) 700 Kbyte;
• B) 6300 KB.

1. Ljud är en ljudvåg med en ständigt föränderlig amplitud och frekvens. För en person är ljudet högre, ju större amplitud signalen har, och ju högre ton, desto högre frekvens på signalen. En kontinuerlig signal bär inte information, så den måste omvandlas till en sekvens av binära nollor och ettor - en binär (digital) kod.

2. Ljudet digitaliseras av en speciell enhet på ljudkortet. Det kallas en analog-till-digital-omvandlare (ADC). Den omvända processen - återgivningen av det kodade ljudet utförs med en digital-till-analog-omvandlare (DAC). Låt oss ta en närmare titt på dessa processer.

I processen att koda en kontinuerlig ljudsignal samplas den i tid, eller, som man säger, "temporal sampling". Ljudvågen är uppdelad i separata små tidssektioner och ett visst amplitudvärde ställs in för varje sektion. Den här metoden kallas PCM puls-amplitudmodulering ( Pulskodmodulering ). Således ersätts en jämn kurva med en sekvens av "steg". Varje "steg" tilldelas ett ljudvolymvärde (1, 2, 3, etc.). Ju fler "steg", desto fler volymnivåer kommer att tilldelas i kodningsprocessen, och desto mer information kommer att bäras av värdet på varje nivå och ljudet kommer att vara av bättre kvalitet.

2. Egenskaper för det digitaliserade ljudet.

Ljudkvaliteten beror på två egenskaper - ljudkodningsdjup och samplingshastighet. Låt oss överväga dessa egenskaper.

Ljudkodningsdjup ( jag ) är antalet bitar som används för att koda olika signalnivåer eller tillstånd. Sedan det totala antalet sådana tillstånd eller nivåer ( N ) kan beräknas med formeln:

N=2jag.

Modern ljudkort tillhandahålla 16-bitars ljudkodningsdjup, och då blir det totala antalet olika nivåer:

N = 216 = 65536.

Samplingsfrekvensen (M) är antalet mätningar av ljudsignalnivån per tidsenhet. Denna egenskap indikerar kvaliteten på ljudet och noggrannheten i proceduren. binär kodning. Det mäts i hertz (Hz). En mätning på en sekund motsvarar en frekvens på 1 Hz, 1000 mätningar på en sekund - 1 kilohertz (kHz). Samplingsfrekvensen för ljudsignalen kan ta värden från 8 till 48 kHz. Vid en frekvens på 8 kHz motsvarar kvaliteten på den samplade ljudsignalen kvaliteten på en radiosändning och vid en frekvens på 48 kHz, ljudkvaliteten hos en ljudsignal CD.

Högkvalitativt ljud uppnås med en samplingsfrekvens på 44,1 kHz och ett ljudkodningsdjup på 16 bitar. Det mörka, dämpade ljudet kännetecknas av följande parametrar: samplingshastighet - 11 kHz, kodningsdjup - 8 bitar.

För att hitta volymen ljudinformation måste du använda följande formel: V =M*jag*t , där M är samplingsfrekvensen (i Hz), jag - kodningsdjup (i bitar), t — speltid (i sekunder).

Exempel

Ljud spelas upp i 10 sekunder med en samplingshastighet på 22,05 kHz och ett ljuddjup på 8 bitar. Bestäm dess storlek (i byte). Lösning:

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

T = 10 sekunder; V = 220500*10*1= 220500 byte.

№1

Bestäm mängden minne för att lagra en monoljudfil som har en uppspelningstid på fem minuter med en samplingshastighet på 44 kHz och ett 16-bitars kodningsdjup.

Lösning:

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

Svar: 430 KB.

№2

Vad ska vara samplingshastigheten och kodningsdjupet för "inspelning av ljudinformation som varar i 2 minuter, om användaren har ett minne på 5,1 MB.

Lösning:

M*I=V/t;

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

Alternativ 1

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

Svar: 22,05 kHz och 16 bitar.

Alternativ 2

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

Svar: 44,1 kHz och 8 bitar.

№3

Mängden ledigt diskutrymme är 5,25 MB, kodningsdjupet är 8. Ljudinformation spelas in med en samplingsfrekvens på 44,1 kHz. Hur lång tid har sådan information?