МБОУ СОШ №18 имени Э.Д. Потапова
Кодирование и обработка звуковой информации
Кодирование и обработка графической и мультимедийной информации
9 класс
Учитель информатики
Зацепина Е.М.
Изучение темы «Кодирование и обработка звуковой информации» поможет:
Звуковая информация
Использование компьютера для обработки звука началось позднее, нежели чисел, текстов и графики.
Звуковые сигналы в окружающем нас мире необычайно разнообразны. Сложные непрерывные сигналы можно с достаточной точностью представлять в виде суммы некоторого числа простейших синусоидальных колебаний. Причем каждое слагаемое, то есть каждая синусоида, может быть точно задана некоторым набором числовых параметров – амплитуды, фазы и частоты, которые можно рассматривать как код звука в некоторый момент времени.
Кодирование звука
Раздаточный материал
Звук – это распространяющаяся в воздухе, воде или другой среде волна (колебания воздуха или другой среды), с непрерывно меняющейся частотой и амплитудой.
Чем больше амплитуда – тем громче звук.
Чем больше частота колебаний – тем выше тон звука.
Процесс преобразования звуковых волн в двоичный код в памяти компьютера
Процесс воспроизведения звуковой информации, сохраненной в памяти ЭВМ
Аудиоадаптер (звуковая плата) - специальное устройство, подключаемое к компьютеру, предназначенное для преобразования электрических колебаний звуковой частоты в числовой двоичный код при вводе звука и для обратного преобразования (из числового кода в электрические колебания) при воспроизведении звука.
Временная дискретизация звука
В процессе кодирования звукового сигнала производится его временная дискретизация – непрерывная волна разбивается на отдельные маленькие временные участки «ступеньки» . Каждой «ступеньке» присваивается код громкости звука. Чем больше таких ступенек, тем точнее кодирование звука.
Для каждого такого участка устанавливается определенная величина амплитуды.
Таким образом непрерывная зависимость амплитуды сигнала от времени заменяется на дискретную последовательность уровней громкости.
Частота дискретизации
Глубина кодирования
Каждой "ступеньке" присваивается определенное значение уровня громкости звука.
Уровни громкости звука можно рассматривать как набор возможных состояний N, для кодирования которых необходимо определенное количество информации I, которое называется глубиной кодирования звука.
Количество уровней громкости определяет глубину кодирования. Современные звуковые карты обеспечивают 16-битную глубину кодирования звука. При этом количество уровней громкости равно N = 2 I = 2 16 = 65536.
Качество оцифрованного звука
Чем больше частота и глубина дискретизации звука, тем более качественным будет звучание оцифрованного звука.
Самое низкое качество оцифрованного звука, соответствующее качеству телефонной связи, получается при частоте дискретизации 8000 раз в секунду, глубине дискретизации 8 битов и записи одной звуковой дорожки (режим "моно").
Самое высокое качество оцифрованного звука, соответствующее качеству аудио-CD, достигается при частоте дискретизации 48 000 раз в секунду, глубине дискретизации 16 битов и записи двух звуковых дорожек (режим "стерео").
Хранение звуковых файлов
- Оцифрованный звук можно сохранять без сжатия в звуковых файлах в универсальном формате WAV или в формате со сжатием МР3 .
- При сохранении звука в форматах со сжатием отбрасываются "избыточные" для человеческого восприятия звуковые частоты с малой интенсивностью, совпадающие по времени со звуковыми частотами с большой интенсивностью.
- Применение такого формата позволяет сжимать звуковые файлы в десятки раз, однако приводит к необратимой потере информации (файлы не могут быть восстановлены в первоначальном виде).
Звуковые редакторы
Операции копирования, перемещения и удаления частей звуковой дорожки можно легко осуществлять с помощью мыши.
Кроме того, можно накладывать звуковые дорожки друг на друга ( микшировать звуки ) и применять различные акустические эффекты (эхо, воспроизведение в обратном направлении и др.).
Информационный объем звукового файла
N=2 b
I=H*t*b
N – количество уровней громкости
b -глубина кодирования, разрядность квантования (бит)
H– частота дискретизации (кГц)
I – информационный объем звукового файла (бит)
Пример:
информационный объем цифрового стереозвукового файла длительностью звучания 1 секунда при среднем качестве звука (16 битов,
24 000 измерений в секунду).
Для этого глубину кодирования необходимо умножить на количество измерений в 1 секунду и умножить на 2 (стереозвук):
I=H*t*b = 16 бит × 24 000 × 2 = 768 000 бит = 96 000 байт = 93,75 Кбайт.
Чем выше качество цифрового звука, тем больше информационный объем звукового файла.
Рассчитаем необходимый информационный объем аудиофайла, длительностью 1 секунда при качестве кодирования 16 битов и частотой дискретизации 48кГц:
- Количество битов умножаем на частоту дискретизации:
16 бит *48 000 * 1сек = 76800 бит
Задание 1.
Определить объем памяти для хранения цифрового аудиофайла, время звучания которого составляет две минуты при частоте дискретизации 44,1 кГц и разрешении 16 битов.
Запись условия
T=2 мин
b = 16 бит
H= 44,1 кГц
Моно- ×1
I =?
Решение
I = T × b × H
I =2×60 ×16 × 44,1 × 1=
(120 × 16 × 44 100) бит = 84672000 бит/8= 10584000байт/1024 = 10335,9375 Кбайт/1024 = 10,09 Мбайт
Задание 2.
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?
Запись условия
I =2,6 Мб
T=1 мин =60 с
Моно- ×1
b = ?
H= ?
Решение
I= T ×b × H × 1;
b × H= I / T
b × H= 2,6 Мб/1 мин. = 2,6×1024×1024×8 бит/ 60 сек=21810380,8/60=
363506,237
363506,237/8=45438,3
363506,237/16=22719,15
Ответ.
Если b =8 бит, то H=44,1 кГц.
Если b =16 бит, то H=22,05 кГц.
Закрепление
Звуковая плата производит двоичное кодирование аналогового звукового сигнала. Какое количество информации необходимо для кодирования каждого из 65 536 возможных уровней интенсивности сигнала? 1) 16 битов; 2) 256 битов; 3) 1 бит; 4) 8 битов.
Оценить информационный объем цифровых звуковых файлов длительностью 10 секунд при глубине кодирования и частоте дискретизации звукового сигнала, обеспечивающих минимальное и максимальное качество звука:
а) моно, 8 битов, 8000 измерений в секунду; б) стерео, 16 битов, 48 000 измерений в секунду.
Задание 3-4.
№ 92
Объем свободной памяти на диске — 5,25 Мб, разрядность звуковой платы — 16бит. Какова длительность звучания цифрового аудиофайла, записанного с частотой дискретизации 22,05 кГц?
№ 93
Одна минута записи цифрового аудиофайла занимает на диске 1,3 Мб, разрядность звуковой платы – 8 бит. С какой частотой дискретизации записан звук?
Задачи
Задание 5-6.
№ 94
Какой объем памяти требуется для хранения цифрового аудиофайла с записью звука высокого качества при условии, что время звучания составляет 3 минуты?
№ 95
Цифровой аудиофайл содержит запись звука низкого качества (звук мрачный и приглушенный). Какова длительность звучания файла, если его объем составляет 650 Кб?
Домашнее задание
http://www.5byte.ru/9/0009.php
Задания для самостоятельного выполнения
1.22.
Задание с выборочным ответом. Звуковая плата производит двоичное кодирование аналогового звукового сигнала. Какое количество информации необходимо для кодирования каждого из 65 536 возможных уровней интенсивности сигнала? 1) 16 битов; 2) 256 битов; 3) 1 бит; 4) 8 битов.
1.23.
Задание с развернутым ответом. Оценить информационный объем цифровых звуковых файлов длительностью 10 секунд при глубине кодирования и частоте дискретизации звукового сигнала, обеспечивающих минимальное и максимальное качество звука: а) моно, 8 битов, 8000 измерений в секунду; б) стерео, 16 битов, 48 000 измерений в секунду.
Итог урока
- Звук — это упругие волны, распространяющиеся в какой-либо упругой среде и создающие в ней механические колебания.
- В процессе кодирования звукового сигнала производится его временная дискретизация – непрерывная волна разбивается на отдельные маленькие временные участки «ступеньки».
- Качество компьютерного звука определяется характеристиками аудиоадаптера:
- Частотой дискретизации Разрядностью(глубина звука).
- Частотой дискретизации
- Разрядностью(глубина звука).
Информационные ресурсы
- Н. Д. Угринович «Информатика и ИКТ. Базовый курс: 9 класс»
- www.5byte.ru
- http://fcior.edu.ru
- Фестиваль педагогических идей «Открытый урок»Звук. Двоичное кодирование звуковой информации. Супрягина Елена Александровна, учитель информатики.
Получите свидетельство
Вход
Презентация "Кодирование и обработка звуковой информации" (2.51 MB)
0
2652
323
Нравится
0
