Кодирование звуковой информации

ГПОУ «Ленинск-Кузнецкий политехнический техникум»

Информатика

Кодирование звука

Преподаватель: информатики

Щеглова А.А.

для студентов I курса

Ленинск-Кузнецкий, 2024

Содержание

Понятие «звук»

Временная дискретизация звука

Процесс преобразования звуковых волн

Процесс воспроизведения звуковой информации

Методы кодирования звуковой информации

Форматы звуковых файлов

Объем цифрового моноаудиофайла

Объем цифрового стереоаудиофайла

Задачи:

1

2

3

4

5

№ 1

Оцените объем моноаудиофайла длительностью звучания 10с при частоте дискретизации  22,05 кГц и разрешении 8 бит. Ответ запишите в байтах, килобайтах и мегабайтах. Результат округлить до двух знаков после запятой

Введите ответ: байт = Кбайт=

= Мбайт

Теория

Решение

№ 2

  Определить информационный объем стерео аудио файла длительностью звучания 1 секунда при высоком качестве звука(16 битов, 48 кГц). Результат

округлить до одного знака после запятой

V = байт= Кбайт

Решение

Теория

№ 3

Определить объем памяти для хранения цифрового

моноаудиофайла, время звучания которого составляет

д ве минуты при частоте дискретизации 44,1 кГц и разрешении 16 битов.

V = байт

Решение

Теория

№ 4

Определите длительность звукового файла, который уместится на гибкой дискете 3,5”. Учтите, что для хранения данных на такой дискете выделяется 2847 секторов объемом 512 байт. При низком качестве звука: моно, 8 бит, 8 кГц 

t = мин

Решение

Теория

Дано: Решение:

t = 10 c

η= 22,05 кГц

I= 8 бит

Моно

η= 22,05 кГц =22050Гц

Найти:

V = ?

Ответ: 220500 байт=215,33Кб=0,21Мб

Дано: Решение:

η= 48 кГц =48000Гц

t = 1 c

η= 48 кГц

I= 16 бит

Стерео

Найти:

V = ?

Ответ: 192000 байт=187,5Кб

Дано: Решение:

η= 44,1 кГц =44100Гц

t = 2 мин

η= 44,1 кГц

I= 16 бит

Моно

t= 2 мин =2∙ 60 с=120 с

Найти:

V = ?

Ответ: 10584000байт=10335,5Кб=10,1Мб

Дано: Решение:

t= 1 мин

I= 8 бит

V=1,3Мб

Найти:

η = ?

t =1 мин = 60 сек

V = 1,3 Мб = 1,3*1024*1024 байт=

=13631488байт

Информационный объем звукового файла длительностью в 1 секунду равен: 

т.к. такой частоты дискретизации нет, Значит η=22,05кГц

Список литературы

• Информатика и ИКТ. 10 класс. Базовый уровень/ Под ред. проф. Н.В.Макаровой. – СПб.: Лидер, 2010. – 256 с.: ил.
• Увлекательная информатика. 5-11 классы: логические задачи, кроссворды, ребусы, игры/ авт.-сост. Н.А. Владимирова. – Волгоград: Учитель, 2011. -141 с.
• Информатика. 2-11 классы: внеклассные мероприятия, Неделя информатики/ авт.-сост. А.Г.Куличкова. – Волгоград: Учитель, 2010. -152 с.
• Информатика. Задачник –практикум в 2 т.. Том 1/ Л.А. Залогова, М.А.Плаксин, С.В.Русаков и др.; под ред. И.Г. Семакина, Е.К.Хеннера. - 5-е изд. – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2008. – 309 с.: ил.
• Занимательные задачи по информатике/ Л.Л.Босова, А.Ю Босов, Ю.Г.Коломенская. 3-е изд. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2007. – 119 с.: ил. – (Задачник)
• Тестирование по информатике в формате ЕГЭ: рекомендации по решению заданий / авт. - сост. М.В.Зорин. – Волгоград: Учитель, 2009. – 223 с.

Интернет ресурсы

• http://znanija.com/task/2623863
• http://www.edu.cap.ru/home/5602/doc/ppt/__.ppt
• http://znanija.com/task/2865405
• http://znanija.com/task/2865405
• http://wiki.iteach.ru/images/b/b8/%D0%9A%D0%BE%D0%BD%D1%82%D1%80%D0%BE%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D1%80%D0%B0%D0%B1%D0%BE%D1%82%D0%B0_%D0%9A%D0%BE%D0%BB%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%BE_%D0%B8%D0%BD%D1%84%D0%BE%D1%80%D0%BC%D0%B0%D1%86%D0%B8%D0%B82.doc
• http://festival.1september.ru/articles/510075/
• http://bosova-gdz.ru/bosova-8-class/14-zadaniya-k-glave-informaciya-i-informacionnye-processy-otvety.html
• http://znanija.com/task/2755160

Интернет ресурсы

• http://slcomfort.com.ua/images/lot/Gloss/DD/Sound_nature_1.png
• http://i50.photobucket.com/albums/f321/emkah/musicnoise.jpg
• http://www.5byte.ru/11/images/inf23.gif
• http://tvoya1kniga.ru/wp-content/uploads/2012/08/zvuk1-1024x811.jpg
• http://www.kursiv.ru/kursivnew/format_magazine/archive/14/images/10_2.jpg
• http://900igr.net/datai/informatika/Rastrovye-izobrazhenija/0013-011-Rastrovoe-kodirovanie-tsvetnykh-izobrazhenij.png
• http://dxmbkxacdb7tv.cloudfront.net/860f5b27-4c86-4819-8d6a-0898141bf2d3/zvuk.png
• http://dxmbkxacdb7tv.cloudfront.net/e3304e8b-8d79-4791-a62a-0f5867c2d7fc/zvuk_2.png
• http://lib2.podelise.ru/tw_files2/urls_63/3/d-2246/7z-docs/8_html_m3818b96c.jpg
• http://procpp.ru/wp-content/uploads/theory-c-cpp/basic-theory/graphics/oxy.png

Интернет ресурсы

• http://www.profistart.ru/ps/blog/14665.html
• http://wiki.vspu.ru/workroom/pi11-2010/сухих
• http://ppt4web.ru/informatika/zvukovaja-informacija.html
• http://kobriniq.ru/spravochnik-po-informatike/rastrovaya-vektornaya-i-fraktalnaya-grafika
• http://www.yaklass.ru/p/informatika/10-klass/informatciia-i-informatcionnye-protcessy-11955/predstavlenie-nechislovoi-informatcii-v-kompiutere-12433/re-b2f76748-2c67-4268-8bc3-c1227079274c
• http://festival.1september.ru/articles/533964/
• http://www.gym075.edusite.ru/zadacha-objen-zvuk.html
• http://festival.1september.ru/articles/533964/
• http://tinkova.ucoz.ru/index/kodirovanie_2/0-98
• http://ivan101.narod.ru/gos/inf/25.htm

Интернет ресурсы

• http://slcomfort.com.ua/images/lot/Gloss/DD/Sound_nature_1.png
• http://rabotasozvukom.ucoz.ru/index/urok_1_vvedenie_v_temu/0-37
• http://i023.radikal.ru/1406/19/88ca258e4aef.png
• http://img-fotki.yandex.ru/get/6520/159224724.5f/0_ca1ef_76f0361d_XL
• http://novitex.com.ua/img/cms/art/139-kotel/i_003.png
• http://dxmbkxacdb7tv.cloudfront.net/860f5b27-4c86-4819-8d6a-0898141bf2d3/zvuk.png
• http://znanija.com/task/729890
• http://rzkv.ucoz.ru/publ/uroki_10_klass_informacija_urok_4/1-1-0-5

№ 5

Одна минута записи цифрового аудиофайла занимает на диске 1,3 Мб, разрядность звуковой платы - 8. С какой частотой дискретизации записан звук?

η = кГц

Решение

Теория

Дано: Решение:

t = 10 c

η= 22,05 кГц

I= 8 бит

Моно

η= 22,05 кГц =22050Гц

Найти:

V = ?

Ответ: 220500 байт=215,3Кб=

=0,21Мб

Звук

Звук представляет собой звуковую волну с непрерывно меняющейся амплитудой и частотой.

Звук

Чем больше интенсивность звуковой волны, тем громче звук, чем больше частота волны, тем выше тон звука

Громкость

Низкий звук

Высокий звук

Временная дискретизация

В процессе кодирования непрерывного звукового сигнала производится его временная дискретизация, т.е. непрерывная звуковая волна разбивается на отдельные маленькие временные участки, для каждого участка устанавливается определенная величина амплитуды. Непрерывная зависимость амплитуды сигнала от времени A(t) заменяется на дискретную последовательность уровней громкости.

Временная дискретизация

Каждой «ступеньке» присваивается значение уровня громкости звука, т.е. набор возможных состояний N, для кодирования которых необходимо определенное количество информации I, называемое глубиной кодирования звука.

Глубина кодирования звука - это количество информации, которое необ-ходимо для кодирования дискретных уровней гром-кости цифрового звука.

Временная дискретизация

Количество уровней громкости вычисляется по формуле:

N = 2 I

Частота дискретизации звука  это количество измерений громкости звука за одну секунду. Измеряется в герцах (Гц).

1000 измерений за 1 секунду  1 килогерц (кГц).

Временная дискретизация

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 48000 раз в секунду, глубине дискретизации 16 битов и записи двух звуковых дорожек (режим "стерео").

Преобразования звуковых волн в двоичный код

Звуковая волна микрофон переменный электрический ток аудиоадаптер двоичный код память компьютера.

воспроизведение звуковой информации

Память компьютера двоичный код аудиоадаптер . переменный электрический ток микрофон . звуковая волна.

Методы кодирования звуковой информации

Метод FM основан та том, что любой звук можно разложить на последовательность простейших гармонических сигналов разных частот, каждый из которых представляет собой правильную синусоиду, и может быть описан кодом. Разложение в гармонические ряды и представление в виде дискретных цифровых сигналов выполняют аналогово-цифровые преобразователи.

Методы кодирования звуковой информации

Обратное преобразование для воспроизведения звука, закодированного числовым кодом, выполняют цифро-аналоговые преобразователи. При таких преобразованиях неизбежны потери информации, связанные с методом кодирования.

Методы кодирования звуковой информации

Таблично-волновой метод основан на том, что в заранее подготовленных таблицах хранятся образцы звуков окружающего мира. Числовые коды выражают высоту тона, продолжительность и интенсивность звука и прочие параметры, характеризующие особенности звука.

Форматы звуковых файлов

Формат MIDI изначально был предназначен для управления музыкальными инструментами.

Формат аудиофайла WAV представляет произ-вольный звук в виде цифрового представления исход-ного звукового колебания или звуковой волны. Все стандартные звуки Windows имеют расширение WAV.

Формат МРЗ  один из цифровых форматов хранения звуковой информации. Обеспечивает высокое качество кодирования

объем цифрового моноаудиофайла

Формула для расчета объема цифрового моноаудиофайла в байтах

где V - информационный объем аудиофайла,

I- разрядность звуковой карты (глубина звука),

t - время звучания аудиофайла,

η - частота дискретизации

объем цифрового стереофайла

Формула для расчета объема цифрового стереофайла в байтах

где V - информационный объем аудиофайла,

I- разрядность звуковой карты (глубина звука),

t - время звучания аудиофайла,

η - частота дискретизации

Дано: Решение:

η= 8кГц =8000Гц

η=8 кГц

I= 8 бит

Моно

2847 секторов

V=512 байт

- информационный

объем дискеты

Информационный объем звукового файла длительностью 1 с:

Найти:

t = ?

Время звучания моноаудиофайла объемом 1423,5 Кб равно:

Ответ: 3 мин