Интернет

Кодирование и обработка звуковой информации. Урок "решение задач на кодирование звуковой информации" Записать формулу информационного объема звуковой информации

1. Общие сведения

Сложность: базовая.

Примерное время решения (для тех, кто будет выполнять часть 2): 2 минуты

Тема: Создание и обработка графической и мультимедийной информации

Подтема: Цифровая звукозапись

Что проверяется: Умение оценивать количественные характеристики процесса записи звука.

Краткие теоретические сведения: Поскольку данный тип задания является новым в КИМ ЕГЭ, приведем (пока без обоснования, обоснование ниже) математическую модель процесса звукозаписи:

N = k * F * L * T (1)

  • N – размер файла (в битах) , содержащего запись звука;
  • k - количество каналов записи (например, 1 – моно, 2 – стерео, 4 – квадро и т.д.);
  • F – частота дискретизации (в герцах), т.е. количество значений амплитуды звука фиксируемых за одну секунду;
  • L – разрешение, т.е. число бит, используемых для хранения каждого измеренного значения;
  • T – продолжительность звукового фрагмента (в секундах).

Как может выглядеть задание? Например, так: Заданы значения всех требуемых параметров процесса звукозаписи, кроме одного. Требуется оценить значение оставшегося параметра, например, размер файла или продолжительность звукового фрагмента.


Пример условия:

Варианты ответов:

1) 0,2 Мбайт

2. Пример задания

2.1. Условие задачи.

Задача 2012-А8-1.

Производится одноканальная (моно) звукозапись с частотой дискретизации 16 кГц и 24-битным разрешением. Запись длится 1 минуту, ее результаты записываются в файл, сжатие данных не производится. Какая из приведенных ниже величин наиболее близка к размеру полученного файла?

1) 0,2 Мбайт 2) 2 Мбайт 3) 3 Мбайт 4) 4 Мбайт

2.2. Решение.

Приводим исходные данные к размерности биты-секунды-герцы и проводим расчеты по формуле (1):

Дано:

k = 1, т.к. одноканальная (моно) звукозапись;

F = 16 кГц = 16 000 Гц;

T = 1 мин = 60 с.

Найти N

Подставляем значение известных параметров в формулу (1)

N = 1 *16000 *24*60 =(16 *1000) * (8*3) * (4*15)=

= 2 4 *(2 3 *125) *(2 3 *3)*) *(2 2 * 15) = 2 12 *5625 (бит)=

= 2 12 *5625 бит = (2 12 *5625)/2 3 байт = 2 9 *5625 байт =

= (2 9 *5625)/ 2 20 Мбайт = 5625/2 11 Мбайт = 5625/2048 Мбайт.

Число 5625/2048 находится между числами 2 и 3. При этом оно ближе к 3, чем к 2, т.к. 3 * 2048 – 5625 < 1000; 5625 - 2 * 2048 > 1000.

Правильный вариант ответа: №3 (3 Мбайт)

Замечание. Другая идея решения приведена в п.3.3

3. Советы учителям и ученикам

3.1 Какие знания/умения/навыки нужны ученику, чтобы решить эту задачу

1) Не следует «зазубривать» формулу (1). Ученик, представляющий суть процесса цифровой звукозаписи, должен быть способен самостоятельно её сформулировать.

2) Необходимо умение записывать значения параметров в требуемой размерности, а также элементарные арифметические навыки, в т.ч. оперирование со степенями двойки.

А. Сильные ученики .

1. Скорее всего, они и так решат эту задачу.

2. Можно дать задание ученикам проверить формулу (1) на практике, записывая в файл звук с микрофона. При этом следует учесть, что она справедлива только в том случае, если записываемая информация не подвергается сжатию (формат WAV (PCM) без сжатия). Если используются аудиоформаты со сжатием (WMA, MP3), то объем получившегося файла будет по понятным причинам существенно меньше расчетного. Для экспериментов с цифровой звукозаписью можно использовать свободно распространяемый аудиоредактор Audacity (http://audacity.sourceforge.net/).

3. Целесообразно подчеркнуть концептуальную общность растрового представления звука и изображения, являющихся разновидностями одного и того же процесса приближенного представления непрерывного сигнала последовательность коротких дискретных сигналов, т.е. оцифровывания на основе дискретизации. В случае растрового изображения производится двумерная дискретизизация яркости в пространстве, в случае звука – одномерная дискретизация по времени. И в том, и в другом случае повышение частоты дискретизации (количества пикселей или звуковых отсчетов) и/или увеличение количества битов для представления одного отсчета (разрядность цвета или звука) ведет к повышению качества оцифровки, при одновременном росте размера файла с цифровым представлением. Отсюда – необходимость сжатия данных.

4. Желательно упомянуть об альтернативных способах оцифровки звука – запись «партий» инструментов в MIDI-формате. Здесь уместно провести аналогию с растровым и векторным представлением изображений.

Б. Не столь сильные ученики .

1. Необходимо обеспечить усвоение соотношения (1). Рекомендуется дать задания типа «Как изменится объем файла, если время записи звучания увеличить/уменьшить в p раз? »,

«Во сколько раз можно увеличить/уменьшить продолжительность записи, если максимальный размер файла увеличить/уменьшить в p раз? », «Как изменится объем файла, если количество бит для записи одного значения увеличить/уменьшить в p раз?» и т.д.

2. Необходимо убедиться, что учащиеся свободно оперируют размерностями, знают, что в Мбайте 2 23 бит и т.д.

3. Необходимо убедиться, что учащиеся достаточно арифметически грамотны, свободно владеют устным счетом со степенями двойки (умножение, деление, выделение сомножителей, представляющих собой 2 n).

4. Придумывайте свои подходы и пробуйте их.

3.3. Полезный прием.

В подобных задачах часто возникают степени двойки. Перемножать и делить степени проще, чем произвольные числа: умножение и деление степеней сводится к сложению и вычитанию показателей.

Заметим, что числа 1000 и 1024 отличаются менее, чем на 3%, числа 60 и 64 отличаются менее, чем на 7%. Поэтому можно поступить так. Провести вычисления, заменив 1000 на 1024 = 2 10 и 60 на 64 = 2 6 , используя преимущества операций со степенями. Ближайший к полученному числу ответ и будет искомым. Можно после этого перепроверить себя, проведя точные вычисления. Но можно учесть, что общая погрешность вычислений при нашем приближении не превышает 10%. Действительно, 60*1000 = 60000; 64*1024=65536;

60000 > 0.9 * 65536 = 58982.4

Таким образом, правильный результат умножений по формуле (1) немного больше, чем 90% от полученного приближенного результата. Если учет погрешности не меняет результата – можно не сомневаться в ответе.

Пример. (ege.yandex.ru, вариант 1).

Производится двухканальная (стерео) звукозапись с частотой дискретизации 16 кГц и 32-битным разрешением. Запись длится 12 минут, ее результаты записываются в файл, сжатие данных не производится. Какая из приведенных ниже величин наиболее близка к размеру полученного файла?

1) 30 Мбайт 2) 60 Мбайт 3) 75 Мбайт 4) 90 Мбайт

Решение. Размер записи в битах равен

2*16*1000*32*12*60

С учетом замены 1000 на 1024=2 10 и 60 на 64=2 6 получим:

2 1 *2 4 *2 10 *2 5 *3*2 2 *2 6 =3*2 28

Как известно, 1 Мбайт = 2 20 байт = 2 23 бит. Поэтому 3*2 28 бит = 3*32 = 96 Мбайт. Уменьшив это число на 10%, получим 86.4 Мбайт. В обоих случаях ближайшей величиной является 90 Мбайт.

Правильный ответ: 4

1. Прочитайте условие задачи. Выразите неизвестный параметр через известные. Особое внимание обратите, на размерность известных параметров. Она должна быть – биты-секунды-герцы (напомним, что 1 Гц = с -1). При необходимости, приведите значения параметров к нужной размерности, так же как это делается в задачах по физике.

2. Проводите вычисления, стараясь выделять степени двойки.

3. Обратите внимание, что в условии требуется выбрать наиболее подходящий ответ, поэтому высокая точность вычислений до знаков после запятой не требуется. Как только стало ясно, какой из вариантов ответов наиболее близок к вычисляемому значению, вычисления следует прекратить. Если расхождение со всеми вариантами ответов очень велико (в разы или на порядок), то вычисления надо перепроверить.

4. Задачи для самостоятельного решения

4.1. Клоны задачи 2012-А8-1.

Ниже приведены еще четыре варианта задачи 2012-А8-1.

А) Производится одноканальная (моно) звукозапись с частотой дискретизации 32 кГц и 24-битным разрешением. Запись длится 15 секунд, ее результаты записываются в файл, сжатие данных не производится. Какая из приведенных ниже величин наиболее близка к размеру полученного файла?

Б) Производится двухканальная (стерео) звукозапись с частотой дискретизации 32 кГц и 24-битным разрешением. Запись длится 30 секунд, ее результаты записываются в файл, сжатие данных не производится. Какая из приведенных ниже величин наиболее близка к размеру полученного файла?

1) 1,5 Мбайт 2) 3 Мбайт 3) 6 Мбайт 4) 12 Мбайт

В) Производится одноканальная (моно) звукозапись с частотой дискретизации 16 кГц и 32-битным разрешением. Запись длится 2 минуты, ее результаты записываются в файл, сжатие данных не производится. Какая из приведенных ниже величин наиболее близка к размеру полученного файла?

Г) Производится одноканальная (моно) звукозапись с частотой дискретизации 16 кГц и 32-битным разрешением. Запись длится 4 минуты, ее результаты записываются в файл, сжатие данных не производится. Какая из приведенных ниже величин наиболее близка к размеру полученного файла?

1) 2 Мбайт 2) 4 Мбайт 3) 8 Мбайт 4) 16 Мбайт

Правильные ответы:

А:1; Б:3; В:3; Г:4.

4.2. Задача 2012-А8-2(обратная к предыдущей).

A) Производится одноканальная (моно) звукозапись с частотой дискретизации 16 кГц и 24-битным разрешением. Результаты записываются в файл, размер которого не может превышать 8 Мбайт, сжатие данных не производится. Какая из приведенных ниже величин наиболее близка к максимально возможной длительности записываемого звукового фрагмента?

Б) Производится двухканальная (стерео) звукозапись с частотой дискретизации 16 кГц и 24-битным разрешением. Результаты записываются в файл, размер которого не может превышать 8 Мбайт, сжатие данных не производится. Какая из приведенных ниже величин наиболее близка к максимально возможной длительности записываемого звукового фрагмента?

1) 1минута 2) 30 секунд 3) 3 минуты 4) 90 секунд

В) Производится одноканальная (моно) звукозапись с частотой дискретизации 48 кГц и 8-битным разрешением. Результаты записываются в файл, размер которого не может превышать 2,5 Мбайт, сжатие данных не производится. Какая из приведенных ниже величин наиболее близка к максимально возможной длительности записываемого звукового фрагмента?

1) 1минута 2) 30 секунд 3) 3 минуты 4) 90 секунд

Г) Производится одноканальная (моно) звукозапись с частотой дискретизации 48 кГц и 16-битным разрешением. Результаты записываются в файл, размер которого не может превышать 5 Мбайт, сжатие данных не производится. Какая из приведенных ниже величин наиболее близка к максимально возможной длительности записываемого звукового фрагмента?

1) 1минута 2) 30 секунд 3) 3 минуты 4) 90 секунд

Правильные ответы:

А:3; Б: 4 ; В: 1; Г:1 .

5.Дополнение. Некоторые сведения о цифровой звукозаписи.

Распространение звука в воздухе можно рассматривать как распространение колебаний давления. Микрофон преобразует колебания давления в колебания электрического тока. Это аналоговый непрерывный сигнал. Звуковая плата обеспечивает дискретизацию входного сигнала от микрофона. Это делается следующим образом – непрерывный сигнал заменяется последовательностью измеренных с определенной точностью значений.

График аналогового сигнала:

Дискретное представление этого же сигнала (41 измеренное значение):

Дискретное представление этого же сигнала (161 измеренное значение, более высокая частота дискретизации):

Видно, что чем выше частота дискретизации, тем выше качество приближенного (дискретного) сигнала. Кроме частоты дискретизации, на качество оцифрованного сигнала влияет количество двоичных разрядов, отводимых для записи каждого значения сигнала. Чем больше бит отводится под каждое значение, тем более точно можно оцифровать сигнал.

Пример 2-х битного представления этого же сигнала (двумя разрядами можно пронумеровать только 4 возможных уровня величины сигнала):

Теперь можно выписать зависимость для размера файла с оцифрованным звуком

размер_файла = (количество_значений,_фиксируемых_за_1_секунду)*

*(количество_двоичных_разрядов_для_записи_одного_значения)*

*(число_секунд_записи).

Учитывая возможность одновременной записи звука с нескольких микрофонов (стерео-, квадро- запись и т.д.), что делается для усиления реалистичности при воспроизведении, получаем формулу (1).

При воспроизведении звука цифровые значения преобразуются в аналоговые. Электрические колебания, передаваемые на динамики, преобразуются ими снова в колебания давления воздуха.

Урок посвящен разбору задания 9 ЕГЭ по информатике


9 тема — «Кодирование информации, объем и передача информации» — характеризуется, как задания базового уровня сложности, время выполнения – примерно 5 минут, максимальный балл — 1

Кодирование текстовой информации

  • n — количество символов
  • i — количество бит на 1 символ (кодировка)

    • Кодирование графической информации

    Рассмотрим некоторые понятия и формулы, необходимые для решения ЕГЭ по информатике данной темы.

    • Пиксель – это наименьший элемент растрового изображения, который имеет определенный цвет.
    • Разрешение – это количество пикселей на дюйм размера изображения.
    • Глубина цвета - это количество битов, необходимое для кодирования цвета пикселя.
    • Если глубина кодирования составляет i битов на пиксель, код каждого пикселя выбирается из 2 i возможных вариантов, поэтому можно использовать не более 2 i различных цветов.

      • Формула для нахождения количества цветов в используемой палитре:

    • N — количество цветов
    • i — глубина цвета
    • В цветовой модели RGB (красный (R), зеленый (G), синий (B)): R (0..255) G (0..255) B (0..255) -> получаем 2 8 вариантов на каждый из трех цветов.
    • R G B: 24 бита = 3 байта — режим True Color (истинный цвет)

      • Найдем формулу объема памяти для хранения растрового изображения :

    • I — объем памяти, требуемый для хранения изображения
    • M — ширина изображения в пикселях
    • N — высота изображения в пикселях
    • i — глубина кодирования цвета или разрешение

      • Или можно формулу записать так:

      I = N * i битов

    • где N – количество пикселей (M * N) и i – глубина кодирования цвета (разрядность кодирования)

      • * для указания объема выделенной памяти встречаются разные обозначения (V или I ).

    • Следует также помнить формулы преобразования:

      • 1 Мбайт = 2 20 байт = 2 23 бит,
      1 Кбайт = 2 10 байт = 2 13 бит

    Кодирование звуковой информации

    Познакомимся с понятиями и формулами, необходимыми для решения заданий 9 ЕГЭ по информатике.

    Пример: при ƒ=8 кГц, глубине кодирования 16 бит на отсчёт и длительности звука 128 с . потребуется:


    ✍ Решение:

    I = 8000*16*128 = 16384000 бит
    I = 8000*16*128/8 = 2 3 * 1000 * 2 4 * 2 7 / 2 3 = 2 14 / 2 3 =2 11 =
    = 2048000 байт

    Определение скорости передачи информации

    • Канал связи всегда имеет ограниченную пропускную способность (скорость передачи информации), которая зависит от свойств аппаратуры и самой линии связи(кабеля)

      • Объем переданной информации I вычисляется по формуле:

    • I — объем информации
    • v — пропускная способность канала связи (измеряется в битах в секунду или подобных единицах)
    • t — время передачи

      • * Вместо обозначения скорости V иногда используется q
      * Вместо обозначения объема сообщения I иногда используется Q

    Скорость передачи данных определяется по формуле:

    и измеряется в бит/с

    Решение заданий 9 ЕГЭ по информатике

    Тема: Кодирование изображений

    9_1: ЕГЭ по информатике 2017 задание 9 ФИПИ вариант 1 (Крылов С.С., Чуркина Т.Е.):

    Какой минимальный объем памяти (в Кбайт) нужно зарезервировать, чтобы можно было сохранить любое растровое изображение размером 160 х 160 пикселей при условии, что в изображении могут использоваться 256 различных цветов?


    ✍ Решение:
    • Используем формулу нахождения объема:
    • Подсчитаем каждый сомножитель в формуле, стараясь привести числа к степеням двойки:
    • M x N:
    160 * 160 = 20 * 2³ * 20 * 2³ = 400 * 2 6 = = 25 * 2 4 * 2 6
  • Нахождение глубины кодирования i :
    • 256 = 2 8 т.е. 8 бит на пиксель (из формулы кол-во цветов = 2 i)
  • Находим объем:
    • I = 25 * 2 4 * 2 6 * 2 3 = 25 * 2 13 - всего бит на всё изображение
  • Переводим в Кбайты:
    • (25 * 2 13) / 2 13 = 25 Кбайт

    Результат: 25

    Детальный разбор задания 9 ЕГЭ по информатике предлагаем посмотреть в видео:



    ЕГЭ по информатике задание 9.2 (источник: вариант 11, К. Поляков):

    Рисунок размером 128 на 256 пикселей занимает в памяти 24 Кбайт (без учёта сжатия). количество цветов в палитре изображения.


    ✍ Решение:
    • где M * N — общее количество пикселей. Найдем это значение, используя для удобства степени двойки:
    128 * 256 = 2 7 * 2 8 = 2 15
  • В вышеуказанной формуле i — это глубина цвета, от которой зависит количество цветов в палитре:

    • Количество цветов = 2 i

  • Найдем i из той же формулы:

    • i = I / (M*N)

  • Учтем, что 24 Кбайт необходимо перевести в биты . Получим:
    • 2 3 * 3 * 2 10 * 2 3: i = (2 3 * 3 * 2 10 * 2 3) / 2 15 = = 3 * 2 16 / 2 15 = 6 бит
  • Теперь найдем количество цветов в палитре:
    • 2 6 = 64 вариантов цветов в цветовой палитре

    Результат: 64

    Смотрите видеоразбор задания:

    Тема: Кодирование изображений:

    ЕГЭ по информатике задание 9.3 (источник: 9.1 вариант 24, К. Поляков):

    После преобразования растрового 256-цветного графического файла в 4-цветный формат его размер уменьшился на 18 Кбайт . Каков был размер исходного файла в Кбайтах?


    ✍ Решение:
    • По формуле объема файла изображения имеем:

      • где N — общее количество пикселей,
      а i

    • i можно найти, зная количество цветов в палитре:

      • количество цветов = 2 i

    до преобразования: i = 8 (2 8 = 256) после преобразования: i = 2 (2 2 = 4)
  • Составим систему уравнений на основе имеющихся сведений, примем за x количество пикселей (разрешение):
    • I = x * 8 I - 18 = x * 2
  • Выразим x в первом уравнении:
    • x = I / 8
  • I (объем файла):
    • I - 18 = I / 4 4I - I = 72 3I = 72 I = 24

    Результат: 24

    Подробный разбор 9 задания ЕГЭ смотрите на видео:

    Тема: Кодирование изображений:

    ЕГЭ по информатике задание 9.4 (источник: 9.1 вариант 28, К. Поляков, С. Логинова):

    Цветное изображение было оцифровано и сохранено в виде файла без использования сжатия данных. Размер полученного файла – 42 Мбайт 2 раза меньше и глубиной кодирования цвета увеличили в 4 раза больше по сравнению с первоначальными параметрами. Сжатие данных не производилось. Укажите размер файла в Мбайт , полученного при повторной оцифровке.


    ✍ Решение:
    • По формуле объема файла изображения имеем:

      • где N
      а i

    • В такого рода задачах необходимо учесть, что уменьшение разрешения в 2 раза, подразумевает уменьшение в 2 раза пикселей отдельно по ширине и по высоте. Т.е. в целом N уменьшается в 4 раза !
    • Составим систему уравнений на основе имеющихся сведений, в которой первое уравнение будет соответствовать данным до преобразования файла, а второе уравнение — после:
    42 = N * i I = N / 4 * 4i
  • Выразим i в первом уравнении:
    • i = 42 / N
  • Подставим во второе уравнение и найдем I (объем файла):

    • \[ I= \frac {N}{4} * 4* \frac {42}{N} \]

  • После сокращений получим:
    • I = 42

    Результат: 42

    Тема: Кодирование изображений:

    ЕГЭ по информатике задание 9.5 (источник: 9.1 вариант 30, К. Поляков, С. Логинова):

    Изображение было оцифровано и сохранено в виде растрового файла. Получившийся файл был передан в город А по каналу связи за 72 секунды . Затем то же изображение было оцифровано повторно с разрешением в 2 раза больше и глубиной кодирования цвета в 3 раза меньше, чем в первый раз. Сжатие данных не производилось. Полученный файл был передан в город Б , пропускная способность канала связи с городом Б в 3 раза выше, чем канала связи с городом А.
    Б ?


    ✍ Решение:
    • По формуле скорости передачи файла имеем:

      • где I — объем файла, а t — время

    • По формуле объема файла изображения имеем:

      • где N — общее количество пикселей или разрешение,
      а i — глубина цвета (количество бит, выделенное на 1 пиксель)

    • Для данной задачи, необходимо уточнить, что разрешение на самом деле имеет два сомножителя (пикселей по ширине * пикселей по высоте). Поэтому при увеличении разрешения в два раза, увеличатся оба числа, т.е. N увеличится в 4 раза вместо двух.
    • Изменим формулу получения объема файла для города Б :

      • \[ I= \frac {2*N * i}{3} \]

    • Для города А и Б заменим значения объема в формуле для получения скорости:

      • \[ V= \frac {N*i}{72} \]

      \[ 3*V= \frac{\frac {4*N*i}{3}}{t} \]

      \[ t*3*V= \frac {4*N*i}{3} \]

    • Подставим значение скорости из формулы для города А в формулу для города Б:

      • \[ \frac {t*3*N*i}{72}= \frac {4*N*i}{3} \]

    • Выразим t :
    t = 4 * 72 / (3 * 3) = 32 секунды

    Результат: 32

    Другой способ решения смотрите в видеоуроке:

    Тема: Кодирование изображений:

    ЕГЭ по информатике задание 9.6 (источник: вариант 33, К. Поляков):

    Камера делает фотоснимки размером 1024 х 768 пикселей. На хранение одного кадра отводится 900 Кбайт .
    Найдите максимально возможное количество цветов в палитре изображения.


    ✍ Решение:
    • Количество цветов зависит от глубины кодирования цвета, которая измеряется в битах. Для хранения кадра, т.е. общего количества пикселей выделено 900 Кбайт. Переведем в биты:
    900 Кбайт = 2 2 * 225 * 2 10 * 2 3 = 225 * 2 15
  • Посчитаем общее количество пикселей (из заданного размера):
    • 1024 * 768 = 2 10 * 3 * 2 8
  • Определим объем памяти, необходимый для хранения не общего количества пикселей, а одного пикселя ([память для кадра]/[кол-во пикселей]):

    • \[ \frac {225 * 2^{15}}{3 * 2^{18}} = \frac {75}{8} \approx 9 \]

    9 бит на 1 пиксель

  • 9 бит — это i — глубина кодирования цвета. Количество цветов = 2 i :
    • 2 9 = 512

    Результат: 512

    Смотрите подробное решение на видео:

    Тема: Кодирование изображений:

    9_8: Демоверсия ЕГЭ 2018 информатика:

    Автоматическая фотокамера производит растровые изображения размером 640 ×480 пикселей. При этом объём файла с изображением не может превышать 320 Кбайт, упаковка данных не производится.
    Какое максимальное количество цветов можно использовать в палитре?


    ✍ Решение:
    • По формуле объема файла изображения имеем:

      • где N i — глубина кодирования цвета (количество бит, выделенное на 1 пиксель)

    • Посмотрим, что из формулы нам уже дано:
    I = 320 Кбайт, N = 640 * 420 = 307200 = 75 * 2 12 всего пикселей, i - ?
  • Количество цветов в изображении зависит от параметра i , который неизвестен. Вспомним формулу:

    • количество цветов = 2 i

  • Поскольку глубина цвета измеряется в битах, то необходимо объем перевести из Килобайт в биты:
    • 320 Кбайт = 320 * 2 10 * 2 3 бит = 320 * 2 13 бит
  • Найдем i :

    • \[ i = \frac {I}{N} = \frac {320 * 2^{13}}{75 * 2^{12}} \approx 8,5 бит \]

  • Найдем количество цветов:
    • 2 i = 2 8 = 256

    Результат: 256

    Подробное решение данного 9 задания из демоверсии ЕГЭ 2018 года смотрите на видео:

    9_21: : ЕГЭ по информатике задание 9.21 (источник: К. Поляков, 9.1 вариант 58):

    Для хранения в информационной системе документы сканируются с разрешением 300 ppi . Методы сжатия изображений не используются. Средний размер отсканированного документа составляет 5 Мбайт . В целях экономии было решено перейти на разрешение 150 ppi и цветовую систему, содержащую 16 цветов . Средний размер документа, отсканированного с изменёнными параметрами, составляет 512 Кбайт .

    Определите количество цветов в палитре до оптимизации .


    ✍ Решение:
    • По формуле объема файла изображения имеем:

      • где N — общее количество пикселей или разрешение, а i — глубина кодирования цвета (количество бит, выделенное на 1 пиксель).

    • Так как по заданию имеем разрешение, выраженное в пикселях на дюйм, то фактически это означает:

      • I = значение ppi 2 * N * i

    • Формула количества цветов:

      • количество цветов = 2 i

    • Посмотрим, что из формулы нам уже дано до экономного варианта и при экономном варианте:
    Неэкономный вариант: I = 5 Мбайт = 5 * 2 23 бит, N - ?, i - ? 300 ppi Экономный вариант: I = 512 Кбайт = 2 9 * 2 13 бит = 2 22 бит, N - ?, i = 4 бит (2 4 = 16) 150 ppi
  • Так как в экономном режиме нам известны все составляющие формулы, кроме разрешения (N), то найдем разрешение:
    • N = I / (i * 150*150 ppi) N = 2 22 / (4 * 22500)
  • Подставим все известные значения, включая найденное N, в формулу для неэкономного режима:
    • I = N * 300*300 ppi * i 5 * 2 23 = (2 22 * 300 * 300 * i) / (22500 * 4 );
  • Выразим i и вычислим его значение:
    • i = (5 * 2 23 * 22500 * 4) / (2 22 * 300 * 300) = 9000 / 900 = 10 бит
  • По формуле нахождения количества цветов в палитре имеем:
    • 2 10 = 1024

    Результат: 1024

    Тема: Кодирование звука

    9_7: ЕГЭ по информатике 2017 задание 9 ФИПИ вариант 15 (Крылов С.С., Чуркина Т.Е.):

    На студии при четырехканальной (квадро ) звукозаписи с 32 -битным разрешением за 30 секунд был записан звуковой файл. Сжатие данных не производилось. Известно, что размер файла оказался 7500 Кбайт.

    С какой частотой дискретизации (в кГц) велась запись? В качестве ответа укажите только число, единицы измерения указывать не нужно.


    ✍ Решение:
    • По формуле объема звукового файла получим:

      • I = β * t * ƒ * S

    • Из задания имеем:
    I = 7500 Кбайт β = 32 бита t = 30 секунд S = 4 канала
  • ƒ — частота дискретизации — неизвестна, выразим ее из формулы:

    • \[ ƒ = \frac {I}{S*B*t} = \frac {7500 * 2^{10} * 2^2 бит}{2^7 * 30}Гц = \frac { 750 * 2^6}{1000}КГц = 2^4 = 16 \]

    2 4 = 16 КГц

    Результат: 16

    Для более детального разбора предлагаем посмотреть видео решения данного 9 задания ЕГЭ по информатике:

    Тема: Кодирование звука:

    ЕГЭ по информатике задание 9_9 (источник: 9.2 вариант 36, К. Поляков):

    Музыкальный фрагмент был оцифрован и записан в виде файла без использования сжатия данных. Получившийся файл был передан в город А по каналу связи. Затем тот же музыкальный фрагмент был оцифрован повторно с разрешением в 2 3 раза меньше, чем в первый раз. Сжатие данных не производилось. Полученный файл был передан в город Б за 15 секунд; пропускная способность канала связи с городом Б в 4 раза выше, чем канала связи с городом А .

    Сколько секунд длилась передача файла в город A ? В ответе запишите только целое число, единицу измерения писать не нужно.


    ✍ Решение:
    • Для решения понадобится формула нахождения скорости передачи данных формулы:
    • Вспомним также формулу объема звукового файла:

      • I = β * ƒ * t * s

      где:
      I - объем
      β - глубина кодирования
      ƒ - частота дискретизации
      t - время
      S - кол-во каналов (если не указывается, то моно)

    • Выпишем отдельно, все данные, касающиеся города Б (про А практически ничего не известно):
    город Б: β - в 2 раза выше ƒ - в 3 раза меньше t - 15 секунд, пропускная способность (скорость V ) - в 4 раза выше
  • Исходя из предыдущего пункта, для города А получаем обратные значения:
    • город А: β Б / 2 ƒ Б * 3 I Б / 2 V Б / 4 t Б / 2, t Б * 3, t Б * 4 - ?
  • Дадим объяснения полученным данным:
  • так как глубина кодирования (β ) для города Б выше в 2 раза, то для города А она будет ниже в 2 раза, соответственно, и t уменьшится в 2 раза:
    • t = t/2
  • так как частота дискретизации (ƒ) для города Б меньше в 3 раза, то для города А она будет выше в 3 раза; I и t изменяются пропорционально, значит, при увеличении частоты дискретизации увеличится не только объем, но и время:
    • t = t * 3
  • скорость (V ) (пропускная способность) для города Б выше в 4 раза, значит, для города А она будет ниже в 4 раза; раз скорость ниже, то время выше в 4 раза (t и V — обратно пропорциональная зависимость из формулы V = I/t ):
    • t = t * 4
  • Таким образом, с учетом всех показателей, время для города А меняется так:

    • \[ t_А = \frac {15}{2} * 3 * 4 \]

    90 секунд

    Результат: 90

    Подробное решение смотрите на видео:

    Тема: Кодирование звука:

    ЕГЭ по информатике задание 9.10 (источник: 9.2 вариант 43, К. Поляков):

    Музыкальный фрагмент был записан в формате стерео (двухканальная запись ), оцифрован и сохранён в виде файла без использования сжатия данных. Размер полученного файла – 30 Мбайт. Затем тот же музыкальный фрагмент был записан повторно в формате моно и оцифрован с разрешением в 2 раза выше и частотой дискретизации в 1,5 раза меньше, чем в первый раз. Сжатие данных не производилось.

    Укажите размер файла в Мбайт , полученного при повторной записи. В ответе запишите только целое число, единицу измерения писать не нужно.


    ✍ Решение:

      I = β * ƒ * t * S

      I - объем
      β - глубина кодирования
      ƒ - частота дискретизации
      t - время
      S -количество каналов

    • Выпишем отдельно, все данные, касающиеся первого состояния файла, затем второго состояния — после преобразования:
    1 состояние: S = 2 канала I = 30 Мбайт 2 состояние: S = 1 канал β = в 2 раза выше ƒ = в 1,5 раза ниже I = ?
  • Так как изначально было 2 канала связи (S ), а стал использоваться один канал связи, то файл уменьшился в 2 раза:
    • I = I / 2
  • Глубина кодирования (β ) увеличилась в 2 раза, то и объем (I ) увеличится в 2 раза (пропорциональная зависимость):
    • I = I * 2
  • Частота дискретизации (ƒ ) уменьшилась в 1,5 раза, значит, объем (I ) тоже уменьшится в 1,5 раза:
    • I = I / 1,5
  • Рассмотрим все изменения объема преобразованного файла:
    • I = 30 Мбайт / 2 * 2 / 1,5 = 20 Мбайт

    Результат: 20

    Смотрите видеоразбор данной задачи:

    Тема: Кодирование звуковых файлов:

    ЕГЭ по информатике задание 9_11 (источник: 9.2 вариант 72, К. Поляков):

    Музыкальный фрагмент был оцифрован и записан в виде файла без использования сжатия данных. Получившийся файл был передан в город А по каналу связи за 100 секунд. Затем тот же музыкальный фрагмент был оцифрован повторно с разрешением в 3 раза выше и частотой дискретизации в 4 раз меньше , чем в первый раз. Сжатие данных не производилось. Полученный файл был передан в город Б за 15 секунд.

    Во сколько раз скорость (пропускная способность канала) в город Б больше пропускной способности канала в город А ?


    ✍ Решение:
    • Вспомним формулу объема звукового файла:

      • I = β * ƒ * t * S

      I - объем
      β - глубина кодирования
      ƒ - частота дискретизации
      t - время

    • Выпишем отдельно, все данные, касающиеся файла, переданного в город А , затем преобразованного файла, переданного в город Б :
    А: t = 100 c. Б: β = в 3 раза выше ƒ = в 4 раза ниже t = 15 c.

    ✎ 1 способ решения:

  • Скорость передачи данных (пропускная способность) зависит от времени передачи файла: чем больше время, тем ниже скорость. Т.е. во сколько раз увеличится время передачи, во столько раз уменьшится скорость и наоборот.
  • Из предыдущего пункта видим, что если мы вычислим, во сколько раз уменьшится или увеличится время передачи файла в город Б (по сравнению с городом А), то мы поймем, во сколько раз увеличится или уменьшится скорость передачи данных в город Б (обратная зависимость).
  • Соответственно, представим, что преобразованный файл передается в город А . Объем файла изменился в 3/4 раза (глубина кодирования (β) в 3 раза выше, частота дискретизации (ƒ) в 4 раза ниже). Объем и время изменяются пропорционально. Значит и время изменится в 3/4 раза:
    • t A для преобразов. = 100 секунд * 3 / 4 = 75 секунд
  • Т.е. преобразованный файл передавался бы в город А 75 секунд, а в город Б 15 секунд. Вычислим, во сколько раз снизилось время передачи:
    • 75 / 15 = 5
  • Раз время передачи в город Б снизилось в 5 раз, соответственно, скорость увеличилась в 5 раз.

    • Ответ: 5

    ✎ 2 способ решения:

  • Выпишем отдельно все данные, касающиеся файла, переданного в город А : А: t А = 100 c. V А = I / 100
  • Поскольку увеличение или уменьшение во сколько-то раз разрешения и частоты дискретизации приводит к соответствующему увеличению или уменьшению объема файла (пропорциональная зависимость), то запишем известные данные для преобразованного файла, переданного в город Б :
    • Б: β = в 3 раза выше ƒ = в 4 раза ниже t = 15 c. I Б = (3 / 4) * I V Б = ((3 / 4) * I) / 15
  • Теперь найдем соотношение V Б к V А:

    • \[ \frac {V_Б}{V_А} = \frac {3/_4 * I}{15} * \frac {100}{I} = \frac {3/_4 * 100}{15} = \frac {15}{3} = 5 \]

    (((3/4) * I) / 15) * (100 / I)= (3/4 * 100) / 15 = 15/3 = 5 S - количество каналов

  • Для простоты расчетов пока не будем брать во внимание количество каналов. Рассмотрим, какие данные у нас есть, и какие из них необходимо перевести в другие единицы измерения:
    • β = 32 бита ƒ = 32кГц = 32000Гц t = 2 мин = 120 с
  • Подставим данные в формулу; учтем, что результат необходимо получить в Мбайтах, соответственно, произведение будем делить на 2 23 (2 3 (байт) * 2 10 (Кбайт) * 2 10 (Мбайт)):
    • (32 * 32000 * 120) / 2 23 = =(2 5 * 2 7 * 250 * 120) / 2 23 = = (250*120) / 2 11 = = 30000 / 2 11 = = (2 4 * 1875) / 2 11 = = 1875 / 128 ~ 14,6
  • Полученный результат значения объема умножим на 4 с учетом количества каналов связи:
    • 14,6 * 4 = 58,5
  • Ближайшее число, кратное 10 — это 60 .

    • Результат: 60

    Смотрите подробное решение:

    Тема: Кодирование звука:

    9_19: Государственный выпускной экзамен ГВЭ 2018 (информатика ГВЭ ФИПИ, задание 7):

    Производится двухканальная (стерео) цифровая звукозапись. Значение сигнала фиксируется 48 000 раз в секунду , для записи каждого значения используется 32 бит . Запись длится 5 минут , её результаты записываются в файл, сжатие данных не производится.

    Какая из приведённых ниже величин наиболее близка к размеру полученного файла?

    1) 14 Мбайт
    2) 28 Мбайт
    3) 55 Мбайт
    4) 110 Мбайт


    ✍ Решение:

      I = β * ƒ * t * S

  • Подставим в формулу имеющиеся значения:
    • I = 48000 * 32 * 300 * 2
  • Поскольку значения большие, необходимо числа 48000 и 300 выразить в степенях двойки:
    • 48000 | 2 24000 | 2 12000 | 2 6000 | 2 = 375 * 2 7 3000 | 2 1500 | 2 750 | 2 375 | 2 - уже не делится 187,5 300 | 2 = 75 * 2 2 150 | 2 75 | 2 - уже не делится 37,5
  • Получим:
    • I = 375 * 75 * 2 15
  • В предложенных вариантах ответа видим, что результат везде в Мбайт. Значит, необходимо разделить полученный нами результат на 2 23 (2 3 * 2 10 * 2 10):
    • I = 375 * 75 * 2 15 / 2 23 = 28125 / 2 8
  • Найдем приближенное к числу 28125 значение в степени двойки:
    • 2 10 = 1024 1024 * 2 2048 * 2 4096 * 2 8192 * 2 16384 * 2 32768
  • Получаем:
    • 2 10 * 2 5 = 2 15 = 32768 2 10 * 2 4 = 2 14 = 16384
  • Число 28125 лежит между этими значениями, значит берем их:
    • 2 15 / 2 8 = 2 7 = 128 2 14 / 2 8 = 2 6 = 64
  • Выбираем ответ, значение в котором находится между двумя этими числами: вариант 4 (110 Мбайт)

    • Результат: 4

    Подробное решение ГВЭ задания 7 2018 года смотрите на видео:

    Тема: Кодирование звука:

    9_20: Решение 9 задания ЕГЭ по информатике (диагностический вариант экзаменационной работы 2018 года, С.С. Крылов, Д.М. Ушаков):

    Производится двухканальная (стерео) звукозапись с частотой дискретизации 4 кГц и 64-битным разрешением . Запись длится 1 минуту , ее результаты записываются в файл, сжатие данных не производится.

    Определите приблизительно размер получившегося файла (в Мбайтах) . В качестве ответа укажите ближайшее к размеру файла целое число, кратное 2 .


    ✍ Решение:
    • По формуле объема звукового файла имеем:

      • I = β * ƒ * t * S

    I - объем β - глубина кодирования = 32 бита ƒ - частота дискретизации = 48000 Гц t - время = 5 мин = 300 с S - количество каналов = 2
  • Подставим в формулу имеющиеся значения. Для удобства будем использовать степени двойки:
    • ƒ = 4 кГЦ = 4 * 1000 Гц ~ 2 2 * 2 10 B = 64 бит = 2 6 / 2 23 Мбайт t = 1 мин = 60 c = 15 * 2 2 c S = 2
  • Подставим значения в формулу объема звукового файла:
    • I = 2 6 * 2 2 * 2 10 * 15 * 2 2 * 2 1 / 2 23 = 15/4 ~ 3,75
  • Ближайшее целое, кратное двум — это число 4

    • Результат: 4

    Видеоразбор задания:

    Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

    Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

    Размещено на http://www.allbest.ru/

    Практическое занятие

    Работа со звуковой системой ПК. Вычисление информационного объёма закодированного звука

    Цель работы: Ознакомиться с компьютерными акустическими системами. Научиться находить информационный объём закодированного звука.

    уметь :

    Выбирать рациональную конфигурацию оборудования в соответствии с решаемой задачей;

    Определять совместимость аппаратного и программного обеспечения;

    Осуществлять модернизацию аппаратных средств.

    В результате выполнения практической работы обучающийся должен знать :

    Основные конструктивные элементы средств вычислительной техники;

    Периферийные устройства вычислительной техники;

    Нестандартные периферийные устройства.

    Теоретическая часть

    Звуковое оборудование - обязательный элемент каждого аудиовизуального комплекса. Система звукового сопровождения обязательно включает в себя источники звука и акустические системы. В её состав также может входить оборудование для усиления, микширования и обработки звуковых сигналов. К системе звукового сопровождения могут быть отнесены элементы систем конференцсвязи, конгресс-систем, системы протоколирования.

    Источниками аудиоинформации могут служить:

    · аппараты воспроизведения (DVD-проигрыватели, TV-тюнеры и т.д.);

    · компьютерная техника (ноутбуки, медиа серверы и т.д.);

    · проводные и радиомикрофоны, микрофонные пульты конгресс-систем, оборудование для синхронного перевода;

    · системы аудио - и видеоконференцсвязи;

    · устройства протоколирования.

    Для корректной записи и воспроизведения звука в состав системы звукового сопровождения входят устройства для усиления сигналов, микширования и обработки.

    Цифровая аудио платформа представляет собой небольшой модуль, который заменяет целый шкаф с аналогичными аналоговыми устройствами, избавляет от сложной системы коммутации, имеет удобный интерфейс настройки и управления, и значительно дешевле аналогового решения.

    Тюнер - персональное абонентское устройство, служащее для выделения и демодуляции сигнала. ТВ-тюнер - род тюнера, предназначенный для приёма телевизионного сигнала в различных форматах вещания с показом на компьютере или просто на отдельном мониторе.

    По конструктивному исполнению ТВ-тюнеры бывают внешние (подключаются к компьютеру либо через USB, либо между компьютером и дисплеем через видеокабель) и внутренние (вставляются в слот ISA, или PCI, или PCI-Express).

    Звуковая карта - дополнительное оборудование ПК, позволяющее обрабатывать звук. В современных компьютерах звуковые карты представлены интегрированного в материнскую плату кодека.

    Звуковые файлы - файлы, содержащие цифровую запись аудиоданных. Существует два основных типа звуковых файлов: с оцифрованным звуком и нотной записью . Звуковые файлы представляют собой составную часть мультимедиа.

    Существуют звуковые файлы различных форматов:

    · MIDI - запись музыкальных произведений в виде команд синтезатору; музыкальные файлы компактны, голос человека не воспроизводят.

    · WAV - универсальный звуковой формат, в котором хранится полная информация об оцифрованном звуке.

    · MP 3 - формат сжатия аудиоинформации с регулируемой потерей информации, позволяющий сжимать файлы в несколько раз в зависимости от заданного битрейта. Даже при самом высоком битрейте - 320Кби/с - обеспечивает четырёхкратное сжатие по сравнению с компакт-дисками.

    · APE -формат сжатия аудиоинформации без потери информации.

    Файлы с оцифрованным звуком - звуковые файлы, в которых исходная непрерывная (аналоговая) форма сигнала записана в виде последовательности коротких дискретных значений амплитуд звукового сигнала, измеренных через одинаковые промежутки времени и имеющих между собой весьма малый интервал. Процесс замены непрерывного сигнала последовательностью его значений называют дискретизацией, а такую форму записи - импульсно-кодовой. Файлы с оцифрованным звуком бывают двух видов: с заголовком и без заголовка.

    Файлы с нотной записью - звуковые файлы, которые содержат последовательность команд, сообщающих, какую ноту, каким инструментом и как долго нужно воспроизводить в тот или иной момент времени.

    Рассмотрим основные стандарты многоканального звука .

    DolbyStereo - стандарт на технологию цифровой записи звукового сопровождения фильмов для кинотеатров, позволяющий кодировать на двух звуковых дорожках киноплёнки четыре канала: левый, центральный, правый и тыловой. Считанный с киноплёнки сигнал преобразуется декодером в четырёхканальный, дающий эффект окружающего звука. Без декодера звук воспроизводиться как обычный двухканальный стерео.

    DolbySurround (DSS) - система, позволяющая из закодированного двухканального сигнала выделять три звуковых канала: левый, правый и тыловой. Считанный с киноплёнки сигнал декодируется в трёхканальный. При отсутствии декодера воспроизводится обычный двухканальный стереозвук.

    DolbyPro-Logic (DPL) - система, позволяющая из закодированного двухканального сигнала выделять четыре звуковых канала: левый, центральный, правый и тыловой. Система использует дополнительный громкоговоритель центрального канала, который «привязывает» диалоги к экрану, а эффект окружающего звучания воспроизводится через тыловые каналы.

    DolbyDigital -- это стандарт для декодирования многоканального звука, в котором звук представляется шестью отдельными каналами: пятью каналами окружающего звука (левым, правым, центральным и двумя фронтальными) и одним низкочастотным каналом (сабвуфером). Представление звука изначально было цифровым, а частотный диапазон был расширен с 20 Гц до 20 кГц (на данный момент частотный диапазон составляет от 3 Гц до 20 кГц для пяти каналов и от 3 Гц до 120 кГц для канала сабвуфера). Данный стандарт является сегодня одним из самых распространенных.

    DolbiDigital (AC-3) - самый популярный на сегодняшний день формат многоканального звука, принятый в качестве звукового стандарта для видеодисков формата DVD. Этот полностью цифровой формат содержит 6 независимых каналов звука, из них 5 полно диапазонных (30 - 20 000 Гц): три фронтальных (левый, центральный и правый) и два тыловых, плюс один низкочастотный (20-120 Гц) канал сабвуфера. Звучание фонограмм, записанное в формате DolbiDigital, характеризуется очень высоким качеством звука - полностью отсутствует шум носителя (как это явно присутствует, например, в аудио кассетах).

    DolbySurround AC3 -- упрощенный вариант стандарта DolbyDigital, предназначенный для систем домашних кинотеатров. От стандарта DolbyDigital данный стандарт отличается сниженными скоростями потока данных.

    DTS (DigitalTheaterSystem) представляет собой стандарт шестиканального звука, только с гораздо более высоким качеством. Коэффициент сжатия составляет здесь 4:1, а скорость потока данных (битрейт) -- 882 Кбит/с (алгоритм apt-X100). Благодаря меньшей степени сжатия и более совершенному алгоритму, качество звука, закодированного в DTS, гораздо выше, чем у DolbyDigital, однако последний стандарт более распространен в связи с широким распространением DVD.

    DolbyProLogic II , представляет собой дальнейшее развитие стандартов DolbyStereoProLogic, позволяет декодеру раскладывать обычный стереозвук на шесть каналов.

    DolbyProLogicIIx -- это следующий шаг в развитии стандарта DolbyProLogic II. В данном случае подразумевается возможность разложения стереозвука на семь или на восемь каналов. Возможны три режима декодирования:

    * фильм (Movie) -- дублирование центрального канала или тыловых каналов;

    * игра (Play) -- сигнал всего лишь дополнительно направляется на «новые каналы»;

    * музыка (Music).

    Ни в одном из режимов не используется информация с фронтальных каналов (только с центрального и тыловых).

    DolbyDigital EX - вариант стандарта DolbyProLogicIIx, предназначенный для домашних кинотеатров.

    DolbyDigitalSurround EX -- это относительно новый, расширенный до 7 каналов вариант стандарта DolbyDigitalSurround. В данном стандарте имеется еще один задний канал, который дублирует существующий центральный канал, если исходный звук записан в формате 5+1. Если же исходный файл представлен в формате 6+1, то дополнительный канал становится еще одним полноценным каналом окружающего звука.

    DTS-ES -- это полноценный аналог стандарта DolbyDigital EX, но от компании DTS. Данный стандарт также позволяет кодировать звук в форматах 6+1 и 7+1 и раскладывать звук формата 5+1, закодированный в DTS, соответственно на семь или восемь каналов.

    Звук - это волновые колебания в упругой среде. Звук характеризуется частотой (измеряется в герцах, 1 Гц=1колебание в секунду, человек воспринимает звуки в диапазоне от 16 Гц до 20 кГц) и амплитудой (сила звука, звуковое давление измеряется в Паскалях, воспринимаемая человеком громкость звука - от 20мкПа до 200 Па).

    Временная дискретизация - это процесс, при котором звуковая волна разбивается на отдельные маленькие временные участки, причём для каждого устанавливается определённая амплитуда.

    Частота дискретизации показывает, сколько раз в секунду измеряется моментальное значение сигнала. Если сигнал оцифровывается при частоте дискретизации 44 кГц, то измерения производятся 44 000 раз в секунду.

    Количество уровней громкости выражается глубиной звука - количеством бито, используемых для кодирования одного уровня.

    Битрейт - скорость передачи данных, задаваемая при кодировании. Может изменяться от 8 до 320Кбит/с. Чем больше битов информации записано в секунду, тем с меньшими потерями будет воспроизведён исходный материал - тем больше места в памяти компьютера занимает MP3 - файл. Уменьшение битрейта ведёт к ухудшению качества звучания и уменьшению информационного объёма звукового файла.

    1 кГц=1000 Гц

    1 мГц=1000000 Гц

    Количество уровней громкости

    где i - глубина звука (бит).

    Рассмотрим пример расчёта информационного объёма закодированного звука моно звукового файла.

    Решение.

    Для расчёта информационного объёма закодированного звука будем использовать следующую формулу:

    где D - частота дискретизации, Гц; i - глубина звука, бит; T - время звучания, с.

    Получаем: звук аудиоинформация компьютер закодированный

    V=5Гц*4бит*1с=20бит

    Рассмотрим пример расчёта информационного объёма закодированного звука стерео файла.

    V = DiNT ,

    где D - частота дискретизации, Гц; i - глубина звука, бит; N - число каналов (1 - моно, 2 - стерео);T - время звучания, с.

    Практическая часть

    1. Перерисуйте структуру звуковой системы ПК в тетрадь и отметьте на ней основные модули.

    2. Заполните таблицу, описав модули звуковой системы ПК.

    Модуль звуковой системы

    Описание, основные характеристики

    Записи и воспроизведения

    a) Частота дискретизации . Определяет максимальную частоту записываемого или воспроизводимого сигнала. Человеческий голос - 6-8 КГц. Музыка невысокого качества - 20-25 КГц. Высококачественное звучание - не менее 44 КГц, в идеале 48 КГц;

    b) Тип и разрядность АЦП и ЦАП . Определяет разрядность представления цифрового сигнала (8, 16, 18, 20 или 24 бит), динамический диапазон (в децибелах от 90 дБА) и уровень шумов квантования. Разрядность АЦП и ЦАП от 16 и больше бит позволяет обеспечить студийное качественное звучание;

    c) Способ кодирования аудиоданных , т.е. точность воспроизведения исходного звука, уровень искажения, качество сжатия звукового сигнала;

    d) Возможность работы в режиме FullDuplex . Т.е. возможность одновременной записи и воспроизведения звукового сигнала. Существует три режима передачи данных по какому либо каналу определяющие направление передачи сигнала: симплекс (и), полу дуплекс (иили з) и дуплекс (полный дуплекс FullDuplex ).

    Синтезатора

    a) Метод синтеза звука . Определяет не только качество звука, но и ее состав. Звуковая система ПК может содержать несколько синтезаторов. Выделяют 2 метода синтеза звука:

    ·FM-синтез (FrequencyModulationSynthesis- частотная модуляция ) - синтезатор используется во всех недорогих звуковых картах. Обеспечивает приемлемое качество звука. Полифония составляет 20 голосов. Звуковые эффекты не реализуются.

    ·WT-синтез (WaveTableSynthesis- таблица синтеза звуковых волн ). Звук генерируется с высоким качеством, так как для его генерации используется специальная таблица, в которой содержатся предварительно оцифрованные образцы звучания реальных музыкальных инструментов и других звуков. Полифония - от 20 и больше голосов ?

    b) Объем памяти . Зависит от модели звуковой карты. Используется для хранения патчей. Может быть изменен за счет установки дополнительных модулей памяти (RAMили ROM). Это позволяет загружать дополнительные банки инструментов, что может значительно изменить звучание MIDI-файлов, как в лучшую, так и в худшую сторону.

    c) Возможность аппаратной обработки сигнала для создания звуковых эффектов . Для создания звуковых эффектов используется специальный эффект-процессор . В зависимости от типа эффект-процессора можно осуществлять обработку всех звуковых каналов синтезатора одновременно, обработку отдельных MIDI-каналов или звучание отдельных голосов синтезатора (общие, поканальные и голосовые эффект-процессоры ).

    Данный эффект-процессор позволяет снять с центрального процессора большую нагрузку по обработке звука.

    d) Полифония - максимальное количество одновременно воспроизводимых элементарных звуков. Для каждого типа звуковой карты значение полифонии может быть свое. (от 20 и больше голосов).

    Интерфейсов

    Обеспечивает обмен данными между звуковой системой и другими устройствами - как внешними, так и внутренними. Включает в себя следующие типы интерфейсов:

    a) Системный интерфейс . Подключение звуковой карты может осуществляться через шину ISA(8-и разрядная, пропускная способность 2-6 Мбит/с) и через шину PCI(16-ти разрядная, пропускная способность от 100 до 260 Мбит/с).

    Звуковые карты с интерфейсом ISAна сегодняшний день уже устарели, так как они не обеспечивают реализации нестандартных функций обработки и передачи звуковых данных и имеют низкую пропускную способность.

    Шина PCIимеет достаточно широкую полосу пропускания и обеспечивает параллельную передачу потока звуковых данных.

    b) MIDI-интерфейс. (MusicalInstrumentDigitalInterface) - это цифровой интерфейс музыкальных инструментов. Позволяет MIDI-инструментам подключаться друг к другу, а также обмениваться информацией и работать совместно.

    На самой звуковой карте MIDI-порты отсутствуют, поэтому подключение к ПК MIDI-инструментов и устройств осуществляется с помощью специального MIDI-адаптера.

    c) Интерфейс для подключения дочерних карт. Звуковая система ПК может иметь специальный интерфейс для подключения дочерних плат. Путем установки дочерней платы можно увеличивать полифонию звуковой системы и качественно изменять метод синтеза. Например, если раньше применялся только FM-синтез, то можно добавить WT-синтез. Дочерняя плата обычно устанавливается в специальный 26-контактный разъем расположенный на звуковой карте.

    d) Интерфейс для подключения приводов CD-ROM . Входит в состав звуковой карты. Через специальный разъем на звуковой карте и специальный выход на приводе CD-ROMа они соединяются с помощью гибкого кабеля. Совсем недавно - это был единственный способ подключения привода CD-ROMк компьютеру.

    Модуль микшера звуковой карты производит:

    a) Коммутацию (подключение/отключение) источников и приемников звуковых сигналов;

    b) Регулирование уровня входных и выходных звуковых сигналов;

    Микширование (смешивание) нескольких звуковых сигналов и регулирование уровня результирующего сигнала.

    Управление микшером осуществляется программно средствами Windows или с помощью специальных программ-микшеров.

    Включает в себя наушники и колонки. Они непосредственно преобразуют звуковой электрический сигнал в акустические колебания и, тем самым, в значительной степени влияют на качество звука.

    Акустической системы

    По количеству каналов звучания акустическая система может быть:

    Монофоническая (1 канал);

    Стереофоническая (2 канальная);

    DolbyDigital(от 6 и более каналов).

    3. Решите задачи по вариантам.

    4. Ответьте на контрольные вопросы.

    Вариант 1

    1. Рассчитайте информационный объём закодированного звука, если записано звучание 3 секунд речи с частотой дискретизации 5 Гц и глубиной звука 4 бит.

    Вариант 2

    1. Рассчитайте информационный объём закодированного стерео звука, если записано звучание 10 с с частотой дискретизации 20 Гц и глубиной звука 5 бит.

    2. Определите объем памяти для хранения цифрового аудиофайла, время звучания которого составляет 2 минуты при частоте дискретизации 44,1 кГц и разрешении 16 бит.

    Вариант 3

    1. Рассчитайте информационный объём закодированного звука, если записано звучание 7 с речи с частотой дискретизации 5 Гц и глубиной звука 4 бит.

    2. Объем звукового файла 5,25 Мб, разрядность звуковой платы - 16. Какова длительность звучания этого файла, записанного с частотой дискретизации 22,05 кГц?

    Вариант 4

    1. Рассчитайте информационный объём закодированного стерео звука, если записано звучание 15 с с частотой дискретизации 15 Гц и глубиной звука 4 бит.

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

    Вариант 5

    1. Рассчитайте информационный объём закодированного звука, если записано звучание 3 с речи с частотой дискретизации 5 Гц и глубиной звука 3 бит.

    2. Рассчитайте время звучания звукового файла объемом 3.5 Мбайт, содержащего стерео запись с частотой дискретизации 44 100 Гц и разрядностью кода 16 бит.

    Вариант 6

    1. Рассчитайте информационный объём закодированного стерео звука, если записано звучание 10 секунд с частотой дискретизации 25 Гц и глубиной звука 6 бит.

    2. Определить размер (в байтах) цифрового аудиофайла, время звучания которого составляет 10 секунд при частоте дискретизации 22,05 кГц и разрешении 8 бит.

    13-П Оле гВариант 7

    1. Рассчитайте информационный объём закодированного звука, если записано звучание 5 секунд речи с частотой дискретизации 3 Гц и глубиной звука 4 бит.=60 бит.

    2. Рассчитайте информационный объём закодированного стерео звука, если записано звучание 20 секунд с частотой дискретизации 15 Гц и глубиной звука 3 бит.=900 бит.

    Вариант 8

    1. Определить объем памяти для хранения цифрового аудиофайла, время звучания которого составляет две минуты при частоте дискретизации 44,1 кГц и разрешении 16 бит.

    2. Рассчитайте информационный объём закодированного звука, если записано звучание 12 секунд речи с частотой дискретизации 5 Гц и глубиной звука 4 бит.

    Вариант 9

    1. Рассчитайте информационный объём закодированного стерео-звука, если записано звучание 30 секунд с частотой дискретизации 15 Гц и глубиной звука15 бит.

    2. Две минуты записи цифрового аудиофайла занимают на диске 5,1 Мб. Частота дискретизации -- 22050 Гц. Какова разрядность аудио адаптера.

    Вариант 10

    1. Рассчитайте информационный объём закодированного звука, если записано звучание 17 секунд речи с частотой дискретизации 16 Гц и глубиной звука 14 бит.

    3. 16 бит и 8 кГц.

    Вариант 11

    1. Рассчитайте информационный объём закодированного стереозвука, если записано звучание 150 секунд с частотой дискретизации 20 Гц и глубиной звука 4 бит.

    Вариант 12

    1. Рассчитайте информационный объём закодированного звука, если записано звучание 13 с речи с частотой дискретизации 8 Гц и глубиной звука 12 бит.

    2. Рассчитайте время звучания моно аудиофайла, если при 16-битном кодировании и частоте дискретизации 32 кГц его объем равен 6300 Кбайт.

    Вариант 13

    1. Рассчитайте информационный объём закодированного стереозвука, если записано звучание 25 секунд с частотой дискретизации 25 Гц и глубиной звука 16 бит.

    2. Рассчитайте информационный объём закодированного звука, если записано 55 секунд речи с частотой дискретизации 15 Гц и глубиной звука 5 бит.

    Вариант 14

    1. Чему равно время звучания при 16-битном кодировании, частоте дискретизации 32 кГц и объёме моно аудиофайла 700 Кбайт.

    2. Рассчитайте информационный объём закодированного стереозвука, если записано звучание 120 секунд с частотой дискретизации 15 Гц и глубиной звука 23 бит.

    2. Рассчитайте информационный объём закодированного звука, если записано звучание 38 с речи с частотой дискретизации 15 Гц и глубиной звука 3 бит.

    Вариант 16

    1. Рассчитайте информационный объём закодированного стереозвука, если записано звучание 100 секунд с частотой дискретизации 27 Гц и глубиной звука 15 бит.

    2. Рассчитайте объём монофонического аудиофайла длительностью 10 с при 16-битном кодировании и частоте дискретизации 44,1 к Гц.

    Вариант 17

    1. Рассчитайте информационный объём закодированного звука, если записано звучание 70 с речи с частотой дискретизации 25 Гц и глубиной звука 4 бит.

    Вариант 18

    1. Рассчитайте информационный объём закодированного стереозвука, если записано звучание 215 секунд с частотой дискретизации 5кГц и глубиной звука 3 бит.

    Вариант 19

    1. Рассчитайте информационный объём закодированного звука, если записано звучание 34 с речи с частотой дискретизации 45 Гц и глубиной звука 7 бит.

    2. Рассчитайте время звучания моно аудиофайла, если при 4-битном кодировании и частоте дискретизации 16 кГц его объем равен 350 Кбайт.

    Вариант 20

    1. Рассчитайте информационный объём закодированного стереозвука, если записано звучание 126 секунд с частотой дискретизации 32 Гц и глубиной звука 6 бит.

    2. Определить объем памяти для хранения цифрового аудиофайла, время звучания которого составляет 4 минуты при частоте дискретизации 55 кГц и расширении 32 бит.

    Вариант 21

    1. Рассчитайте информационный объём закодированного звука, если записано звучание 14 с речи с частотой дискретизации 13 Гц и глубиной звука 12 бит.

    2. Объем свободной памяти на диске - 512 Мбайт, разрядность звуковой платы - 32. Какова длительность звучания цифрового аудиофайла, записанного с частотой дискретизации 66100 Гц.

    Вариант 22

    1. Рассчитайте информационный объём закодированного стереозвука, если записано звучание 25 секунд с частотой дискретизации 15 Гц и глубиной звука 16 бит.

    2. Определить объем памяти для хранения стерео-аудиофайла, время звучания которого составляет 2 минуты, если известно, что частота дискретизации равна 40 000 Гц, а глубина кодирования звука равна 16 бит.

    Контрольные вопросы

    1. Дайте определения понятиям «звук» и «звуковая система ПК»?

    2. Какие основные функции выполняет звуковая система ПК?

    3. Каковы основные этапы аналого-цифрового и цифроаналогового преобразования?

    4. Какие применяют методы синтеза звука?

    5. Какие функции выполняет модуль микшера и что относится к числу его основных характеристик?

    6. Дайте определения понятиям «временная дискретизация» и «битрейт»?

    Размещено на Allbest.ru

    Подобные документы

      Исследование понятия звука, его скорости, длины волны, порогов слышимости. Описание программ для обработки звука, позволяющих записывать музыку, менять тембр звучания, высоту, темп. Особенности звуковых редакторов, реставраторов и анализаторов аудио.

      реферат , добавлен 03.11.2013

      Формат звукового файла wav, способ его кодирования. Реализация возможностей воспроизведения звука в среде программирования MATLAB. Составление функциональной схемы программы. Апробирование информационной технологии воспроизведения звуковых файлов.

      курсовая работа , добавлен 13.02.2016

      Цифровое представление звуковых сигналов. Устройства вывода звуковой информации: колонки, динамик и наушники. Устройства ввода звуковой информации. Частота и интенсивность звука. Амплитуда звуковых колебаний, мощность источника звука, диапазон колебаний.

      реферат , добавлен 08.02.2011

      Анализ процесса оцифровки зависимости интенсивности звукового сигнала от времени. Характеристика технологии создания музыкальных звуков в современных электромузыкальных цифровых синтезаторах. Изучение основных звуковых форматов, способов обработки звука.

      курсовая работа , добавлен 23.11.2011

      Рассмотрение основ поддержки звука в современных компьютерах и основных аудиоустройств. Изучение правил установки звуковой карты и драйверов, выбор колонок. Описание проблем, связанных с аппаратным и программным обеспечением. Алгоритм обработки звука.

      курсовая работа , добавлен 16.03.2014

      Восприятие звуковых раздражений. Частота, амплитуда, фаза как характеристики звука. Представление и способы передачи цифровой информации. Особенности дискретизации звука. Способы записи информации: бит в бит; сжатие; структура болванки CD-R; запись CD-R.

      реферат , добавлен 10.11.2009

      Генерирование и сохранение мелодии в виде звукового файла формата wav. Проведение частотного анализа полученного сигнала. Зависимость объема wav-файлов от разрядности кодирования сигнала. Спектр нот записанного wav-файла с заданной разрядностью.

      лабораторная работа , добавлен 30.03.2015

      Модели звуковых карт, их возможности, качество звука и размеры. Устройство звуковых карт и принципы их функционирования. Методы генерации звука, применяющиеся в звуковых платах. Особенности системы пространственного звуковоспроизведения Dolby Digital.

      реферат , добавлен 13.03.2011

      Техническая характеристика сигналов в системах цифровой обработки. Описание программ для обработки цифровой и синтезированной звуковой информации, шумоподавление звука. Профессиональная обработка звука и звуковой волны: сжатие, запись, сэмплирование.

      курсовая работа , добавлен 01.03.2013

      История компьютеризации музыкального обучения. Функциональные возможности компьютера по организации обмена музыкальной информацией. Рассмотрение технологий и средств обработки звуковой информации. Применение технологии создания позиционируемого 3D звука.


    Знание составляется из мелких
    крупинок ежедневного опыта.
    Д.И. Писарев

    Цели: Применение теоретических знаний на практике.
    Задачи урока:
    Научить принципу двоичного кодирования при оцифровке звука;
    Познакомить с понятием временной дискретизации звука;
    Установить зависимость между качеством кодирования звука, глубиной кодирования и частотой дискретизации;
    Научить оценивать информационный объем аудиофайла;
    Записывать звук с помощью компьютера, сохранять его в звуковых файлах в формате WAV, воспроизводить.

    Ход урока:

    I. Организационный момент 1. Звучит музыка
    2. Слова учителя:

    Тема нашего урока «Двоичное кодирование звуковой информации». Сегодня мы познакомимся с понятием временной дискретизации звука, установим эксперементальным путем зависимость между качеством кодирования звука, глубиной кодирования и частотой дискретизации, научимся оценивать объем аудифайлов, записывать звук с помощью компьютера, сохранять его в звуковых файлах в формате WAV и воспроизводить.

    II. Актуализация знаний учащихся. Вопросы: (ответы записывать в бланк №1)

    1. Перечислите виды существования информации? (числовая, текстовая, графическая, звуковая).
    2. Какое ключевое слово можно подобрать к видеоряду? (кодирование информации).
    3. Что называют глубиной звука? (глубина звука или глубина кодирования - количество бит информации на кодировку звука).
    4. Какие уровни громкости может иметь звук? (звук может иметь различные уровни громкости.

    5. Что называется частотой дискретизации? (Частота дискретизации - количество измерений уровня входного сигнала в единицу времени (за 1 секунду).
    6. По какой формуле вычисляется размер цифрового моноаудиофайла?
    (А=Д*Т*I).
    Д- частота дискретизации;
    Т- время звучания или записи звука;
    I- разрядность регистра.
    7. По какой формуле вычисляется размер цифрового стереоаудиофайла?
    А=2*Д*Т*I

    III. Решение задач. Задача №1 (Семакин. №88 стр. 157, задачник №1). Бланк №1.

    Определить объем памяти для хранения цифрового аудиофайла, время звучания которого составляет две минуты при частоте дискретизации 44.1 кГц и расширении 16 бит.


    IV. Изучение нового материала.

    С начала 90-х годов персональные компьютеры получили возможность работать со звуковой информацией. Каждый компьютер, имеющий звуковую плату, микрофон и колонки, может записывать, сохранять и воспроизводить звуковую информацию.
    С помощью специальных программных средств (редакторов звукозаписей) открываются широкие возможности по созданию, редактированию и прослушиванию звуковых файлов. Создаются программы распознавания речи и, в результате, появляется возможность управления компьютером при помощи голоса.
    Из курса физики вам известно, что звук представляет собой механическую волну с непрерывно меняющейся амплитудой и частотой (рис. 1). Чем выше амплитуда, тем громче звук, чем меньше частота, тем ниже тон. Компьютер -устройство цифровое, поэтому непрерывный звуковой сигнал должен быть преобразован в последовательность электрических импульсов (нулей и единиц). Для этого плоскость, на которой графически представлена звуковая волна, разбивается на горизонтальные и вертикальные линии (рис. 2 и рис. 3). Горизонтальные линии -это уровни громкости, а вертикальные - количество измерений за 1 секунду(одно измерение в секунду - это один герц), или частота дискретизации (Гц). Такой способ позволяет заменить непрерывную зависимость на дискретную последовательность уровней громкости, каждой из которых присваивается значение в двоичном коде (рис. 4).

    рис.1 рис.2 рис.3 рис.4
    Количество уровней громкости зависит от глубины звука - количества байтов, используемыз для кодирования одного уровня. Обычно 8 кГц и уровень квантования (код длиной 8 бит).
    , где N- количество уровней громкости, а I - глубина звука (биты)

    Пример: Бланк №3
    Решение:
    1)кодирование с частотой 5 Гц - это значит, что происходит измерений высоты звука в 1 сек. Глубина 4 бита - означает, что используются 16 уровней громкости.
    «округлять» значения высоты звука будем до ближайшего нижнего уровня. (Результат кодирования: 1000 1000 1001 О11О 0111)

    2) Для расчета информационного объема закодированного звука (А) используется простая формула: А = D * i * Т, где: D - частота дискретизации (Гц); i - глубина звука (бит); Т - время звучания (сек).
    Получаем: А = 5 Гц * 4 бита * 1 сек = 20 бит.

    V. Обучающая самостоятельная работа. Бланк №5


    VI. Исследовательское задание. Бланк №6

    Группы №1-5. Установить зависимость между качеством двоичного кодирования звука и информационным объемом аудиофайла для звуковой информации различного содержания (монологическая речь, диалогическая речь, стихотворение, песня); зависимость между информационным объемом файла и режимом записи (моно, стерео).


    Ход исследовательской работы:

    1) Заполнить бланк №2.
    2) Записать результаты в таблицу, полученные в ходе эксперимента.
    3) Сделать вывод.

    VII. Подведение итогов работы в группах
    VIII. Мини проект Музыкальные и звуковые возможности.
    Обозначения: Программа: "В лесу родилась елочка"
    SCRN 7
    LINE (20,0)-(300,180),2,BF
    FOR I=l TO 2000
    X=280*RND+20 Y=180*RND
    C=16*RND
    PSET(X,Y),C
    NEXT I
    SLEEP 1
    LINE (150,140)-(170,160),6,BF
    PSET(110,140)
    LINE-(210,140), 10
    LINE-(160,110),10
    LINE- (110,140),10
    PAINT (160,120), 10,10
    LOCATE 24,10
    PRINT «В лесу родилась елочка»
    PLAY «ms+80 02 18 caajafcc»
    PSET (120,110)
    LINE-(200,110),10
    LINE-(160,85),10
    LINE-(120,110),10
    PAINT (160,90),10,10
    LOCATE 24,10
    PRINT "В лесу она росла",
    PLAY "caab->dc4"
    PSET (130,85)
    LINE-(190,85),10
    LINE-(160,65),10
    LINE-(130,85), 10
    PAINT (160,70),10,10
    LOCATE 24,10
    PRINT «ЗИМОЙ И ЛЕТОМ СТРОЙНАЯ»
    PLAY "c PSET (140,65)
    LINE-(180,65), 10
    LINE -(160,50), 10
    LINE - PAINT (160,60), 10,10
    LOCATE 24,10
    PRINT "ЗЕЛЕНАЯ БЫЛА"
    PLAY "caajofu"
    SLEEP
    STOP
    IX Итог урока

    1). Контроль уровня усвоения программного материала
    1. При частоте дискретизации 8 кГц качество дискретизированного звукового сигнала соответствует:

      а) качеству звучания аудио-CD;
      б) качеству радиотрансляции;
      в) среднему качеству.
    2. В каком формате сохраняются звуковые файлы:
      a) DOC;
      б) WAV;
      в) BMP.
    3. Качество кодирования непрерывного звукового сигнала зависит:
      а) от частоты дискретизации и глубины кодирования;
      б) от глубины цвета и разрешающей способности монитора;
      в) от международного стандарта кодирования.
    4. Два звуковых файла записаны с одинаковой частотой дискретизации и глубиной кодирования. Информационный объем файла, записанного в стереорежиме, больше информационного объема файла, записанного в монорежиме:
      а) в 4 раза;
      б) объемы одинаковые;
      в) в 2 раза.
    2). Оценка знаний и умений учащихся.
    3). Слово учителя.

    Безусловно, оценка качества звучания - во многом субъективна и зависит от нашего восприятия. Компьютер, так же как и человек, кодирует звуковую информацию с целью хранения и последующего воспроизведения. Подумайте, а в чем разница между звуковой информацией, хранимой в памяти ПК и в памяти человека? (Ответ: у человека процесс кодирования звука тесно связан с эмоциями).
    Таким образом, компьютер хранит звук, а человек музыку!!! Музыка -единственный язык, на котором душа говорит с душою (Бертольд Авербах). Она может поднять в небеса, пробудить чувства, сковать разум и вселить страх. Для каждого человека музыка своя. Какие эмоции или ассоциации вызывает у вас «Лунная соната»?... Теплый взгляд любящего человека, нежное касание материнской руки, а теперь возможно, что эти чарующие звуки будут напоминать вам и об уроке информатики. Все это, согласитесь, недоступно цифровому двоичному коду.

    Х. Домашнее задание Задачи № 89,91,92 стр 157.

    Основные понятия

    Частота дискретизации(f) определяет количество отсчетов, запоминаемых за 1 секунду;

    1 Гц (один герц) – это один отсчет в секунду,

    а 8 кГц – это 8000 отсчетов в секунду

    Глубина кодирования (b) – это количество бит, которое необходимо для кодирования 1 уровня громкости

    Время звучания (t)


    Объем памяти для хранения данных 1 канала (моно)

    I=f·b·t

    (для хранения информации о звуке длительностью t секунд, закодированном с частотой дискретизации f Гц и глубиной кодирования b бит требуется I бит памяти)

    При двухканальной записи (стерео) объем памяти, необходимый для хранения данных одного канала, умножается на 2

    I=f·b·t·2

    Единицы измерения I - биты, b -биты, f - Герцы, t – секунды Частота дискретизации 44,1 кГц, 22,05 кГц, 11,025 кГц

    Кодирование звуковой информации

    Основные теоретические положения

    Временная дискретизация звука. Для того чтобы компьютер мог обрабатывать звук, непрерывный звуковой сигнал должен быть преобразован в цифровую дискретную форму с помощью временной дискретизации. Непрерывная звуковая волна разбивается на отдельные маленькие временные участки, для каждого такого участка устанавливается определенная величина интенсивности звука.

    Таким образом, непрерывная зависимость громкости звука от времени A(t) заменяется на дискретную последовательность уровней громкости. На графике это выглядит как замена гладкой кривой на последовательность "ступенек".

    Частота дискретизации. Для записи аналогового звука и его преобразования в цифровую форму используется микрофон, подключенный к звуковой плате. Качество полученного цифрового звука зависит от количества измерений уровня громкости звука в единицу времени, т.е. частоты дискретизации. Чем большее количество измерений производится за 1 секунду (чем больше частота дискретизации), тем точнее "лесенка" цифрового звукового сигнала повторяет кривую аналогового сигнала.

    Частота дискретизации звука - это количество измерений громкости звука за одну секунду, измеряется в герцах (Гц). Обозначим частоту дискретизации буквой f.

    Частота дискретизации звука может лежать в диапазоне от 8000 до 48 000 измерений громкости звука за одну секунду. Для кодировки выбирают одну из трех частот: 44,1 КГц, 22,05 КГц, 11,025 КГц.

    Глубина кодирования звука. 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 b , которое называется глубиной кодирования звука

    Глубина кодирования звука - это количество информации, которое необходимо для кодирования дискретных уровней громкости цифрового звука.

    Если известна глубина кодирования, то количество уровней громкости цифрового звука можно рассчитать по формуле N = 2 b . Пусть глубина кодирования звука составляет 16 битов, тогда количество уровней громкости звука равно:

    N = 2 b = 2 16 = 65 536.

    В процессе кодирования каждому уровню громкости звука присваивается свой 16-битовый двоичный код, наименьшему уровню звука будет соответствовать код 0000000000000000, а наибольшему - 1111111111111111.

    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").

    Необходимо помнить, что чем выше качество цифрового звука, тем больше информационный объем звукового файла.

    Задачи для самостоятельной подготовки .

    1. Рассчитайте объём монофонического аудиофайла длительностью 10 с при 16-битном кодировании и частоте дискретизации 44,1 к Гц. (861 Кбайт)

    2. Производится двухканальная (стерео) звукозапись с частотой дискретизации 48 кГц и 24-битным разрешением. Запись длится 1 минуту, ее результаты записываются в файл, сжатие данных не производится. Какое из приведенных ниже чисел наиболее близко к размеру полученного файла, выраженному в мегабайтах?

    1)0,3 2) 4 3) 16 4) 132

    3. Производится одноканальная (моно) звукозапись с частотой дискретизации 11 кГц и глубиной кодирования 24 бита. Запись длится 7 минут, ее результаты записываются в файл, сжатие данных не производится. Какое из приведенных ниже чисел наиболее близко к размеру полученного файла, выраженному в мегабайтах?

    1) 11 2) 13 3) 15 4) 22

    4. Производится двухканальная (стерео) звукозапись с частотой дискретизации 11 кГц и глубиной кодирования 16 бит. Запись длится 6 минут, ее результаты записываются в файл, сжатие данных не производится. Какое из приведенных ниже чисел наиболее близко к размеру полученного файла, выраженному в мегабайтах?

    1) 11 2) 12 3) 13 4) 15