Кодування звукової інформації

Мета. Осмислити процес перетворення звукової інформації, засвоїти поняття необхідні для підрахунку обсягу звукової інформації. Навчитися вирішувати завдання по темі.

Мета-мотивація. Підготовка до ЄДІ.

Матеріал презентації: Кодування звукової інформації.

З початку 90-х років персональні комп'ютери отримали можливість працювати зі звуковою інформацією. Кожен комп'ютер, який має звукову плату, мікрофон і колонки, може записувати, зберігати і відтворювати звукову інформацію.

Процес перетворення звукових хвиль в двійковий код в пам'яті комп'ютера:

Процес відтворення звукової інформації, збереженої в пам'яті ЕОМ:

Звук являє собою звукову хвилю з безперервно мінливою амплітудою і частотою. Чим більше амплітуда, тим він голосніше для людини, чим більше частота сигналу, тим вище тон. Програмне забезпечення комп'ютера в даний час дозволяє безперервний звуковий сигнал перетворювати в послідовність електричних імпульсів, які можна представити у двійковій формі. У процесі кодування безперервного звукового сигналу проводиться його тимчасова дискретизація. Безперервна звукова хвиля розбивається на окремі маленькі тимчасові ділянки, причому для кожного такого ділянки встановлюється певна величина амплітуди.

Таким чином, безперервна залежність амплітуди сигналу від часу A (t) замінюється на дискретну послідовність рівнів гучності. На графіку це виглядає як заміна гладкої кривої на послідовність «сходинок» Кожному «сходинці» присвоюється значення рівня гучності звуку, його код (1, 2, 3 і так

далі). Рівні гучності звуку можна розглядати як набір можливих станів, відповідно, чим більша кількість рівнів гучності буде виділено в процесі кодування, тим більша кількість інформації буде нести значення кожного рівня і тим якіснішим буде звучання.

Аудиоадаптер (звукова плата) - спеціальний пристрій, що підключається до комп'ютера, призначене для перетворення електричних коливань звукової частоти в числовий двійкового коду при введенні звуку і для зворотного перетворення (з числового коду в електричні коливання) при відтворенні звуку.

В процесі запису звуку аудиоадаптер з певним періодом вимірює амплітуду електричного струму і заносить в регістр двійкового коду отриманої величини. Потім отриманий код з регістра переписується в оперативну пам'ять комп'ютера. Якість комп'ютерного звуку визначається характеристиками аудиоадаптера:

• частотою дискретизації
• Розрядністю (глибина звуку).

Частота тимчасової дискретизації

- це кількість вимірювань вхідного сигналу за 1 секунду. Частота вимірюється в герцах (Гц). Одне вимір за одну секунду відповідає частоті 1 Гц. 1000 вимірювань за 1 секунду - 1 кілогерц (кГц). Характерні частоти дискретизації Аудиоадаптер:

11 кГц, 22 кГц, 44,1 кГц і ін.

Розрядність регістра (глибина звуку) число біт в регістрі аудиоадаптера, задає кількість можливих рівнів звуку.

Розрядність визначає точність вимірювання вхідного сигналу. Чим більше розрядність, тим менше похибка кожного окремого перетворення величини електричного сигналу в число і назад. Якщо розрядність дорівнює 8 (16). то при вимірюванні вхідного сигналу може бути отримано 2 8 = 256 (2 16 = 65536) різних значень. Очевидно, 16 розрядний аудиоадаптер точніше кодує і відтворює звук, ніж 8-розрядний. Сучасні звукові карти забезпечують 16-бітну глибину кодування звуку. Кількість різних рівнів сигналу (станів при даному кодуванні) можна розрахувати за формулою:

N = 2 I = 2 16 = 65536, де I - глибина звуку.

Таким чином, сучасні звукові карти можуть забезпечити кодування 65536 рівнів сигналу. Кожному значенню амплітуди звукового сигналу присвоюється 16-бітний код. При довічним кодуванні безперервного звукового сигналу він замінюється послідовністю дискретних рівнів сигналу. Якість кодування залежить від кількості вимірювань рівня сигналу в одиницю часу, тобто частоти дискретизації. Чим більша кількість вимірювань проводиться за 1 секунду (чим більше частота дискретизації тим точніше процедура двійкового кодування.

Звуковий файл - файл, який зберігає звукову інформацію в числовий двійковій формі.

2. Повторюємо одиниці виміру інформації

1 Кбайт = 2 10 байт = 1024 байт

1 Мбайт = 2 10 Кбайт = 1024 Кбайт

1 Гбайт = 2 10 Мбайт = 1024 Мбайт

1 Тбайт = 2 10 Гбайт = 1024 Гбайт

1 Пбайт = 2 10 Тбайт = 1024 Тбайт

4. Рішення задач

Підручник [1], показ рішення на презентації.

Завдання 1. Визначити інформаційний обсяг стерео аудіо файлу тривалістю звучання 1 секунда при високій якості звуку (16 бітів, 48 кГц).

Обсяг вільної пам'яті на диску - 5,25 Мб, розрядність звукової плати - 16. Яка тривалість звучання цифро-вого аудіофайлу, записаного з частотою дискретизації 22,05 кГц?

Одна хвилина запису цифрового аудіофайлу займає на дис-ке 1,3 Мб, розрядність звукової плати - 8. З якою частотою дискретизації записаний звук?

Який обсяг пам'яті потрібно для зберігання цифрового аудіофайлу із записом звуку високої якості за умови, що час звучання складає 3 хвилини?

Цифровий аудіофайл містить запис звуку низького качест-ва (звук похмурий і приглушений). Яка тривалість звучання файлу, якщо його обсяг становить 650 Кб?

Дві хвилини запису цифрового аудіофайлу займають на дис-ке 5,05 Мб. Частота дискретизації - 22 050 Гц. Яка раз-рядності аудиоадаптера?

Обсяг вільної пам'яті на диску - 0,1 Гб, розрядність зву-кової плати - 16. Яка тривалість звучання цифрового аудіофайлу, записаного з частотою дискретизації 44 100 Гц?

№ 92. 124,8 секунди.

№ 94. Висока якість звучання досягається при частоті дискретизації 44,1 кГц і розрядності аудиоадаптера, рівній 16. Необхідний обсяг пам'яті - 15,1 Мб.

№ 95. Для похмурого і приглушеного звуку характерні наступні параметри: частота дискретизації - 11 кГц, розрядність аудиоадаптера - 8. Загальна тривалість звучання дорівнює 60,5 с.

1. Підручник: Інформатика, задачник-практикум 1 том, під редакцією І.Г.Семакіна, Є.К. Хеннера)

2. Фестиваль педагогічних ідей «Відкритий урок» Звук. Двійкове кодування звукової інформації. Супрягіна Олена Олександрівна, учитель інформатики.