Чем определяется двоичное кодирование звука

Чем определяется двоичное кодирование звука

Временная дискретизация звука. Звук представляет собой звуковую волну с непрерывно меняющейся амплитудой и частотой. Чем больше амплитуда сигнала, тем он громче для человека, чем больше частота сигнала, тем выше тон. Для того чтобы компьютер мог обрабатывать звук, непрерывный звуковой сигнал должен быть превращен в последовательность электрических импульсов (двоичных нулей и единиц).

В процессе кодирования непрерывного звукового сигнала производится его временная дискретизация. Непрерывная звуковая волна разбивается на отдельные маленькие временные участки, причем для каждого такого участка устанавливается определенная величина амплитуды.

Рис. 1.9 Временная дискретизация звука

Каждой «ступеньке» присваивается значение уровня громкости звука, его код (1, 2, 3 и так далее). Уровни громкости звука можно рассматривать как набор возможных состояний, соответственно, чем большее количество уровней громкости будет выделено в процессе кодирования, тем большее количество информации будет нести значение каждого уровня и тем более качественным будет звучание.

Современные звуковые карты обеспечивают 16-битную глубину кодирования звука. Количество различных уровней сигнала (состояний при данном кодировании) можно рассчитать по формуле (2.1):

Таким образом, современные звуковые карты могут обеспечить кодирование 65536 уровней сигнала. Каждому значению амплитуды звукового сигнала присваивается 16-битный код.

При двоичном кодировании непрерывного звукового сигнала он заменяется последовательностью дискретных уровней сигнала. Качество кодирования зависит от количества измерений уровня сигнала в единицу времени, то есть частоты дискретизации. Чем большее количество измерений производится за 1 секунду (чем больше частота дискретизации), тем точнее процедура двоичного кодирования.

Качество двоичного кодирования звука определяется глубиной кодирования и частотой дискретизации.

Можно оценить информационный объем стереоаудиофай-ла длительностью звучания 1 секунда при высоком качестве звука (16 битов, 48 кГц). Для этого количество битов, приходящихся на одну выборку, необходимо умножить на количество выборок в 1 секунду и умножить на 2 (стерео):

16 бит × 48 000 × 2 = 1 536 000 бит = 192 000 байт = 187,5 Кбайт.

Стандартное приложение Звукозапись играет роль цифрового магнитофона и позволяет записывать звук, то есть ди-скретизировать звуковые сигналы, и сохранять их в звуковых файлах в формате WAV. Эта программа позволяет редактировать звуковые файлы, микшировать их (накладывать друг на друга), а также воспроизводить.

1. Запустить Звукозапись. Для установки параметров дискретизации звука ввести команду [Файл-Свойства]. На панели Свойства объекта «Звук» щелкнуть по кнопке Преобразовать.

2. На панели Выбор звука из раскрывающегося списка выбрать режим кодирования звука (глубина кодирования, частота дискретизации, моно/стерео).

1. В чем состоит принцип двоичного кодирования звука?

2. От каких параметров зависит качество двоичного кодирования звука?

1.33. С помощью программы Звукозапись записать при 16-битном кодировании и частоте дискретизации 44 кГц моноаудиофайл длительностью 10 секунд. Сравнить его реальный объем с вычисленным.

Источник

Двоичное кодирование звука

Использование компьютера для обработки звука началось позднее, нежели чисел, текстов и графики.

Звук – волна с непрерывно изменяющейся амплитудой и частотой. Чем больше амплитуда, тем он громче для человека, чем больше частота, тем выше тон.

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.

В процессе кодирования звукового сигнала производится его временная дискретизация – непрерывная волна разбивается на отдельные маленькие временные участки и для каждого такого участка устанавливается определенная величина амплитуды.

Таким образом непрерывная зависимость амплитуды сигнала от времени заменяется на дискретную последовательность уровней громкости.

Каждому уровню громкости присваивается его код. Чем большее количество уровней громкости будет выделено в процессе кодирования, тем большее количество информации будет нести значение каждого уровня и тем более качественным будет звучание.

Качество двоичного кодирования звука определяется глубиной кодирования и частотой дискретизации.

Частота дискретизации– количество измерений уровня сигнала в единицу времени.

Количество уровней громкости определяет глубину кодирования. Современные звуковые карты обеспечивают 16-битную глубину кодирования звука. При этом количество уровней громкости равно N = 2 16 = 65536.

Источник

Звук. Двоичное кодирование звуковой информации

Тип учебного занятия: Урок изучения и первичного закрепления новых знаний и способов деятельности.

Форма проведения: интегрированный урок.

Оборудование: ПК, мультимедийный проектор, презентация, карточки – задания.

Ход урока

1. Организационный этап.

Учитель: Здравствуйте, ребята! Садитесь. Сегодня у нас с вами последний урок по теме “Двоичное кодирование информации”.

Какие виды информации мы с вами изучили?

Ученики: числовую, текстовую, графическую.

Учитель. Как вы думаете, о каком виде информации речь пойдет на этом уроке?

Учитель: Молодцы. Конечно, речь пойдет о звуковой информации.

Давайте поставим цели нашей с вами работы сегодня. (ребята предлагают цели урока).

Но прежде, чем мы приступим к изучению новой темы. Давайте вспомним основные положения кодирования. Проведем разминку.

Для проведения урока необходимы консультанты. Учитель назначает

экспертов для урока из числа учеников класса.

А теперь посмотрим, как вы усвоили предыдущие темы, для этого на рабочем столе компьютера вам предложен тест. На выполнение теста отводится 5 минут.

Консультанты выполняют тест на листах, а затем проверят вашу работу и запишут оценки.

2. Поверка выполнения домашнего задания:

3. Актуализация субъективного опыта учащихся.

Учитель. Итак, тема нашего урока Звук. Кодирование звука.

Вы знаете, что знание физики необходимо при изучении такой науки, как информатика. И сегодня мы почерпнем сведения из физики.

4. Этап усвоения новых знаний и способов деятельности (12 мин)

С начала 9О-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.

А что же такое звук?

Скорость распространения звука зависит от упругих свойств среды, ее плотности и температуры. Скорость звука не зависит от частоты.

По принятой классификации звук подразделяют на музыкальные звуки (тоны) и шумы.

Музыкальный звук это сложное колебание. Любое сложное колебание можно разложить на ряд гармонических колебаний, частоты которых в целое число раз больше частоты основного тона. Акустическим спектром называется разложение сложного звука на гармонические колебания с учетом их амплитуды и частоты. Акустический спектр музыкального звука является линейчатым. Шумы вызываются апериодическими колебаниями. Их спектр сплошной. Физически высоту тона определяет частота. Чем она больше, тем выше тон. Тембр зависит от формы сложного колебания и его гармонического спектра.

Звук представляет собой звуковую волну с непрерывно меняющейся амплитудой и частотой. Чем больше амплитуда сигнала, тем он громче для человека, чем больше частота сигнала, тем выше тон.

Для того чтобы компьютер мог обрабатывать звук, непрерывный звуковой сигнал должен быть превращен в последовательность электрических импульсов (двоичных нулей и единиц).

Непрерывная звуковая волна разбивается на отдельные маленькие временные участки, причем для каждого такого участка устанавливается определенная величина амплитуды.

Таким образом, непрерывная зависимость амплитуды сигнала от времени А(t) заменяется на дискретную последовательность уровней громкости. На графике это выглядит как замена гладкой кривой на последовательность “ступенек”.

Каждой “ступеньке” присваивается значение уровня громкости звука, его код (1, 2, 3 и т.д.). Уровни громкости звука можно рассматривать как набор возможных состояний, соответственно, чем большее количество уровней громкости будет выделено в процессе кодирования, тем большее количество информации будет нести значение каждого уровня и тем более качественным будет звучание.

Современные звуковые карты обеспечивают 16-битную глубину кодирование звука. Количество различных уровней сигнала или состояний при данном кодировании можно рассчитать по формуле

Таким образом, современные звуковые карты могут обеспечить кодирование 65536 уровней сигнала. Каждому значению амплитуды звукового сигнала присваивается 16-битный код.

При двоичном кодировании непрерывного звукового сигнала он заменяется последовательностью дискретных уровней сигнала. Качество кодирования зависит от количества измерений уровня сигнала в единицу времени, т.е. частоты дискретизации.

Чем большее количество измерений производится за 1 секунду (чем больше частота дискретизации), тем точнее процедура двоичного кодирования.

Качество звукового сигнала определяется “глубиной” и частотой дискретизации.

Количество изменений в секунду может лежать в диапазоне от 8000 до 48000, т.е. частота дискретизации аналогово звукового сигнала может принимать значения от 8 до 48 кГц.

Можно оценить информационный объем стереоаудиофайла длительностью 1 секунда при высоком качестве звука 16 бит, 48 кГц. Для этого количество бит на одну выборку необходимо умножить на количество выборок в 1 с и умножить на 2.

16 бит*48000 Гц*2=1536000 бит=192000 байт=187,5 кбайт.

А теперь наши консультанты покажут, как записывается аудиофайл на компьютере (работа консультантов).

6. Этап контроля и самоконтроля, коррекции

А теперь поработаем в группах. Разделитесь на 3 группы. (ребята пересаживаются). Для самостоятельного решения я вам предложу 2 задачи и одну практическую работу.

Класс делится на группы по 4 человека. Каждая группа получает задание.

1 группа

1. Оцените информационный объем моноаудиофайла длительностью звучания 20 с, если «глубина» кодирования и частота дискретизации звукового сигнала равны соответственно 8 бит и 8 кГц;

2. Рассчитайте время звучания моноаудиофайла, если при 16-битном кодировании и частоте дискретизации 32 кГц его объем равен 700 Кбайт;

3. Запишите звуковой моноаудиофайл длительностью 20 с, с «глубиной» кодирования 8 бит и частотой дискретизации 8 кГц.

2 группа

1. Определите качество звука (качество радиотрансляции, среднее качество, качество аудио-CD) если известно, что объем стериоаудиофайла длительностью звучания в 10 сек. Равен 940 Кбайт;

2. Оцените информационный объем стериоаудиофайла длительностью звучания 30 с, если «глубина» кодирования и частота дискретизации звукового сигнала равны соответственно 8 бит и 8 кГц;

3. Запишите звуковой файл длительностью 30с с «глубиной» кодирования 8бит и частотой дискретизации 8 кГц.

3 группа

1. Аналоговый звуковой сигнал был дискретизирован сначала с использованием 256 уровней интенсивности сигнала (качество звучания радиотрансляции), а затем с использованием 65536 уровней интенсивности сигнала (качество звучания аудио-CD). Во сколько раз различаются информационные объемы оцифрованного звука?

2. Оцените информационный объем моноаудиофайла длительностью звучания 1 мин. если «глубина» кодирования и частота дискретизации звукового сигнала равны соответственно:

3. Запишите звуковой моноаудиофайл длительностью 1 минута с «глубиной» кодирования 16 бит и частотой дискретизации 48 кГц.

После выполнения задания учитель проверяет решение задач. Практическую часть самостоятельной работы прослушивает весь класс.

7. Информация о домашнем задании, инструктаж по его выполнению.

Источник

Урок по информатике на тему «Двоичное кодирование звуковой информации»

Онлайн-конференция

«Современная профориентация педагогов
и родителей, перспективы рынка труда
и особенности личности подростка»

Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику

Выбранный для просмотра документ pril1.doc

Кодирование звуковой информации

Временнáя дискретизация звука. Звук представляет собой звуковую волну с непрерывно меняющейся амплитудой и частотой. Чем больше амплитуда сигнала, тем он громче для человека, чем больше частота сигнала, тем выше тон. Для того чтобы компьютер мог обрабатывать звук, непрерывный звуковой сигнал должен быть превращен в последовательность электрических импульсов (двоичных нулей и единиц).

В процессе кодирования непрерывного звукового сигнала производится его временнáя дискретизация. Непрерывная звуковая разбивается на отдельные маленькие временные участки, причем для каждого такого участка устанавливается определенная величина амплитуды.

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

Чем большее количество «ступенек» будет выделено в процессе кодирования, тем большее количество информации будет нести дискретизация и тем более качественным будет звучание. Качество кодирования зависит от количества измерений уровня сигнала в единицу времени, то есть частоты дискретизации. Чем большее количество измерений производится за 1 секунду (чем больше частота дискретизации), тем точнее процедура двоичного кодирования.

Современные звуковые карты обеспечивают 16-битную глубину кодирования звука.

Качество двоичного кодирования звука определяется глубиной кодирования и частотой дискретизации.

Пример. Оцените информационный объем высококачественного стереоаудиофайла длительностью звучания 1 минута, если глубина кодирования 16 бит, а частота дискретизации 48 кГц.

Решение. Информационный объем звукового файла длительностью в 1 секунду равен:

16 бит ´ 48 000 ´ 2 = 1 536 000 бит = 187,5 Кбайт

Информационный объем звукового файла длительностью 1 минута равен:

187,5 Кбайт/с ´ 60 с » 11 Мбайт.

Источник

Обработка звука

Под обработкой звука следует понимать различные преобразования звуковой информации с целью изменения каких-то характеристик звучания. К обработке звука относятся способы создания различных звуковых эффектов, фильтрация, а также методы очистки звука от нежелательных шумов, изменения тембра и т.д. Все это огромное множество преобразований сводится, в конечном счете, к следующим основным типам:

1. Амплитудные преобразования. Выполняются над амплитудой сигнала и приводят к ее усилению/ослаблению или изменению по какому-либо закону на определенных участках сигнала.

2. Частотные преобразования. Выполняются над частотными составляющими звука: сигнал представляется в виде спектра частот через определенные промежутки времени, производится обработка необходимых частотных составляющих, например, фильтрация, и обратное «сворачивание» сигнала из спектра в волну.

3. Фазовые преобразования. Сдвиг фазы сигнала тем или иным способом; например, такие преобразования стерео сигнала, позволяют реализовать эффект вращения или «объёмности» звука.

4. Временные преобразования. Реализуются путем наложения, растягивания/сжатия сигналов; позволяют создать, например, эффекты эха или хора, а также повлиять на пространственные характеристики звука.

Аналоговый и дискретный способы представления звука

Информация, в том числе графическая и звуковая, может быть представлена в аналоговой или дискретной форме.

При аналоговом представлении физическая величина принимает бесконечное множество значений, причем ее значения изменяются непрерывно.

При дискретном представлении физическая величина принимает конечное множество значений, причем ее величина изменяется скачкообразно.

Примером аналогового хранения звуковой информации является виниловая пластин­ка (звуковая дорожка изменяет свою форму непрерывно), а дискретного — аудиокомпакт-диск (звуковая дорожка которого содержит участки с различной отражающей способностью).

Восприятие звука человеком

Звуковые волны улавливаются слуховым органом и вызывают в нем раздражение, которое передается по нервной системе в головной мозг, создавая ощущение звука.

Колебания барабанной перепонки в свою очередь передаются во внутреннее ухо и раздражают слуховой нерв. Так образом человек воспринимает звук.

В аналоговой форме звук представляет собой волну, которая характеризуется:

Герц (Гц или Hz) — единица измерения частоты колебаний. 1 Гц= 1/с

Человеческое ухо может воспринимать звук с частотой от 20 колебаний в секунду (20 Герц, низкий звук) до 20 000 колебаний в секунду (20 КГц, высокий звук).

Кодирование звуковой информации

Для того чтобы комп ьютер мог обрабатывать звук, непрерывный звуковой сигнал должен быть превращен в последовательность электрических импульсов (двоичных нулей и единиц).

Качество кодирования звуковой информации зависит от :

1)частотой дискретизации, т.е. количества измерений уровня сигнала в единицу времени. Чем большее количество измерений производится за 1 секунду (чем больше частота дискретизации), тем точнее процедура двоичного кодирования.

2)глубиной кодирования, т.е. количества уровней сигнала.

Современные звуковые карты обеспечивают 16-битную глубину кодирования звука. Количество различных уровней сигнала (состояний при данном кодировании) можно рассчитать по формуле: N = 2 i = 2 16 = 65536, где i — глубина звука.

Таким образом, современные звуковые карты могут обеспечить кодирование 65536 уровней сигнала. Каждому значению амплитуды звукового сигнала присваивается 16-битный код.

Форматы звуковых файлов

РСМ. РСМ расшифровывается как pulse code modulation, что и является в переводе как импульсно-кодовая. Файлы именно с таким расширением встречаются довольно редко. Но РСМ является основополагающей для всех звуковых файлов.

RIFF. Resource Interchange File Format. Уникальная система хранения любых структурированных данных.

MOD. Файл хранит в себе короткий образец звука, который потом можно использовать в качестве шаблона для инструмента.

AIF или AIFF. Audio Interchange File Format. Данный формат распространен в системах Apple Macintosh и Silicon Graphics. Заключает в себе сочетание MOD и WAV.

MID. Файл, хранящий в себе сообщения MIDI-системе, установленной на Вашем компьютере или в устройстве.

МР3. Самый скандальный формат за последнее время. Многие для объяснения параметров сжатия, которые в нем применяют, сравнивают его с jpeg для изображений. Там очень много наворотов в вычислениях, чего и не перечислишь, но коэффициент сжатия в 10-12 раз сказали о себе сами. Специалисты говорят о контурности звука как о самом большом недостатке данного формата. Действительно, если сравнивать музыку с изображением, то смысл остался, а мелкие нюансы ушли. Качество МР3 до сих пор вызывает много споров, но для «обычных немузыкальных» людей потери не ощутимы явно.

RA. Real Audio или потоковая передача аудиоданных. Довольно распространенная система передачи звука в реальном времени через Интернет. Скорость передачи порядка 1 Кб в секунду. Полученный звук обладает следующими параметрами: 8 или 16 бит и 8 или 11 кГц.

Источник