1. Звук представляет собой звуковую волну с непрерывно меняющейся амплитудой и частотой. Для человека звук тем громче, чем больше амплитуда сигнала, и тем выше тон, чем больше частота сигнала. Непрерывный сигнал не несет в себе информации, поэтому он должен быть превращен в последовательность двоичных нулей и единиц — двоичный (цифровой) код.
2. Оцифровку звука выполняет специальное устройство на звуковой плате. Называется оно аналого-цифровой преобразователь (АЦП). Обратный процесс - воспроизведение закодированного звука производится с помощью цифро-аналогового преобразователя (ЦАП). Подробнее рассмотрим эти процессы.
В процессе кодирования непрерывного звукового сигнала производится его дискретизация по времени, или, как говорят, «временная дискретизация». Звуковая волна разбивается на отдельные маленькие временные участки и для каждого участка устанавливается определенная величина амплитуды. Данный метод называется импульсно-амплитудной модуляцией РСМ (Pulse Code Modulation ). Таким образом, гладкая кривая заменяется на последовательность «ступенек». Каждой «ступеньке» присваивается значение громкости звука (1, 2, 3 и т.д.). Чем больше «ступенек», тем большее количество уровней громкости будет выделено в процессе кодирования, и тем большее количество информации будет нести значение каждого уровня и более качественным будет звучание.
2. Характеристики оцифрованного звука.
Качество звука зависит от двух характеристик — глубины кодирования звука и частоты дискретизации. Рассмотрим эти характеристики.
Глубина кодирования звука ( I ) - это количество бит, используемое для кодирования различных уровней сигнала или состояний. Тогда общее количество таких состояний или уровней ( N ) можно вычислить по формуле:
N = 2 I .
Современные звуковые карты обеспечивают 16-битную глубину кодирования звука, и тогда общее количество различных уровней будет:
N = 216 = 65536.
Частота дискретизации (М) — это количество измерений уровня звукового сигнала в единицу времени. Эта характеристика показывает качество звучания и точность процедуры двоичного кодирования. Измеряется в герцах (Гц). Одно измерение за одну секунду соответствует частоте 1 Гц, 1000 измерений за одну секунду - 1 килогерц (кГц). Частота дискретизации звукового сигнала может принимать значения от 8 до 48 кГц. При частоте 8 кГц качество дискретизированного звукового сигнала соответствует качеству радиотрансляции, а при частоте 48 кГц - качеству звучания аудио- CD .
Высокое качество звучания достигается при частоте дискретизации 44,1 кГц и глубины кодирования звука, равной 16 бит. Для мрачного, приглушенного звука характерны следующие параметры: частота дискретизации - 11 кГц, глубина кодирования - 8 бит.
| Параметр Качество звука | Глубина кодирования | Частота дискретизации |
| Радиотрансляция | 8 бит | До 8 кГц |
| Среднее качество | 8 бит или 16 бит | 8-48 кГц |
| Звучание CD -диска | 16 бит | До 48 кГц |
Для того, чтобы найти объем звуковой информации, необходимо воспользоваться следующей формулой: V = M * I * t , где М - частота дискретизации (в Гц), I - глубина кодирования (в битах), t — время звучания (в секундах).
Пример
Звук воспроизводится в течение 10 секунд при частоте дискретизации 22,05 кГц и глубине звука 8 бит. Определить его размер (в байтах). Решение:
М = 22,05*1000 = 220500 Гц; I = 8/8=1 байт;
Т = 10 секунд; V = 220500*10*1= 220500 байт.
Ответ: 220500 байт.№1
Определить объем памяти для хранения моноаудиофайла, время звучания которого составляет пять минут при частоте дискретизации 44 кГц и.глубине кодирования 16 бит.
Решение:
V = MIt = 44000Гц*16*5 = 3520000 бит = 430 Кбайт.
Ответ: 430 Кбайт.
№2
Какой должна быть частота дискретизации и глубина кодирования для "записи звуковой информации длительностью 2 минуты, если в распоряжении пользователя имеется память объемом 5,1 Мбайта.
Решение:
M*I=V/t;
M*I = 5,1 *1024*1024*8/2/60 = 356515 (Гц * бит ).
Вариант 1
356515 (Гц * бит) = 22,05 кГц * 16 бит.
Ответ: 22,05 кГц и 16 бит.
Вариант 2
356515 (Гц * бит) = 44,1 кГц * 8 бит.
Ответ: 44,1 кГц и 8 бит.
№3
Объем свободной памяти на диске - 5,25 Мбайта, глубина кодирования - 8. Звуковая информация записана с частотой дискретизации 44,1 кГц. Какова длительность звучания такой информации?
Задача 2 . Определить размер (в байтах) цифрового аудиофайла, время звучания которого составляет 10 секунд при частоте дискретизации 22,05 кГц и разрешении 8 бит.
Задача 3. Объем свободной памяти на диске - 5,25 Мб, разрядность звуковой платы - 16. Какова длительность звучания цифрового аудиофайла, записанного с частотой дискретизации 22,05 кГц?
Задача 4. Определить информационный объем стерео аудио файла длительностью звучания 1 секунда при высоком качестве звука(16 битов, 48 кГц).
Задача 5. Определить объем памяти для хранения цифрового аудиофайла, время звучания которого составляет две минуты при частоте дискретизации 44,1 кГц и разрешении 16 битов.
Задача 6. Одна минута записи цифрового аудиофайла занимает на диске 1,3 Мб, разрядность звуковой платы - 8. С какой частотой дискретизации записан звук?
Задача 7. Какой объем памяти требуется для хранения цифрового аудиофайла с записью звука высокого качества при условии, что время звучания составляет 3 минуты?
Задача 8. Цифровой аудиофайл содержит запись звука низкого качества (звук мрачный и приглушенный). Какова длительность звучания файла, если его объем составляет 650 Кб?
Задача 9. Две минуты записи цифрового аудиофайла занимают на диске 5,05 Мб. Частота дискретизации - 22 050 Гц. Какова разрядность аудиоадаптера?
Задача 10. Объем свободной памяти на диске - 0,1 Гб, разрядность звуковой платы - 16. Какова длительность звучания цифрового аудиофайла, записанного с частотой дискретизации 44 100 Гц?
- Задача 11. Оцените информационный объём стереоаудио файла длительностью звучания 1 сек (1 мин) при высоком качестве звука(16 бит; 48 КГц)
- Задача 12. Рассчитать время звучания моноаудиофайла, если при 16-битном кодировании и частоте дискретизации 32кГц его объем равен:
- А)700 Кбайт;
- Б)6300 Кбайт.
Кодирование информации
Одной из главных линий в преподавании информатики является кодирование информации. Данная тема соответствует основным целям дисциплины «Информатика и ИКТ»: формирование представлений об информации, представлений об измерениях объема информации, находящейся в различных видах восприятия.
В зависимости от способа восприятия задачи на кодирование информации делятся на три типа: кодирование изображений, текста и звука. Любой из перечисленных типов задач всегда присутствует в ГИА, ЕГЭ и олимпиадах. Поэтому наиболее важно разобраться именно в этой области информатики.
Графика
DIV_ADBLOCK4">
Пример . Рассчитайте объем видеопамяти, необходимый для хранения растрового изображения, занимающего весь экран монитора с разрешающей способностью 640х480 пикселей, если используется палитра из 65536 цветов.
Решение. Глубину цвета можно найти по формуле N =65536= 2I, значит, I = 16 бит, Следовательно, для хранения одного пикселя изображения потребуется 16/8 = 2 байта видеопамяти. Таким образом, для хранения всего изображения потребуется Vгр = W*H*I = 640*480*2 = 614400 байт = 600 Кб.
Звук
Алфавит" href="/text/category/alfavit/" rel="bookmark">алфавит) как различные возможные равновероятные состояния (события). Тогда каждому текстовому символу какого-либо алфавита (букве, цифре, знаку препинания и др.) можно приписать код – целое число. Значит их информационная емкость зависит от их количества в алфавите (мощности алфавита), чем больше их количество, тем большее количество информации несет один символ. Например, в русском алфавите (без буквы «ё») на один символ приходится 5 битов информации (32=2I)..
Пример. Определите информационный объем пословицы в битах «Мал золотник, да дорог», если мощность алфавита равна 16 бит (без кавычек).
Решение: Нужно просто подсчитать количество символов в предложении, не учитывая кавычки, но включая пробелы. (При этом подразумевая, что между словами стоит один пробел, а перед знаками препинания пробелов нет). Полученное значение умножить на I = 4 бита. Т. е. Vт = 22*4 = 44 бита.
Данные разделы являются дополнением и обобщением друг друга, поэтому при их преподавании следует соблюдать соответствие в теоретическом изложении и при решении задач.