„Кодирање на аудио информации. Кодирање на аудио информации. Подготовка за аудио информации за кодирање на обединет државен испит

Главните параметри кои влијаат на квалитетот на дигиталното аудио снимање се:

§ Бит капацитет на ADC и DAC.

§ Стапки на земање примероци ADC и DAC.

§ нервоза ADC и DAC

§ Преземање примероци

Исто така важни се параметрите на аналогната патека на уредите за дигитално снимање и репродукција на звук:

§ Однос сигнал/шум

§ Фактор на хармонично изобличување

§ Интермодулациско нарушување

§ Нерамни амплитудно-фреквентни карактеристики

§ Меѓусебна пенетрација на канали

§ Динамички опсег

Дигитална технологија за снимање аудио

Дигиталното снимање на звук моментално се врши во студиа за снимање, контролирани од персонални компјутери и друга скапа и висококвалитетна опрема. Концептот на „домашно студио“ е исто така доста широко развиен, во кој се користи професионална и полупрофесионална опрема за снимање, што ви овозможува да креирате висококвалитетни снимки дома.

Звучните картички се користат како дел од компјутерите кои вршат обработка во нивните ADC и DAC - најчесто во 24 бита и 96 kHz дополнително зголемување на длабочината на битот и фреквенцијата на семплирање практично не го зголемува квалитетот на снимањето.

Постои цела класа на компјутерски програми - уредници на звук кои ви дозволуваат да работите со звук:

§ снимајте дојдовен аудио поток

§ создава (генерира) звук

§ промена на постоечка снимка (додавање примероци, промена на темброт, брзината на звукот, исечените делови итн.)

§ препишувајте од еден формат во друг

§ конвертирај конвертирај различни аудио кодеци

Некои едноставни програми ви дозволуваат само да конвертирате формати и кодеци.

Видови дигитални аудио формати

Постојат различни концепти за формат на звук.

Форматот за претставување на аудио податоци во дигитална форма зависи од методот на квантизација што го користи дигитално-аналогниот конвертор (DAC). Во аудио инженерството, во моментов најчести се два типа на квантизација:

§ модулација на пулсен код

§ сигма-делта модулација

Честопати, длабочината на битот за квантизација и фреквенцијата на земање примероци се означени за различни уреди за аудио снимање и репродукција како формат за дигитална аудио презентација (24 бита/192 kHz; 16 бита/48 kHz).

Форматот на датотеката ја одредува структурата и карактеристиките на презентација на аудио податоците кога се складирани на уред за складирање на компјутер. За да се елиминира вишокот на аудио податоци, аудио кодеците се користат за компресија на аудио податоци. Постојат три групи на формати на звучни датотеки:

§ Некомпресирани аудио формати како што се WAV, AIFF

§ аудио формати со компресија без загуби (APE, FLAC)

§ аудио формати кои користат компресија со загуби (mp3, ogg)

Се издвојуваат модуларните формати на музички датотеки. Создадени синтетички или од примероци на претходно снимени живи инструменти, тие главно служат за создавање модерна електронска музика (MOD). Ова го вклучува и форматот MIDI, кој не е звучна снимка, но во исто време, користејќи секвенсер, ви овозможува да снимате и репродуцирате музика користејќи одреден сет на команди во текстуална форма.

Форматите на дигитални аудио медиуми се користат и за масовна дистрибуција на звучни снимки (CD, SACD) и за професионално снимање на звук (DAT, минидиск).

За системите за сараунд звук, исто така е можно да се разликуваат аудио формати, кои главно се повеќеканална аудио придружба за филмови. Ваквите системи имаат цели семејства на формати од две големи конкурентски компании, Digital Theatre Systems Inc. - DTS и Dolby Laboratories Inc. - Dolby Digital.

Форматот е и бројот на канали во повеќеканалните звучни системи (5.1; 7.1). Првично, таков систем беше развиен за кина, но потоа беше проширен софтверски кодек

Аудио кодек на програмско ниво

§ G.723.1 - еден од основните кодеци за апликации за IP телефонија

§ G.729 е комерцијален теснопојасен кодек што се користи за дигитално претставување на говорот

§ Кодек со ниска бит-стапка на Интернет (iLBC) - популарен бесплатен кодек за IP телефонија (особено, за Skype и Google Talk)

Аудио кодек(англиски) Аудио кодек; аудио енкодер/декодер) е компјутерска програма или хардвер дизајниран за кодирање или декодирање на аудио податоци.

Софтверски кодек

Аудио кодек на програмско нивое специјализирана компјутерска програма, кодек, што ги компресира (компресира) или декомпресира (декомпресира) дигиталните аудио податоци во согласност со аудио формат на датотека или аудио формат за стриминг. Работата на аудио кодекот како компресор е да обезбеди аудио сигнал со одреден квалитет/прецизност и најмала можна големина. Компресијата го намалува просторот потребен за складирање на аудио податоци и исто така може да го намали пропусниот опсег на каналот преку кој се пренесуваат аудио податоците. Повеќето аудио кодеци се имплементирани како софтверски библиотеки кои комуницираат со еден или повеќе аудио плеери, како што се QuickTime Player, XMMS, Winamp, VLC медиа плеер, MPlayer или Windows Media Player.

Популарни софтверски аудио кодеци по апликација:

§ MPEG-1 Layer III (MP3) - комерцијален аудио кодек (музика, аудио книги, итн.) за компјутерска опрема и дигитални плеери

§ Ogg Vorbis (OGG) - втор најпопуларен формат, широко користен во компјутерски игри и во мрежи за споделување датотеки за пренос на музика

§ GSM-FR - првиот стандард за дигитално кодирање на говор што се користи во GSM телефоните

§ Адаптивна мулти-стапка (AMR) - снимање човечки глас во мобилни телефони и други мобилни уреди

Цели:

едукативни:

Запознајте се со технологијата на бинарно кодирање на датотеки Wav
Научете да решавате проблеми за да ја одредите големината на аудио датотеката WAV

Земање на време -процес во кој, при кодирање на континуиран аудио сигнал, звучниот бран се дели на посебни мали временски делови и за секој таков дел се поставува одредена вредност на амплитудата. Колку е поголема амплитудата на сигналот, толку е погласен звукот.

Аудио длабочина (длабочина на кодирање) -број на битови по аудио кодирање.

Нивоа на јачина на звук (нивоа на сигнал)- звукот може да има различни нивоа на јачина на звук. Бројот на различни нивоа на волумен се пресметува со помош на формулата Н= 2 Јас КадеЈас- длабочина на звук.

Фреквенција на земање примероци -број на мерења на нивото на влезниот сигнал по единица време (на 1 секунда). Колку е поголема стапката на земање примероци, толку е попрецизна процедурата за бинарно кодирање. Фреквенцијата се мери во Херци (Hz). 1 мерење на 1 секунда -1 Hz.

1000 мерења во 1 секунда 1 kHz. Да ја означиме стапката на земање примероци со букватаД. За кодирање, изберете една од трите фреквенции:44,1 KHz, 22,05 KHz, 11,025 KHz.

Се верува дека опсегот на фреквенции што ги слуша човекот е од 20 Hz до 20 kHz.

Квалитет на бинарно кодирање -вредност што се одредува според длабочината на кодирање и фреквенцијата на земање примероци.

Аудио адаптер (звучна картичка) -уред кој ги конвертира електричните вибрации на звучната фреквенција во нумерички бинарен код при внесување звук и обратно (од нумерички код во електрични вибрации) при репродукција на звук.

Спецификации на аудио адаптер:фреквенција на земање примероци и длабочина на бит за регистрирање.).

Регистрирај ја големината -број на битови во регистарот на аудио адаптерот. Колку е поголем капацитетот на цифрите, толку е помала грешката на секое поединечно претворање на големината на електричната струја во број и обратно. Ако длабочината на битот е Јас, тогаш при мерење на влезниот сигнал 2 може да се добиеЈас = Н различни значења.

Големина на дигитална моно аудио датотека (А) се мери со формулата:

А= Д* Т* Јас/8 , КадеД - фреквенција на земање примероци (Hz),Т- време на репродукција или снимање на звук,Јасширина на регистарот (резолуција). Според оваа формула, големината се мери во бајти.

Големина на дигитална стерео аудио датотека (А) се мери со формулата:

А=2* Д* Т* Јас/8 , сигналот се снима за два звучници, бидејќи левиот и десниот звучен канал се кодирани посебно.

Корисно е учениците да дадат Табела 1, покажувајќи колку MB шифрирана една минута аудио информација ќе зафаќа со различни стапки на земање примероци:

Алгоритам 1 (Пресметајте ја јачината на информациите на звучната датотека):

1) дознајте колку вкупни вредности се читаат во меморијата за време на репродукцијата на датотеката;

2) дознајте го капацитетот на кодот (колку битови во меморијата зафаќа секоја измерена вредност);

3) множете ги резултатите;

4) конвертирај го резултатот во бајти;

5) конвертирај го резултатот во К бајти;

6) конвертирај го резултатот во М бајти;

Алгоритам 2 (Пресметајте го времето на репродукција на датотеката.)

1) Претворете го информативниот волумен на датотеката во K бајти.

2) Претворете го обемот на информации на датотеката во бајти.

3) Претворете го обемот на информации на датотеката во битови.

4) Откријте колку вредности се измерени (волумен на информации во битови поделен со должината на битот на кодот).

5) Пресметајте го бројот на секунди на звук. (Поделете го претходниот резултат со фреквенцијата на земање мостри.)

1. Дигитална големина на датотека

Ниво "3"

1. Одредете ја големината (во бајти) на дигитална аудио датотека чие време на репродукција е 10 секунди со брзина на семплирање од 22,05 kHz и резолуција од 8 бита. Датотеката не е компресирана.

Решение:

Формула за пресметување на големината (во бајти)дигитална аудио датотека: А= Д* Т* Јас/8.

За да се претвори во бајти, добиената вредност мора да се подели со 8 бита.

22,05 kHz = 22,05 * 1000 Hz = 22050 Hz

А= Д* Т* Јас/8 = 22050 x 10 x 8 / 8 = 220500 бајти.

Одговор: Големината на датотеката е 220500 бајти.

2. Одредете ја количината на меморија за складирање на дигитална аудио датотека, чие време на репродукција е две минути со фреквенција на примерок од 44,1 kHz и резолуција од 16 бита.

Решение:

А= Д* Т* Јас/8. - количината на меморија за складирање на дигитална аудио датотека.

44100 (Hz) x 120 (s) x 16 (бити) / 8 (бити) = 10584000 бајти = 10335,9375 KB = 10,094 MB.

Одговор: ≈ 10 MB

Ниво "4"

3. Корисникот има капацитет на меморија од 2,6 MB. Потребно е да се сними дигитална аудио датотека со времетраење на звук од 1 минута. Која треба да биде фреквенцијата на земање примероци и длабочината на битот?

Решение:

Формула за пресметување на фреквенцијата на земање примероци и длабочината на битот: D* I =A/T

(капацитет на меморија во бајти) : (време на звук во секунди):

2,6 MB = 2726297,6 бајти

D* I = A/T= 2726297,6 бајти: 60 = 45438,3 бајти

D=45438,3 бајти: И

Ширината на адаптерот може да биде 8 или 16 бита. (1 бајт или 2 бајти). Затоа, фреквенцијата на земање примероци може да биде или 45438,3 Hz = 45,4 kHz ≈ 44,1 kHz-стандардна карактеристична фреквенција на земање примероци, или 22719,15 Hz = 22,7 kHz ≈ 22,05 kHz- стандардна карактеристична стапка на земање примероци

Одговор:

	Фреквенција на земање примероци	Капацитет на аудио адаптерот
1 опција	22,05 kHz	16 битни
Опција 2	44,1 kHz	8 бита

4. Количината на слободна меморија на дискот е 5,25 MB, длабочината на битот на звучната картичка е 16. Колку е времетраењето на звукот на дигитална аудио датотека снимена со фреквенција на семплирање од 22,05 kHz?

Решение:

Формула за пресметување на времетраењето на звукот: T=A/D/I

(капацитет на меморија во бајти) : (фреквенција на земање примероци во Hz) : (капацитет на звучната картичка во бајти):

5,25 MB = 5505024 бајти

5505024 бајти: 22050 Hz: 2 бајти = 124,8 сек.
Одговор: 124,8 секунди

5. Една минута од снимањето на дигитална аудио датотека зафаќа 1,3 MB простор на дискот, бит капацитетот на звучната картичка е 8. Со која брзина на семплирање се снима звукот?

Решение:

Формула за пресметување на стапката на земање примероци: D = A/T/I

(капацитет на меморија во бајти) : (време на снимање во секунди) : (капацитет на звучната картичка во бајти)

1,3 MB = 1363148,8 бајти

1363148,8 бајти: 60:1 = 22719,1 Hz

Одговор: 22,05 kHz

6. Две минути снимање на дигитална аудио датотека заземаат 5,1 MB простор на дискот. Фреквенција на земање примероци - 22050 Hz. Која е битската длабочина на аудио адаптерот?

Решение:

Формула за пресметување на длабочината на битот: (капацитет на меморија во бајти): (време на звук во секунди): (фреквенција на земање примероци):

5,1 MB = 5347737,6 бајти

5347737,6 бајти: 120 сек: 22050 Hz= 2,02 бајти = 16 бита

Одговор: 16 бита

7. Количината на слободна меморија на дискот е 0,01 GB, длабочината на битот на звучната картичка е 16. Колку е времетраењето на звукот на дигитална аудио датотека снимена со фреквенција на семплирање од 44100 Hz?

Решение:

Формула за пресметување на времетраењето на звукот T=A/D/I

(капацитет на меморија во бајти) : (фреквенција на земање примероци во Hz) : (капацитет на звучната картичка во бајти)

0,01 GB = 10737418,24 бајти

10737418,24 бајти: 44100: 2 = 121,74 сек = 2,03 мин
Одговор: 20,3 минути

8. Проценете ја јачината на информациите на моно аудио датотека со времетраење на звук од 1 минута. ако „длабочината“ на кодирање и фреквенцијата на земање примероци на аудио сигналот се еднакви, соодветно:
а) 16 бита и 8 kHz;
б) 16 бита и 24 kHz.

Решение:

А).

16 бита x 8.000 = 128.000 бита = 16.000 бајти = 15,625 KB/s

15,625 KB/s x 60 s = 937,5 KB

б).
1) Обемот на информации на звучна датотека што трае 1 секунда е еднаков на:
16 бита x 24.000 = 384.000 бита = 48.000 бајти = 46,875 KB/s
2) Обемот на информации на звучна датотека што трае 1 минута е еднаков на:
46,875 KB/s x 60 s = 2812,5 KB = 2,8 MB

Одговор: а) 937,5 KB; б) 2,8 MB

Ниво „5“

Се користи табела 1

9. Колку меморија е потребна за складирање на дигитална аудио датотека со висококвалитетно снимање на звук, под услов времето за репродукција да е 3 минути?

Решение:

Високиот квалитет на звукот се постигнува со фреквенција на земање примероци од 44,1 kHz и длабочина на бит на аудио адаптер од 16.
Формула за пресметување на капацитетот на меморијата: (време на снимање во секунди) x (капацитет на звучната картичка во бајти) x (фреквенција на земање примероци):
180 s x 2 x 44100 Hz = 15876000 бајти = 15,1 MB
Одговор: 15,1 MB

10. Дигиталната аудио датотека содржи аудио снимање со низок квалитет (звукот е темен и пригушен). Колку е времетраењето на датотеката ако нејзината големина е 650 KB?

Решение:

Следниве параметри се типични за мрачен и пригушен звук: фреквенција на земање примероци - 11,025 KHz, длабочина на битот на аудио адаптерот - 8 бита (види Табела 1). Потоа T=A/D/I. Ајде да го претвориме волуменот во бајти: 650 KB = 665600 бајти

Т=665600 бајти/11025 Hz/1 бајт ≈60,4 s

Одговор: времетраењето на звукот е 60,5 секунди

Решение:

Информацискиот волумен на звучна датотека што трае 1 секунда е еднаков на:
16 бита x 48.000 x 2 = 1.536.000 бита = 187,5 KB (помножено со 2, бидејќи стерео).

Обемот на информации на звучна датотека што трае 1 минута е еднаков на:
187,5 KB/s x 60 s ≈ 11 MB

Одговор: 11 MB

Одговор: а) 940 KB; б) 2,8 MB.

12. Пресметајте го времето на репродукција на моно аудио датотека ако, со 16-битно кодирање и фреквенција на земање примероци од 32 kHz, неговиот волумен е еднаков на:
а) 700 KB;
б) 6300 KB

Решение:

А).
1) Обемот на информации на звучна датотека што трае 1 секунда е еднаков на:

700 KB: 62,5 KB/s = 11,2 s

б).
1) Обемот на информации на звучна датотека што трае 1 секунда е еднаков на:
16 бита x 32.000 = 512.000 бита = 64.000 бајти = 62,5 KB/s
2) Времето на репродукција на моно аудио датотека од 700 KB е:
6300 KB: 62,5 KB/s = 100,8 s = 1,68 мин

Одговор: а) 10 секунди; б) 1,5 мин.

13. Пресметајте колку бајти информации зафаќа една секунда стерео снимање на ЦД (фреквенција 44032 Hz, 16 бита по вредност). Колку време трае една минута? Кој е максималниот капацитет на дискот (претпоставувајќи максимално времетраење од 80 минути)?

Решение:

Формула за пресметување на големината на меморијата А= Д* Т* Јас:
(време на снимање во секунди) * (капацитет на звучната картичка во бајти) * (фреквенција на земање примероци). 16 бита -2 бајти.
1) 1s x 2 x 44032 Hz = 88064 бајти (1 секунда стерео снимање на ЦД)
2) 60s x 2 x 44032 Hz = 5283840 бајти (1 минута стерео снимање на ЦД)
3) 4800s x 2 x 44032 Hz = 422707200 бајти = 412800 KB = 403,125 MB (80 минути)

Одговор: 88064 бајти (1 секунда), 5283840 бајти (1 минута), 403,125 MB (80 минути)

2. Определување на квалитетот на звукот.

За да го одредите квалитетот на звукот, треба да ја пронајдете фреквенцијата на земање примероци и да ја користите табелата бр. 1

256 (2 8) нивоа на интензитет на сигнал - квалитет на звук на радио емитување, со користење на 65536 (2 16) нивоа на интензитет на сигнал - квалитет на звук на аудио ЦД. Најквалитетната фреквенција одговара на музиката снимена на ЦД. Големината на аналогниот сигнал во овој случај се мери 44.100 пати во секунда.

Ниво „5“

13. Одредете го квалитетот на звукот (квалитет на радио емитување, просечен квалитет, квалитет на аудио ЦД) ако се знае дека јачината на звукот на моно аудио датотека со времетраење на звукот од 10 секунди. еднакво на:
а) 940 KB;
б) 157 KB.

(, стр. 76, бр. 2.83)

Решение:

А).
1) 940 KB = 962560 бајти = 7700480 бита
2) 7700480 бита: 10 сек = 770048 бита/с
3) 770048 bps: 16 бита = 48128 Hz - фреквенција на земање примероци - блиску до највисоките 44,1 kHz
Одговор: Квалитет на аудио ЦД

б).
1) 157 KB = 160768 бајти = 1286144 бита
2) 1286144 бита: 10 сек = 128614,4 бита/с
3) 128614,4 bps: 16 бита = 8038,4 Hz
Одговор: квалитет на емитување

Одговор: а) Квалитет на ЦД; б) квалитет на радио емитување.

14. Одредете ја должината на аудио датотеката што ќе се вклопи на флопи диск од 3,5 инчи. Ве молиме имајте предвид дека 2847 сектори од 512 бајти се распределени за складирање на податоци на таква флопи диск.
а) со низок квалитет на звук: моно, 8 бита, 8 kHz;
б) со висок квалитет на звук: стерео, 16 бита, 48 kHz.

(, стр. 77, бр. 2.85)

Решение:

А).

8 бита x 8.000 = 64.000 бита = 8.000 бајти = 7,8 KB/s
3) Времето на репродукција на моно аудио датотека со волумен од 1423,5 KB е еднакво на:
1423,5 KB: 7,8 KB/s = 182,5 s ≈ 3 мин

б).
1) Обемот на информации на флопи диск е еднаков на:
2847 сектори x 512 бајти = 1457664 бајти = 1423,5 KB
2) Обемот на информации на звучна датотека што трае 1 секунда е еднаков на:
16 бита x 48.000 x 2 = 1.536.000 бита = 192.000 бајти = 187,5 KB/s
3) Времето на репродукција на стерео аудио датотека со волумен од 1423,5 KB е еднакво на:
1423,5 KB: 187,5 KB/s = 7,6 s

Одговор: а) 3 минути; б) 7,6 секунди.

3. Бинарно аудио кодирање.

Кога решава проблеми, тој го користи следниот теоретски материјал:

За да се шифрира аудио, аналогниот сигнал е прикажан на сликата

рамнината е поделена на вертикални и хоризонтални линии. Вертикалната партиција е земање примероци од аналогниот сигнал (фреквенција на мерење на сигналот), хоризонталната партиција е квантизацијапо ниво. Оние. Колку е пофина мрежата, толку подобро е приближувањето на аналогниот звук со помош на броеви. Осумбитната квантизација се користи за дигитализирање на обичниот говор (телефонски разговор) и радио преносите со кратки бранови. Шеснаесет-битни - за дигитализирање на музика и VHF (ултра-кратки бранови) радио емитувања.

Ниво "3"

15. Аналогниот аудио сигнал најпрвин беше земен со користење на 256 интензитети на сигнал (квалитет на емитување на звук), а потоа со користење на 65.536 интензитети на сигнал (квалитет на звук на аудио CD). Колку пати се разликуваат волумените на информации на дигитализираниот звук? (, стр. 77, бр. 2.86)

Решение:

Должината на кодот на аналогниот сигнал кој користи 256 нивоа на интензитет на сигнал е 8 бита, а користењето на 65536 нивоа на интензитет на сигналот е 16 бита. Бидејќи должината на кодот на еден сигнал е двојно зголемена, волумените на информациите на дигитализираниот звук се разликуваат за фактор 2.

Одговор: 2 пати.

Ниво"4"

16. Според теоремата Nyquist-Kotelnikov, за да може точно да се реконструира аналогниот сигнал од неговото дискретно претставување (од неговите примероци), фреквенцијата на земање примероци мора да биде најмалку двојно поголема од максималната аудио фреквенција од овој сигнал.

Која треба да биде стапката на земање примероци на звукот што може да се воочи од човекот?
Која треба да биде поголема: стапката на говор на примерок или стапката на земање примероци на симфониски оркестар?

Цел: Да се запознаат учениците со карактеристиките на хардверот и софтверот за работа со звук. Видови активности: привлекување знаења од курс по физика (или работа со референтни книги). (, стр. ??, задача 2)

Решение:

Се верува дека опсегот на фреквенции што луѓето ги слушаат е од 20 Hz до 20 kHz. Така, според теоремата Никвист-Котелников, со цел аналогниот сигнал да биде прецизно реконструиран од неговото дискретно претставување (од неговите примероци), Стапката на земање примероци мора да биде најмалку двојно поголема од максималната аудио фреквенција од тој сигнал. Максималната звучна фреквенција што едно лице може да ја слушне е 20 KHz, што значи дека уредот Ra и софтверот мора да обезбедат фреквенција на земање примероци од најмалку 40 kHz, или поточно 44,1 kHz. Компјутерската обработка на звукот на симфонискиот оркестар бара поголема стапка на земање примероци од обработката на говорот, бидејќи опсегот на фреквенција во случај на симфониски оркестар е многу поголем.

Одговор: не помалку од 40 kHz, фреквенцијата на земање примероци на симфониски оркестар е поголема.

Ниво „5“

17. Сликата го прикажува звукот од 1 секунда говор снимен од рекордер. Кодирајте го во бинарен дигитален код со фреквенција од 10 Hz и должина на код од 3 бита. (, стр. ??, задача 1)

Решение:

Кодирањето на 10 Hz значи дека треба да го мериме тонот 10 пати во секунда. Ајде да избереме моменти на еднакво растојание:

Должината на кодот од 3 бита значи 2 3 = 8 нивоа на квантизација. Односно, како нумеричка шифра за висината на звукот во секој одбран момент во времето, можеме да поставиме една од следните комбинации: 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, 111. Има само 8 од затоа, висината на звукот може да се мери на 8 "нивоа":

Ќе ги „заокружиме“ вредностите на висината до најблиското пониско ниво:

Користејќи го овој метод на кодирање, го добиваме следниов резултат (вклучени се празни места за полесно перцепција): 100 100 000 011 111 010 011 100 010 110.

Забелешка.Препорачливо е да се привлече вниманието на учениците на тоа колку неточно кодот ја пренесува промената во амплитудата. Односно, брзината на земање примероци од 10 Hz и нивото на квантизација од 2 3 (3 бита) се премногу мали. Вообичаено, за звук (глас), се избира фреквенција на земање примероци од 8 kHz, т.е. 8000 пати во секунда и ниво на квантизација од 2 8 (шифра долга 8 бита).

Одговор: 100 100 000 011 111 010 011 100 010 110.

18. Објаснете зошто нивото на квантизација е, заедно со фреквенцијата на земање примероци, главните карактеристики на претставувањето на звукот во компјутерот. Цели:да се консолидира разбирањето на учениците за концептите „точност на претставувањето на податоците“, „грешка при мерење“, „грешка при претставувањето“; Прегледајте го бинарното кодирање и должината на кодот со учениците. Вид на активност: работа со дефиниции на поими. (, стр. ??, задача 3)

Решение:

Во геометријата, физиката и технологијата, постои концептот на „точност на мерењето“, кој е тесно поврзан со концептот „грешка при мерење“. Но, постои и концепт „прецизност на застапеноста“.На пример, за висината на една личност можеме да кажеме дека тој е: а) за. 2 m, б) нешто повеќе од 1,7 m, в) еднакво на 1 m 72 cm, г) еднакво на 1 m 71 cm 8 mm. Тоа е, 1, 2, 3 или 4 цифри може да се користат за да се покаже измерената висина.
Истото важи и за бинарното кодирање. Ако се користат само 2 бита за снимање на јачината на звукот во одреден момент во времето, тогаш, дури и ако мерењата биле точни, може да се пренесат само 4 нивоа: ниско (00), под просекот (01), над просекот ( 10), високо (11). Ако користите 1 бајт, можете да префрлите 256 нивоа. Како повисоко ниво на квантизација, или, што е исто како Колку повеќе битови се распределени за снимање на измерената вредност, толку попрецизно се пренесува оваа вредност.

Забелешка.Треба да се напомене дека мерниот инструмент мора да го поддржува и избраното ниво на квантизација (нема смисла да се претставува должината измерена со линијар со дециметарски поделби со точност од милиметар).

Зависноста на јачината на звукот, како и висината на звукот, од интензитетот и фреквенцијата на звучниот бран

Херц(означено со Hz или Hz) - единица за мерење на фреквенцијата на периодични процеси (на пример, осцилации).
1 Hz значи едно извршување на таков процес во една секунда: 1 Hz = 1/s.

Ако имаме 10 Hz, тогаш тоа значи дека имаме десет извршување на таков процес во една секунда.

Човечкото уво може да го согледа звукот на фреквенции кои се движат од 20 вибрации во секунда (20 херци, слаб звук) до 20.000 вибрации во секунда (20 KHz, висок звук).

Покрај тоа, едно лице може да го согледа звукот во широк опсег на интензитети, во кои максималниот интензитет е 1014 пати поголем од минималниот (сто илјади милијарди пати).

За да се измери јачината на звукот, беше измислена и користена специјална единица " децибели" (dB)

Намалување или зголемување на јачината на звукот за 10 dB одговара на намалување или зголемување на интензитетот на звукот за 10 пати.

Јачина на звук во децибели

Со цел компјутерските системи да го обработуваат звукот, континуираниот аудио сигнал мора да се претвори во дигитална, дискретна форма користејќи временско земање примероци.

За да го направите ова, континуиран звучен бран е поделен на посебни мали привремени делови и за секој таков дел се поставува одредена вредност на интензитетот на звукот.

Така, континуираната зависност на јачината на звукот од времето A(t) се заменува со дискретна низа на нивоа на гласност. На графиконот, ова изгледа како замена на мазна крива со низа „чекори“.

Временски примерок на аудио

Микрофон поврзан со звучната картичка се користи за снимање на аналоген звук и негово претворање во дигитална форма.

Колку се погусти дискретните ленти на графиконот, толку подобар квалитет на крајот ќе можете да го рекреирате оригиналниот звук.

Квалитетот на добиениот дигитален звук зависи од бројот на мерења на нивото на јачината на звукот по единица време, односно од фреквенцијата на земање мостри.

Стапка на земање примероци на аудиое бројот на мерења на јачината на звукот во една секунда.

Колку повеќе мерења се земаат во една секунда (колку е поголема фреквенцијата на земање мостри), толку попрецизно „скалата“ на дигиталниот аудио сигнал ја следи кривата на аналогниот сигнал.

На секој „чекор“ на графикот му е доделена одредена вредност на нивото на јачината на звукот. Нивоата на јачината на звукот може да се сметаат како збир на можни состојби Н(градации), за чие кодирање е потребна одредена количина на информации Јас, што се нарекува длабочина на аудио кодирање.

Длабочина на аудио кодирањее количината на информации потребни за кодирање на дискретни нивоа на јачина на дигитален звук.

Ако длабочината на кодирањето е позната, тогаш бројот на нивоа на дигитална јачина на звук може да се пресмета со општата формула N=2I.

На пример, длабочината на кодирањето на аудиото нека биде 16 бита, во тој случај бројот на нивоа на јачина на звук е еднаков на:

N = 2 I = 2 16 = 65.536.

За време на процесот на кодирање, на секое ниво на јачина на звук му се доделува сопствен 16-битен бинарен код, најниското ниво на звук ќе одговара на кодот 00000000000000000, а највисокото - 1111111111111111.

Дигитализиран квалитет на звукот

Значи, колку е поголема фреквенцијата на земање примероци и длабочината на аудио кодирањето, толку е повисок квалитетот на дигитализираниот звук и толку подобро дигитализираниот звук може да се доближи до оригиналниот звук.

Највисокиот дигитализиран аудио квалитет што одговара на квалитетот на аудио ЦД-то се постигнува со брзина на земање примероци од 48.000 пати во секунда, длабочина на земање примероци од 16 бита и снимање на две аудио траки (стерео режим).

Мора да се запомни дека колку е повисок квалитетот на дигиталниот звук, толку е поголема јачината на информациите на звучната датотека.

Можете лесно да ја процените јачината на информациите на дигитална стерео аудио датотека со времетраење на звукот од 1 секунда со просечен квалитет на звукот (16 бита, 24.000 мерења во секунда). За да го направите ова, длабочината на кодирање мора да се помножи со бројот на мерења во секунда и да се помножи со 2 канали (стерео звук):

16 бита × 24.000 × 2 = 768.000 бита = 96.000 бајти = 93,75 KB.

Уредници на звук

Уредувачите на звук ви овозможуваат не само да снимате и репродуцирате звук, туку и да го уредувате. Најистакнатите може безбедно да се наречат, како на пр Sony Sound Forge, Adobe Audition, Златен брани други.

Дигитализираниот звук е претставен во уредувачите на звук во јасна визуелна форма, така што операциите на копирање, преместување и бришење делови од аудио песната може лесно да се извршат со помош на компјутерски глушец.

Дополнително, можете да ги преклопувате и преклопувате аудио записите една врз друга (мешање звуци) и да примените различни акустични ефекти (ехо, репродукција во обратна насока, итн.).

Кога се зачувува звукот во компресирани формати, се отфрлаат звучните фреквенции со низок интензитет кои се нечујни и незабележливи („прекумерни“) за човековата перцепција, коишто се совпаѓаат во времето со звучните фреквенции со висок интензитет. Употребата на овој формат ви овозможува да ги компресирате звучните датотеки десетици пати, но доведува до неповратно губење на информации (датотеките не можат да се вратат во нивната оригинална, оригинална форма).

Цел.Разберете го процесот на конвертирање на информации за звук, совладајте ги концептите неопходни за пресметување на јачината на звучните информации. Научете да решавате проблеми на тема.

Цел-мотивација.Подготовка за обединет државен испит.

План за лекција

1. Погледнете презентација на темата со коментари од наставникот.Додаток 1

Материјал за презентација: Кодирање на аудио информации.

Од раните 90-ти, персоналните компјутери можеа да работат со аудио информации. Секој компјутер што има звучна картичка, микрофон и звучници може да снима, зачувува и репродуцира аудио информации.

Процесот на претворање на звучните бранови во бинарен код во компјутерската меморија:

Процесот на репродукција на аудио информации зачувани во компјутерската меморија:

Звуке звучен бран со континуирано менување на амплитудата и фреквенцијата. Колку е поголема амплитудата, толку е погласна за личноста, колку е поголема фреквенцијата на сигналот, толку е поголем тонот. Компјутерскиот софтвер сега дозволува континуиран аудио сигнал да се конвертира во низа од електрични импулси што може да се претстават во бинарна форма. Во процесот на кодирање на континуиран аудио сигнал, тоа е временско земање примероци . Континуираниот звучен бран е поделен на посебни мали привремени делови и за секој таков дел се поставува одредена вредност на амплитудата.

Така, континуираната зависност на амплитудата на сигналот од времето A(t)се заменува со дискретна низа на нивоа на волумен. На графиконот, ова изгледа како замена на мазна крива со низа од „чекори“ на секој „чекор“ му е доделена вредност на нивото на јачината на звукот, неговиот код (1, 2, 3, итн.

понатаму). Нивоата на јачината на звукот може да се сметаат како збир на можни состојби, соодветно, колку повеќе нивоа на јачина на звук се распределени за време на процесот на кодирање, толку повеќе информации ќе носи вредноста на секое ниво и ќе биде подобар звукот.

Аудио адаптер (звучна картичка) е специјален уред поврзан со компјутер, дизајниран да ги конвертира електричните вибрации на звучната фреквенција во нумерички бинарен код при внесување звук и за обратна конверзија (од нумерички код во електрични вибрации) при репродукција на звук.

Во процесот на снимање звук, аудио адаптерот ја мери амплитудата на електричната струја со одреден период и го внесува бинарниот код на добиената вредност во регистар. Потоа добиениот код од регистарот се препишува во RAM меморијата на компјутерот. Квалитетот на звукот на компјутерот се одредува според карактеристиките на аудио адаптерот:

Фреквенција на земање примероци
Длабочина на битови (длабочина на звук).

Стапка на временско земање примероци

Ова е бројот на мерења на влезниот сигнал за 1 секунда. Фреквенцијата се мери во Херци (Hz). Едно мерење во секунда одговара на фреквенција од 1 Hz. 1000 мерења во 1 секунда – 1 килохерци (kHz). Типични стапки на земање примероци на аудио адаптери:

11 kHz, 22 kHz, 44,1 kHz, итн.

Ширината на регистарот (длабочината на звукот) е бројот на битови во регистарот на аудио адаптерот што го одредува бројот на можни нивоа на звук.

Длабочината на битот ја одредува точноста на мерењето на влезниот сигнал. Колку е поголема длабочината на битот, толку е помала грешката на секоја индивидуална конверзија на вредноста на електричниот сигнал во број и назад. Ако длабочината на битот е 8 (16), тогаш при мерење на влезниот сигнал, може да се добијат 2 8 = 256 (2 16 = 65536) различни вредности. Очигледно, 16-битен аудио адаптер попрецизно го кодира и репродуцира звукот од 8-битен. Современите звучни картички обезбедуваат 16-битна длабочина на аудио кодирање. Бројот на различни нивоа на сигнал (состојби за дадено кодирање) може да се пресмета со формулата:

N = 2 I = 2 16 = 65536, каде што I е длабочината на звукот.

Така, современите звучни картички можат да обезбедат кодирање на 65536 нивоа на сигнал. На секоја вредност на амплитудата на аудио сигналот и е доделен 16-битен код. При бинарно кодирање на континуиран аудио сигнал, тој се заменува со низа од дискретни нивоа на сигнал. Квалитетот на кодирањето зависи од бројот на мерења на нивото на сигналот по единица време, т.е стапки на земање примероци.Колку повеќе мерења се направени за 1 секунда (колку е поголема фреквенцијата на земање примероци, толку е попрецизна процедурата за бинарно кодирање.

Звучна датотека -датотека која складира аудио информации во нумеричка бинарна форма.

2. Повторете ги мерните единици на информации

1 бајт = 8 бита

1 KB = 2 10 бајти = 1024 бајти

1 MB = 2 10 KB = 1024 KB

1 GB = 2 10 MB = 1024 MB

1 TB = 2 10 GB = 1024 GB

1 PB = 2 10 TB = 1024 TB

3. Зајакнете го научениот материјал со гледање презентација или учебник

4. Решавање проблеми

Учебник, со прикажување на решението на презентацијата.

Задача 1.Одредете ја јачината на информациите на стерео аудио датотека со времетраење на звук од 1 секунда со висок квалитет на звук (16 бита, 48 kHz).

Задача (независно).Учебник, со прикажување на решението на презентацијата.
Одредете ја јачината на информациите на дигитална аудио датотека со времетраење на звук од 10 секунди при фреквенција на примерок од 22,05 kHz и резолуција од 8 бита.

5. Консолидација. Решавање проблеми дома, самостојно во следната лекција

Одредете ја количината на меморија за складирање на дигитална аудио датотека чие време за репродукција е две минути со фреквенција на примерок од 44,1 kHz и резолуција од 16 бита.

Корисникот има капацитет на меморија од 2,6 MB. Потребно е да се сними дигитална аудио датотека со времетраење на звук од 1 минута. Која треба да биде фреквенцијата на земање примероци и длабочината на битот?

Количината на слободна меморија на дискот е 5,25 MB, длабочината на битот на звучната картичка е 16. Колку е времетраењето на звукот на дигитална аудио датотека снимена со фреквенција на семплирање од 22,05 kHz?

Една минута од снимањето на дигитална аудио датотека зазема 1,3 MB простор на дискот, а бит капацитетот на звучната картичка е 8. Со која брзина на семплирање се снима звукот?

Колку меморија е потребна за складирање на висококвалитетна дигитална аудио датотека со време на репродукција од 3 минути?

Дигиталната аудио датотека содржи аудио снимање со низок квалитет (звукот е темен и пригушен). Колку е времетраењето на датотеката ако нејзината големина е 650 KB?

Две минути снимање на дигитална аудио датотека зафаќа 5,05 MB простор на дискот. Фреквенција на земање примероци - 22.050 Hz. Која е битската длабочина на аудио адаптерот?

Количината на слободна меморија на дискот е 0,1 GB, длабочината на битот на звучната картичка е 16. Колку е времетраењето на звукот на дигитална аудио датотека снимена со фреквенција на семплирање од 44.100 Hz?

Одговори

бр.92. 124,8 секунди.

број 93. 22,05 kHz.

Бр. 94. Висок квалитет на звукот се постигнува со фреквенција на земање примероци од 44,1 kHz и длабочина на бит на аудио адаптер од 16. Потребната големина на меморијата е 15,1 MB.

Бр. 95. Следниве параметри се типични за мрачен и пригушен звук: фреквенција на семплирање - 11 kHz, длабочина на битот на аудио адаптерот - 8. Времетраењето на звукот е 60,5 с.

број 96. 16 бита.

бр.97. 20,3 мин.

Литература

1. Учебник: Компјутерски науки, проблемска книга-работилница, том 1, редакција на И.Г., Е.К. Хенер)

2. Фестивал на педагошки идеи „Отворен час“ Звук. Бинарно кодирање на аудио информации. Супријагина Елена Александровна, наставник по компјутерски науки.

3. Н. Угринович. Компјутерски науки и информатичка технологија. 10-11 одделение. Москва. Бином. Лабораторија на знаење 2003 г.

Човечкото уво го перцепира звукот на фреквенции кои се движат од 20 вибрации во секунда (низок звук) до 20.000 вибрации во секунда (висок звук).

Едно лице може да го согледа звукот во огромен опсег на интензитети, во кој максималниот интензитет е 10 14 пати поголем од минималниот (сто илјади милијарди пати). За мерење на јачината на звукот се користи специјална единица „децибели“(dbl) (Табела 5.1). Намалување или зголемување на јачината на звукот за 10 dbl одговара на намалување или зголемување на интензитетот на звукот за 10 пати.

Временско земање примероци на звук.За да може компјутерот да обработува звук, континуираниот аудио сигнал мора да се претвори во дигитална дискретна форма со користење на временско земање примероци. Континуираниот звучен бран е поделен на посебни мали привремени делови и за секој таков дел се поставува одредена вредност на интензитетот на звукот.

Ориз. 1.2. Временски примерок на аудио

Фреквенција на земање примероци.Микрофон поврзан со звучната картичка се користи за снимање на аналоген звук и негово претворање во дигитална форма. Квалитетот на добиениот дигитален звук зависи од бројот на мерења на нивото на јачината на звукот по единица време, т.е. стапки на земање примероци. Колку повеќе мерења се прават во секунда (колку е поголема фреквенцијата на земање примероци), толку попрецизно „скалата“ на дигиталниот аудио сигнал ја следи кривата на сигналот за дијалог.

Стапка на земање примероци на аудиое бројот на мерења на јачината на звукот во една секунда.

Стапките на земање примероци на аудио може да се движат од 8.000 до 48.000 мерења на јачината на звукот во секунда.

Длабочина на кодирање на аудио.На секој „чекор“ му е доделено одредено ниво на јачина на звук. Нивоата на јачина на звукот може да се сметаат како збир на можни состојби N, чие кодирање бара одредена количина на информации I, што се нарекува длабочина на кодирање на звукот.

Ако длабочината на кодирањето е позната, тогаш бројот на нивоа на дигитална јачина на звук може да се пресмета со формулата N = 2 I. Нека длабочината на аудио кодирањето е 16 бита, тогаш бројот на нивоа на јачина на звук е еднаков на:

N = 2 I = 2 16 = 65.536.

Дигитализиран квалитет на звукот.Колку е поголема фреквенцијата и длабочината на земање примероци на звукот, толку е поголем квалитетот на дигитализираниот звук. Најнизок квалитет на дигитализиран звук, што одговара на квалитетот на телефонската комуникација, се добива со брзина на земање примероци од 8000 пати во секунда, длабочина на земање примероци од 8 бита и снимање на една аудио песна (моно режим). Највисокиот дигитализиран аудио квалитет што одговара на квалитетот на аудио ЦД-то се постигнува со брзина на земање примероци од 48.000 пати во секунда, длабочина на земање примероци од 16 бита и снимање на две аудио траки (стерео режим).

Мора да се запомни дека колку е повисок квалитетот на дигиталниот звук, толку е поголем обемот на информации на звучната датотека. Можете да ја процените јачината на информациите на дигитална стерео аудио датотека со времетраење на звук од 1 секунда со просечен квалитет на звукот (16 бита, 24.000 мерења во секунда). За да го направите ова, длабочината на кодирање мора да се помножи со бројот на мерења во 1 секунда и да се помножи со 2 (стерео звук):

16 бита × 24.000 × 2 = 768.000 бита = 96.000 бајти = 93,75 KB.

Уредници на звук.Уредувачите на звук ви овозможуваат не само да снимате и репродуцирате звук, туку и да го уредувате. Дигитализираниот звук е претставен во уредувачите на звук во визуелна форма, така што операциите на копирање, преместување и бришење на делови од аудио песната може лесно да се извршат со помош на глувчето. Дополнително, можете да ги преклопите аудио записите една врз друга (мешајте звуци) и да примените различни акустични ефекти (ехо, репродукција во обратна насока, итн.).

Уредувачите на звук ви дозволуваат да го промените квалитетот на дигиталното аудио и големината на аудио датотеката со менување на брзината на земање примероци и длабочината на кодирање. Дигитализираното аудио може да се зачува некомпресирано во аудио датотеки во универзален формат WAVили во компримиран формат MP3.

При зачувување на звукот во компресирани формати, фреквенциите на звук со низок интензитет што се „прекумерни“ за човечка перцепција и се совпаѓаат навреме со звучните фреквенции со висок интензитет се отфрлаат. Употребата на овој формат ви овозможува да ги компресирате звучните датотеки десетици пати, но доведува до неповратно губење на информации (датотеките не можат да се вратат во нивната оригинална форма).

Безбедносни прашања

1. Како стапката на примерок и длабочината на кодирање влијаат на квалитетот на дигиталното аудио?

Задачи за самостојно завршување

1.22. Задача за селективен одговор. Звучната картичка произведува бинарно кодирање на аналогниот аудио сигнал. Колку информации се потребни за да се шифрира секое од 65.536 можни нивоа на интензитет на сигналот?
1) 16 бита; 2) 256 бита; 3) 1 бит; 4) 8 бита.

1.23. Задача со детален одговор. Проценете ја јачината на информациите на дигиталните аудио датотеки што траат 10 секунди на длабочина на кодирање и фреквенција на примерок на аудио сигнал што обезбедува минимален и максимален квалитет на звукот:
а) моно, 8 бита, 8000 мерења во секунда;
б) стерео, 16 бита, 48.000 мерења во секунда.

1.24. Задача со детален одговор. Определете го времетраењето на звучната датотека што ќе се вклопи на флопи диск од 3,5" (забележете дека 2847 сектори од по 512 бајти се доделени за складирање на податоци на таква флопи диск):
а) со низок квалитет на звук: моно, 8 бита, 8000 мерења во секунда;
б) со висок квалитет на звук: стерео, 16 бита, 48.000 мерења во секунда.