Кодирование звуковой информации.
Уровень «5»
1. Определите длительность
звукового файла, который уместится на гибкой дискете
а) при низком качестве звука: моно, 8 бит, 8 кГц;
б) при высоком качестве звука: стерео, 16 бит, 48 кГц.
Решение:
а).
1) Информационный объем дискеты равен:
2847 секторов х 512 байт = 1457664 байт = 1423,5 Кбайт
2) Информационный объем звукового файла длительностью в 1 секунду равен:
8 бит х 8 000 = 64 000 бит = 8000 байт = 7,8 Кбайт/с
3) Время звучания моноаудиофайла объемом 1423,5 Кбайт равно:
1423,5 Кбайт : 7,8 Кбайт/с = 182,5 с ≈ 3 мин
б).
1) Информационный объем дискеты
равен:
2847 секторов х 512 байт = 1457664 байт = 1423,5 Кбайт
2) Информационный объем звукового файла длительностью в 1 секунду равен:
16 бит х 48 000 х 2= 1 536 000 бит = 192 000 байт = 187,5 Кбайт/с
3) Время звучания стереоаудиофайла объемом 1423,5 Кбайт равно:
1423,5 Кбайт : 187,5 Кбайт/с = 7,6 с
Ответ: а) 3 минуты; б) 7,6
секунды.
Уровень «5»
Решение:
а).
1) 940 Кбайт= 962560 байт = 7700480 бит
2) 7700480 бит : 10 сек = 770048 бит/с
3) 770048 бит/с : 16 бит = 48128 Гц –частота дискретизации – близка к самой
высокой 44,1 КГц
Ответ:
качество аудио-CD
б).
1) 157 Кбайт= 160768 байт = 1286144 бит
2) 1286144 бит : 10 сек = 128614,4 бит/с
3) 128614,4 бит/с : 16 бит = 8038,4 Гц
Ответ: качество радиотрансляции
Ответ: а)
качество CD; б) качество радиотрансляции.
3.
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?
Решение:
Длина кода аналогового сигнала с использованием 256 уровней интенсивности сигнала равна 8 битам, с использованием 65536 уровней интенсивности сигнала равна 16 битам. Так как длина кода одного сигнала увеличилась вдвое, то информационные объемы оцифрованного звука различаются в 2 раза.
Ответ: в 2 раза.
Уровень»5»
4. На рисунке
изображено зафиксированное самописцем звучание 1 секунды речи. Закодируйте его в
двоичном цифровом коде с частотой 10 Гц и длиной кода 3 бита.
Решение:
Кодирование с частотой 10 Гц означает, что мы
должны измерить высоту звука 10 раз за секунду. Выберем равноотстоящие моменты
времени:
Длина кода в 3 бита
означает 23 = 8 уровней квантования. То есть в качестве числового
кода высоты звука в каждый выбранный момент времени мы можем задать одну из
следующих комбинаций: 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, 111. Их всего 8,
следовательно, высоту звука можно измерять на 8 «уровнях»:
«Округлять» значения высоты звука будем до
ближайшего нижнего уровня:
Используя данный
способ кодирования, мы получим следующий результат (пробелы поставлены для
удобства восприятия): 100 100 000 011 111 010 011 100 010 110.
Примечание.
Целесообразно обратить внимание учащихся на то,
насколько неточно код передает изменение амплитуды. То есть частота
дискретизации 10 Гц и уровень квантования 23 (3 бита) слишком малы.
Обычно для звука (голоса) выбирают частоту дискретизации 8 кГц, т. е. 8000 раз в
секунду, и уровень квантования 28 (код длиной 8 бит).
Ответ: 100 100 000 011 111 010 011 100 010 110.
Уровень «4»
5. Согласно
теореме Найквиста—Котельникова, для того чтобы аналоговый сигнал можно было
точно восстановить по его дискретному представлению (по его отсчетам), частота
дискретизации должна быть как минимум вдвое больше максимальной звуковой частоты
этого сигнала.
·
Какова должна
быть частота дискретизации звука, воспринимаемого человеком?
·
Что должно
быть больше: частота дискретизации речи или частота дискретизации звучания
симфонического оркестра?
Цель:
познакомить учащихся с характеристиками аппаратных и программных средств работы
со звуком. Виды деятельности: привлечение знаний из курса физики (или работа со
справочниками
Решение:
Считается, что
диапазон частот, которые слышит человек, составляет от 20 Гц до 20 кГц. Таким
образом, по теореме Найквиста—Котельникова, для того чтобы аналоговый сигнал
можно было точно восстановить по его дискретному представлению (по его
отсчетам),
частота дискретизации должна быть как
минимум вдвое больше максимальной звуковой частоты этого сигнала.
Максимальная звуковая частота которую
слышит человек -20 КГц, значит, аппаратура и программные средства должны
обеспечивать частоту дискретизации не менее 40 кГц, а точнее 44,1 КГц.
Компьютерная обработка звучания симфонического оркестра предполагает более
высокую частоту дискретизации, чем обработка речи, поскольку диапазон частот в
случае симфонического оркестра
значительно больше.
Ответ: не меньше 40 кГц, частота дискретизации
симфонического оркестра больше
Уровень «3»
6. Определить объем памяти для хранения
цифрового аудиофайла, время звучания которого составляет две минуты при частоте
дискретизации 44,1 кГц и разрешении 16 бит.
Решение:
A=D*T*I/8.
– объем памяти для хранения цифрового аудиофайла.
44100 (Гц) х 120 (с) х 16 (бит) /8 (бит) = 10584000 байт= 10335,9375 Кбайт= 10,094 Мбайт.
Ответ: ≈ 10 Мб