1/22/2018 Кодирование и обработка звуковой информации

Звук – это волна с непрерывно меняющейся амплитудой и частотой

Чем больше амплитуда, тем громче звук Чем больше частота, тем выше тон звука

Человеческое ухо воспринимает звук с частотой от 20 колебаний в секунду (низкий звук) до 20 000 колебаний в секунду (высокий звук).

Для измерения громкости звука применяется специальная единица децибел (д. Б)

Громкость в Звук децибелах Нижний предел чувствительности 0 человеческого уха Шорох листьев 10 Разговор 60 Гудок автомобиля 90 Реактивный двигатель 120 Болевой порог 140

Временная дискретизация звука Для того чтобы компьютер мог обрабатывать звук, непрерывный звуковой сигнал должен быть преобразован в цифровую дискретную форму с помощью временной дискретизации.

Временная дискретизация звука

Частота дискретизации Для записи аналогового звука и его преобразования в цифровую форму используется микрофон, подключенный к звуковой плате. Качество полученного цифрового звука зависит от количества измерений уровня громкости звука в единицу времени, т. е. частоты дискретизации. Чем большее количество измерений производится за 1 секунду (чем больше частота дискретизации), тем точнее "лесенка" цифрового звукового сигнала повторяет кривую аналогового сигнала.

Характеристика цифрового звука: 1. Частота 2. Глубина

Частота дискретизации звука - это количество измерений громкости звука за одну секунду

Частота дискретизации звука может лежать в диапазоне от 8000 до 48 000 измерений громкости звука за одну секунду. (Гц)

Глубина кодирования Каждой «ступеньке» присваивается определенный уровень громкости звука. Уровни громкости звука можно рассматривать как набор N возможных состояний, для кодирования которых необходимо определенное количество информации I

Глубина кодирования звука - это количество информации, которое необходимо для кодирования дискретных уровней громкости цифрового звука.

Если известна глубина кодирования, то количество уровней громкости цифрового звука можно рассчитать по формуле N = 2 I. Пусть глубина кодирования звука составляет 16 битов, тогда количество уровней громкости звука равно: N = 2 I = 216 = 65 536.

Режимы

Качество оцифрованного звука Чем больше частота и глубина дискретизации звука, тем более качественным будет звучание оцифрованного звука.

Самое низкое качество оцифрованного звука, соответствующее качеству телефонной связи, получается при частоте дискретизации 8000 раз в секунду, глубине дискретизации 8 битов и записи одной звуковой дорожки (режим "моно"). Самое высокое качество оцифрованного звука, соответствующее качеству аудио-CD, достигается при частоте дискретизации 48 000 раз в секунду, глубине дискретизации 16 битов и записи двух звуковых дорожек (режим "стерео").

Объем файла (бит) = частота (Гц) * глубина (бит) * время (сек) * режим (моно = 1, стерео = 2)

Пример 1. Оценить информационный объем стереоаудиофайла длительностью звучания 1 секунда при высоком качестве звука (16 битов, 48 к. Гц). 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.

Пример 2. Оцените информационный объем высококачественного стерео аудиофайла длительностью звучания 1 минута, если "глубина" кодирования 16 бит, а частота дискретизации 48 к. Гц. 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

Звуковые редакторы позволяют не только записывать и воспроизводить звук, но и редактировать его

Звуковые редакторы позволяют изменять качество цифрового звука и объем звукового файла путем изменения частоты дискретизации и глубины кодирования. Оцифрованный звук можно сохранять без сжатия в звуковых файлах в универсальном формате WAV или в формате со сжатием МР 3.

Задания: 1. Оцените информационный объем моноаудиофайла длительностью звучания 1 мин. если "глубина" кодирования и частота дискретизации звукового сигнала равны соответственно: а) 16 бит и 8 к. Гц; б) 16 бит и 24 к. Гц. Запишите звуковые файлы с такими параметрами и сравните полученные объемы с вычисленными.

Задания: 2. Рассчитайте время звучания моноаудиофайла, если при 16 -битном кодировании и частоте дискретизации 32 к. Гц его объем равен: а) 700 Кбайт; б) 6300 Кбайт.

Задания: 3. Определите длительность звукового файла, который уместится на гибкой дискете 3, 5”. Учтите, что для хранения данных на такой дискете выделяется 2847 секторов объемом 512 байт. а) при низком качестве звука: моно, 8 бит, 8 к. Гц; б) при высоком качестве звука: стерео, 16 бит, 48 к. Гц.

Домашнее задание: n § 1. 5, n практическая работа 1. 5