Кодирование звуковой информации

Звук Звук представляет собой распространяющуюся чаще всего в воздухе, воде или другой среде волну с непрерывно изменяющейся интенсивностью и частотой. Человек может воспринимать звуковые волны (колебания воздуха) с помощью слуха в форме звука различая при этом громкость и тон. Чем больше интенсивность звуковой волны, тем громче звук, чем больше частота волны, тем выше тон звука.

Зависимость громкости, а также высоты тона звука от интенсивности и частоты звуковой волны.

Чтобы измерять громкость звука применяют специальную единицу "децибел" (дБ) Характерный звук Громкость, измеренная в децибелах Нижний предел чувствительности человеческого уха 0 Шорох листьев 10 Разговор 60 Гудок автомобиля 90 Реактивный двигатель 120 Болевой порог 140

Преобразование непрерывного звукового сигнала в цифровую дискретную форму.

Качество оцифрованного звука Частота дискретизации звука, гц - это количество измерений громкости звука за одну секунду. Герц (обозначается Гц или Hz) единица измерения частоты периодических процессов (например колебаний). 1 Гц означает одно исполнение такого процесса за одну секунду: 1 Гц= 1/с. 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 рассчитывать по общей формуле N = 2 I.

Качество оцифрованного звука. Чем больше частота дискретизации и глубина кодирования звука, тем более качественным будет звучание оцифрованного звука и тем лучше можно приблизить оцифрованный звук к оригинальному звучанию. 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 раз в секунду, глубине дискретизации 16 битов и записи двух звуковых дорожек (режим "стерео"). Необходимо помнить, что чем выше качество цифрового звука, тем больше информационный объем звукового файла.

Алгоритм вычисления информационного объема звукового файла. 1) выяснить, сколько всего значений считывается в память за время звучания файла; 2) выяснить разрядность кода (сколько бит в памяти занимает каждое измеренное значение); 3) перемножить результаты; 4) перевести результат в байты; 5) перевести результат в К байты; 6) перевести результат в М байты; Задача 1 Подсчитать объем файла с 10 минутной речью записанного с частотой дискретизации Гц и разрядностью кода 4 бита на 1 измерение. (Ответ = 3, Мбайт)

Алгоритм вычисления времени звучания файла. 1) Информационный объем файла перевести в К байты. 2) Информационный объем файла перевести в байты. 3) Информационный объем файла перевести в биты. 4) Выяснить, сколько значений всего измерялось (Информационный объем в битах поделить на разрядность кода). 5) Вычислить количество секунд звучания. (Предыдущий результат поделить на частоту дискретизации.) Задача 2 Подсчитать время звучания звукового файла объемом 3.5 Мбайт, содержащего стереозапись с частотой дискретизации Гц и разрядностью кода 16 бит на 1 измерение. (Ответ= 20,805 сек)

Практическая часть. Разбор и решение задачи. Задача 1. Оцените информационный объём цифрового звукового стерео файла длительностью 20 секунд при глубине кодирования 16 бит и частоте дискретизации 10 ГГц? Результат представить в Кбайтах, округлить до сотых. Дано: I = 16 бит t = 20 сек η =10 ГГц = 10000Гц I - разрядность звуковой карты, t - время звучания аудиофайла, η - частота дискретизации Решение: V =2· I · η ·t V = 2* 16 * 10000*20 = бит /8 = байт /1024 = 781,25 Кбайт Ответ:V(Инфор.) = 781,25 Кбайт Найти: V(информационный объём)-? N=2^i V =i · η ·t При решении таких задач надо не забывать следующее: Что моно - 1 канал, стерео - 2 канала

Источники 2. Задание с развернутым ответом. Оценить информационный объем цифровых звуковых файлов длительностью 10 секунд при глубине кодирования и частоте дискретизации звукового сигнала, обеспечивающих минимальное и максимальное качество звука: а) моно, 8 битов, 8000 измерений в секунду; б) стерео, 16 битов, измерений в секунду. 3. Задание с развернутым ответом. Определить длительность звукового файла, который уместится на дискете 3,5" (учтите, что для хранения данных на такой дискете выделяется 2847 секторов объемом 512 байтов каждый): а) при низком качестве звука: моно, 8 битов, 8000 измерений в секунду; б) при высоком качестве звука: стерео, 16 битов, измерений в секунду.

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. Оцените информационный объем стерео аудиофайла длительностью звучания 30 с, если "глубина" кодирования и частота дискретизации звукового сигнала равны соответственно 8 бит и 8 к Гц;