Двоичное кодирование звуковой информации 10 класс гимназия 22 город Майкоп

Звук – это волновые колебания в упругой среде. Частота Амплитуда Измеряется в Гц. 1Гц = 1 колебание/сек Человек воспринимает звуки в диапазоне от 16 Гц до 20 кГц Измеряется в Па (Паскалях). Воспринимаемая человеком громкость звука от 20 мкПа (едва различимый звук) до 200 Па (болевой порог). (сила звука, звуковое давление)

Логарифмическая шкала децибелов. Амплитуда L(дБ) – уровень звука; Р пч - порог чувствительности (2*10 -5 Па) Р зв - звуковое давление измеряемого звука Из-за широкого диапазона амплитуд чаще используется логарифмическая шкала децибелов (дБ): Тогда весь диапазон слышимости 0 – 140 дБ. Человек способен уловить различие в громкости, если звуки отличаются более, чем на 10%, т.е. на 1 дБ – это используется а алгоритмах сжатия звука для удаления маловажной информации.

Некоторые значения уровней шума Порог слышимости0 дБ Шорох листьев, шум слабого ветра10-20 дБ Шепот (на задней парте)20-30 дБ Разговор средней громкости (в кабинете директора) дБ Автомагистраль с интенсивным движением дБ Авиадвигатели дБ Болевой порог140 дБ

Способы хранения звука Звукозапись – процесс сохранения информации о параметрах звуковых волн Способы хранения АналоговыйЦифровой грампластинка магнитная лента временная дискретизация квантование

Способы хранения звука Звукозапись – процесс сохранения информации о параметрах звуковых волн Способы хранения Цифровой Результаты измерений записываются в цифровом виде с ограниченной точностью временная дискретизация квантование Параметры звукового сигнала измеряются не непрерывно, а через определенные промежутки времени

Искажение информации при оцифровке

Импульсно-кодовая модуляция (РСМ) Звук хранится в виде значений амплитуды, взятых в определенные моменты времени, т.е. измерение производится «импульсами» При записи звука в компьютер амплитуда измеряется через равные промежутки времени с высокой частотой. При восстановлении звука сохраненные значения используются для восстановления непрерывной формы выходного сигнала.

Оцифровка звука. Процесс получения цифровой формы звука называется оцифровкой. Устройство, выполняющее оцифровку звука называется АЦП - аналого-цифровой преобразователь (ACD); Устройство, выполняющее обратное преобразование – ЦАП – цифро-аналоговый преобразователь (DAC);

Звуковая карта Состав: АЦП; ЦАП; сигнальный процессор (DSP)- специальная микросхема для обработки оцифрованного звука, выполняющий значительную часть рутинных расчетов при обработке звука: смешение звуков; наложение спецэффектов; расчет формы выходного сигнала; микросхема с набором «самплов»-образцов звуков для синтеза звуковых файлов формата MIDI

Принципы компьютерного воспроизведения звука

Параметры оцифровки звука Частота, с которой производят измерение сигнала, называется частотой дискретизации 8-11 кГц – автоответчик, сотовый телефон; 22,05 кГц – радио; 44,1 кГц - AudioCD отсчеты подуровни При квантовании диапазон значений амплитуды разбивается на подуровни и сохраняется номер подуровня, в который попадает значение. Количество бит, используемых для записи номера поддиапазона (одного отсчета) называется глубиной кодирования. 8 бит – автоответчик, сотовый телефон; 16 бит – AudioCD, звуковая карта среднего качества

Размер звукового файла форматов *.cda, *.wav I(бит)=f(Гц)*R(бит)*N(каналов)*t(сек) f – частота дискретизации (Гц); R – глубина кодирования (разрядность звуковой карты); N – количество каналов (1 – моно, 2 – стерео); t – время звучания в сек. Увеличивая частоту дискретизации и глубину кодирования, можно более точно сохранить (и впоследствии восстановить) форму звукового сигнала, но при этом увеличивается объем сохраненных данных

Форматы звуковых файлов MIDI - запись музыкальных произведений в виде команд синтезатору, компактны, голос человека не воспроизводят, (соответствуют векторному представлению в графике) WAV – универсальный звуковой формат, в нем хранится полная информация об оцифрованном звуке ( соответствует формату bmp в графике ). Занимает очень большой объем памяти (15 Мбайт на 1 минуту звучания). MP3 – формат сжатия аудиоинформации с регулируемой потерей информации, позволяет сжимать файлы в несколько раз в зависимости от заданного битрейта (в среднем в 11 раз). Даже при самом высоком битрейте – 320 кбит/сек – обеспечивает 4- кратное сжатие по сравнению с компакт-дисками. APE – формат сжатия аудиоинформации без потери информации (а следовательно – качества), коэффициент сжатия около 2.

Опорные термины по теме «Двоичное кодирование звука»

Кодирование звуковой информации характеристики звуковой волны; логарифмическая шкала децибелов; микрофон, динамики, колонки АЦП ЦАП звуковая карта импульсно-кодовая модуляция 1 оцифровка звука и воспроизведение оцифрованного звука частота дискретизации квантование разрядность регистра моно/ стерео потеря информации объем звукового файла 1

Кодирование звуковой информации форматы звуковых файлов WAV MID CDA MP3 битрейт 3 форматы видеофайлов (сжатие по алгоритмам MPEG) MPEG-2 MPEG-4 divX, Xvid AVI 4