Кодирование и обработка звуковой информации Учитель: Андрющенко С.И.
интенсивностьючастотой Звук представляет собой распространяющуюся в воздухе, воде или другой среде волну с непрерывно меняющейся интенсивностью и частотой. 20 колебаний колебаний Человеческое ухо воспринимает звук с частотой от 20 колебаний в секунду (низкий звук) до колебаний в секунду (высокий звук). громкости тона Человек воспринимает звуковые волны (колебания возду- ха) с помощью слуха в форме звука различных громкости и тона.
10 14 Человек может воспринимать звук в огромном диапазоне интенсивностей, в котором максималь- ная интенсивность больше минимальной в раз (в сто тысяч миллиардов раз). децибел Уменьшениеувеличение уменьшению увеличению10 раз Для измерения громкости звука применяется специальная единица «децибел» (дбл). Уменьшение или увеличение громкости звука на 10 дбл соответствует уменьшению или увеличению интенсивности звука в 10 раз.
ЗвукГромкость в децибелах Нижний предел чувствительности человеческого уха 0 Шорох листьев 10 Разговор60 Гудок автомобиля 90 Реактивный двигатель 120 Болевой порог 140
цифровую дискретную Для того чтобы компьютер мог обрабатывать звук, непрерывный звуковой сигнал должен быть преобразован в цифровую дискретную форму с помощью временной дискретизации. Временная дискретизация звука Непрерывная звуковая волна разбивается на отдельные маленькие временные участки, для каждого такого участка устанавливается определенная величина интенсивности звука.
Частота дискретизации Качество цифрового звука зависит от количества измерений уровня громкости звука в единицу времени, т. е. частоты дискретизации. Чем большее количество измерений производит- ся за 1 секунду (чем больше частота дискрети- зации), тем точнее «лесенка» цифрового звуко- вого сигнала повторяет кривую аналогового сигнала. Частота дискретизации звука это количество измерений громкости звука за одну секунду Частота дискретизации звука может лежать в диапазоне от 8000 до измерений громкости звука за одну секунду.
Глубина кодирования звука Каждой «ступеньке» присваивается определенное значение уровня громкости звука. N Iглубиной кодирования звука Уровни громкости звука можно рассматривать как набор возможных состояний N, для кодирования которых необходимо определенное количество информации I, которое называется глубиной кодирования звука. Глубина кодирования звука Глубина кодирования звука - это количество информации, которое необходимо для кодирования дискретных уровней громкости цифрового звука.
N = 2 I Если известна глубина кодирования, то коли- чество 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 = В процессе кодирования каждому уровню громкости звука присваивается свой 16-битовый двоичный код, наименьшему уровню звука будет соответствовать код , а наибольшему
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 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. Можно оценить инфор- мационный объем цифрового стереозвукового файла длительностью звучания 1 секунда при среднем качестве звука (16 битов, измерений в секунду). Для этого глубину кодирования необходимо умножить на количество измерений в 1 секунду и умножить на 2 (стереозвук): 16 бит · ·2 = бит = байт = =93,75 Кбайт 16 бит · ·2 = бит = байт = =93,75 Кбайт.
Звуковые редакторы Звуковые редакторы позволяют не только запи- сывать и воспроизводить звук, но и редактиро- вать его. Оцифрованный звук представляется в звуковых редакторах в наглядной форме, поэтому опера- ции копирования, перемещения и удаления частей звуковой дорожки можно легко осущест- влять с помощью мыши. Кроме того, можно накладывать звуковые дорож- ки друг на друга (микшировать звуки) и применять различные акустические эффекты (эхо, воспроиз- ведение в обратном направлении и др.).
WAV МР3 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 МР3. При сохранении звука в форматах со сжатием отбрасываются «избыточные» для человеческого восприятия звуковые частоты с малой интенсивностью, совпадающие по времени со звуковыми частотами с большой интенсивностью. Применение такого формата позволяет сжимать звуковые файлы в десятки раз, однако приводит к необратимой потере информации.
1. Звуковая плата производит двоичное кодирование аналогового звукового сигнала. Какое количество информации необходимо для кодирования каждого из возможных уровней интенсивности сигнала? 1) 16 битов; 2) 256 битов; 3) 1 бит; 4) 8 битов. 2. Оценить информационный объем цифровых звуковых файлов длительностью 10 секунд при глубине кодирования и частоте дискретизации звукового сигнала, обеспечивающих минимальное и максимальное качество звука: а) стерео, 16 битов, измерений в секунду. Решение: 16 · · 10 · 2 = байт 1,8 Мбайт.
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. Решение: Информационный объем дискеты равен 512 байт · 2847 = байт = 1423,5 Кбайт. Информационный объем 1 секунды звукового файла низкого качества: 8 · 8000 = бит/с = байт/с 7,8 Кбайт/с. Длительность, умещающаяся на дискете: 1423,5 Кбайт : 7,8 Кбайт/с = 182,5 с 3 мин
Информация о домашнем задании. 1. § § Конспект. 2. Конспект (а), 1.11 (б) (а), 1.11 (б)
Что такое частота дискретизации звука? Что такое глубина кодирования звука? Как частота дискретизации и глубина кодирования влияют на качество цифрового звука?