Кодирование звуковой информации

Звук представляет собой распространяющуюся в воздухе, воде или другой среде волну с непрерывно меняющейся интенсивностью и частотой.

децибел Единица громкости звука - децибел (дБ) Названа в честь Александра Грэхема Белла, изобретателя телефона. громкость звука – зависит от амплитуды колебаний. Чем больше амплитуда колебаний, тем громче звук. высота звука – определяется частотой колебаний воздуха. скорость звука – скорость распространения волн в среде. тембр звука – окраска звука, зависящая от источника звука (скрипка, рояль, гитара и т.д.).

Чем больше интенсивность звуковой волны, тем громче звук, чем больше частота волны, тем выше тон звука.

Источник звука Уровень (дБ) Спокойное дыхание Не воспринимается Шёпот 10 Шелест листьев 17 Перелистывание газет 20 Обычный шум в доме 40 Прибой на берегу 40 Разговор средней громкости 50 Громкий разговор 70 Работающий пылесос 80 Поезд в метро 80 Концерт рок-музыки 100 Раскат грома 110 Реактивный двигатель 110 Выстрел из орудия 120 Болевой порог 120 Уровни громкости звука от разных источников

СПОСОБЫ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ЗВУКА Аналоговый Дискретный физическая величина принимает бесконечное множество значений, причем они изменяются непрерывно. физическая величина принимает конечное множество значений, причем они изменяются скачкообразно. Виниловая пластинка (звуковая дорожка изменяет свою форму непрерывно) Аудиокомпакт-диск (звуковая дорожка содержит участки с разной отражающей способностью)

t A(t) Временная дискретизация – это разбиение непрерывной звуковой волны на отдельные маленькие временные участки, причем для каждого участка устанавливается определенная величина амплитуды.

Звуковая информация хранится в виде значений амплитуды, взятых в определенные моменты времени (т. е. измерения проводятся «импульсами»).

Аудиоадаптер (звуковая плата) - специальное устройство, подключаемое к компьютеру, предназначенное для преобразования электрических колебаний звуковой частоты в числовой двоичный код при вводе звука и для обратного преобразования (из числового кода в электрические колебания) при воспроизведении звука.

В процессе записи звука аудиоадаптер с определенным периодом измеряет амплитуду электрического тока и заносит в регистр двоичный код полученной величины. Затем полученный код из регистра переписывается в оперативную память компьютера. Качество компьютерного звука определяется характеристиками аудиоадаптера: 1) Частотой дискретизации 2) Разрядностью регистра (глубина звука)

Для оцифровки звука используются специальные устройства: аналого- цифровой преобразователь (АЦП) и цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП).

ГЛУБИНА ДИСКРЕТИЗАЦИИ ЗВУКА (p) – это количество информации, которое необходимо для кодирования дискретных уровней громкости цифрового звука. N – количество уровней громкости p– глубина кодирования (разрядность регистра)

ЧАСТОТА ДИСКРЕТИЗАЦИИ ЗВУКА – это количество измерений громкости звука за одну секунду. 1 к Гц = 1000 Гц

V = p * ЧД * t * k V - объем звукового файла, p - глубина кодирования звука (разрядность регистра), ЧД - частота дискретизации звука, t - длительность звучания файла, k - количество каналов звучания режим моно k= 1, стерео k= 2

WAVE (.wav) - наиболее широко распространенный формат. Используется в ОС Windows для хранения звуковых файлов. MPEG-3 (.mp3) - наиболее популярный на сегодняшний день формат звуковых файлов. MIDI (.mid) - содержат не сам звук, а только команды для воспроизведения звука. Звук синтезируется с помощью FM- или WT- синтеза. Real Audio (.ra,.ram) - разработан для воспроизведения звука в Internet в режиме реального времени. MOD (.mod) - музыкальный формат, в нем хранятся образцы оцифрованного звука, которые можно затем использовать как шаблоны для индивидуальных нот.

Задача 1 (из учебника) Определить информационный объем стерео аудио файла длительностью звучания 1 секунда при высоком качестве звука (16 битов, 48 к Гц).

Дано: T=1 сек I=16 бит H= 48 к Гц Стерео - ×2 V=? Решение: V= T ×I × H × 2 V=1 ×16 × × 2= бит/8 = байт/1024 = 187,5 Кбайт Решение

Определить информационный объем моно аудио файла длительность звучания которого составляет 10 секунд при частоте дискретизации 22,05 к Гц и разрешении 8 бит. Задача 2

Решение Дано: T=10 сек I=8 бит H= 22,05 к Гц Моно- ×1 V=? Решение: V= T ×I × H × 1 V=10 ×8 × 22,05 × 1= 10 × 8 × бит/8 = байт/1024 = 215,332/1024 Кбайт = 0,21 Мбайт