Grundlegendes Konzept
Die Abtastfrequenz (f) bestimmt die Anzahl der in 1 Sekunde gespeicherten Abtastungen;
1 Hz (ein Hertz) ist eine Zählung pro Sekunde,
und 8 kHz sind 8000 Samples pro Sekunde
Die Codierungstiefe (b) ist die Anzahl der Bits, die zum Codieren von 1 Lautstärkepegel erforderlich sind
Spielzeit (t)
Datenspeicherkapazität 1 Kanal (mono)
I=f b t
(zum Speichern von Informationen über einen Ton mit einer Dauer von t Sekunden, codiert mit einer Abtastrate von f Hz und einer Codierungstiefe von b Bits, ICH Speicherbit)Bei Zweikanalaufnahme (Stereo) die zum Speichern der Daten eines Kanals benötigte Speichermenge wird mit 2 multipliziert
I = f b t 2
Audiokodierung
Grundlegende theoretische Bestimmungen
Zeitabtastung des Tons. Damit ein Computer Audio verarbeiten kann, muss ein kontinuierliches Audiosignal unter Verwendung von Zeitabtastung in eine diskrete digitale Form umgewandelt werden. Eine kontinuierliche Schallwelle wird in separate kleine Zeitabschnitte unterteilt, für jeden dieser Abschnitte wird ein bestimmter Wert der Schallintensität eingestellt.
Somit wird die kontinuierliche Abhängigkeit der Schalllautstärke von der Zeit A(t) durch eine diskrete Folge von Lautstärkepegeln ersetzt. In der Grafik sieht dies so aus, als würde man eine glatte Kurve durch eine Folge von „Schritten“ ersetzen.
Abtastfrequenz. Ein an die Soundkarte angeschlossenes Mikrofon wird verwendet, um analoges Audio aufzunehmen und in digitale Form umzuwandeln. Die Qualität des empfangenen digitalen Tons hängt von der Anzahl der Messungen des Schallpegels pro Zeiteinheit ab, d. h. Beispielrate. Je mehr Messungen in 1 Sekunde durchgeführt werden (je höher die Abtastrate), desto genauer ist die "Leiter" des Digitalen Tonsignal folgt dem Verlauf eines analogen Signals.
Audio-Samplingrate ist die Anzahl der Messungen der Lautstärke in einer Sekunde, gemessen in Hertz (Hz). Kennzeichnen Sie die Abtastfrequenz mit dem Buchstaben F.
Die Audioabtastrate kann von 8.000 bis 48.000 Schallpegelmessungen pro Sekunde reichen. Wählen Sie für die Codierung eine von drei Frequenzen: 44,1 kHz, 22,05 kHz, 11,025 kHz.
Tiefe der Audiocodierung. Jedem "Schritt" ist ein bestimmter Wert des Lautstärkepegels zugeordnet. Schalllautstärkepegel können als ein Satz möglicher Zustände N betrachtet werden, für deren Codierung eine bestimmte Informationsmenge benötigt wird B , die als Audiocodierungstiefe bezeichnet wird
Tiefe der Audiocodierung ist die Informationsmenge, die benötigt wird, um diskrete Lautstärkepegel zu codieren digitaler Ton.
Ist die Codierungstiefe bekannt, so lässt sich die Anzahl der digitalen Lautstärkepegel nach der Formel N = 2 b berechnen. Lassen Sie die Audiocodierungstiefe 16 Bit betragen, dann ist die Anzahl der Audiolautstärkepegel:
N=2 b = 216 = 65536.
Während des Codierungsprozesses wird jeder Lautstärke ein eigener 16-Bit-Binärcode zugewiesen, die niedrigste Lautstärke entspricht dem Code 000000000000000 und die höchste - 1111111111111111.
Die Qualität des digitalisierten Tons. Je höher die Frequenz und Sampling-Tiefe des Tons, desto besser ist die Qualität des digitalisierten Tons. Die niedrigste Qualität des digitalisierten Audios entsprechend der Qualität Telefonanschluss, wird bei einer Abtastrate von 8000 Mal pro Sekunde, einer Abtasttiefe von 8 Bit und der Aufnahme einer Tonspur (Mono-Modus) erreicht. Die höchste Qualität des digitalisierten Tons, die der Qualität einer Audio-CD entspricht, wird mit einer Abtastrate von 48.000 Mal pro Sekunde, einer Abtasttiefe von 16 Bit und der Aufzeichnung von zwei Audiospuren (Stereomodus) erreicht.
Es muss beachtet werden, dass je höher die Qualität des digitalen Tons ist, desto größer ist das Informationsvolumen der Tondatei.
Aufgaben zum Selbststudium.
1. Berechnen Sie die Lautstärke einer 10 Sekunden langen Mono-Audiodatei mit 16-Bit-Kodierung und einer Abtastrate von 44,1 kHz. (861 KB)
2. Zweikanalton (Stereo) wird mit einer Abtastfrequenz von 48 kHz und einer Auflösung von 24 Bit aufgezeichnet. Die Aufzeichnung dauert 1 Minute, ihre Ergebnisse werden in eine Datei geschrieben, eine Datenkomprimierung wird nicht durchgeführt. Welche der folgenden Zahlen kommt der Größe der resultierenden Datei, ausgedrückt in Megabyte, am nächsten?
1)0,3 2) 4 3) 16 4) 132
3. Eine einkanalige (Mono-)Tonaufnahme erfolgt mit einer Abtastfrequenz von 11 kHz und einer Codierungstiefe von 24 Bit. Die Aufzeichnung dauert 7 Minuten, ihre Ergebnisse werden in eine Datei geschrieben, eine Datenkomprimierung wird nicht durchgeführt. Welche der folgenden Zahlen kommt der Größe der resultierenden Datei, ausgedrückt in Megabyte, am nächsten?
1) 11 2) 13 3) 15 4) 22
4. Die zweikanalige (Stereo-)Tonaufnahme erfolgt mit einer Abtastfrequenz von 11 kHz und einer Codierungstiefe von 16 Bit. Die Aufzeichnung dauert 6 Minuten, ihre Ergebnisse werden in eine Datei geschrieben, es erfolgt keine Datenkomprimierung. Welche der folgenden Zahlen kommt der Größe der resultierenden Datei, ausgedrückt in Megabyte, am nächsten?
1) 11 2) 12 3) 13 4) 15
Möglichkeit 1
"Kodierung und Verarbeitung von Toninformationen"
Ziele:
lehrreich
lehrreich -
entwickeln -
Fortschritt:
Entscheiden
Dateinamen
f - Abtastrate
k - Schalltiefe
t-klingende Zeit
Dateityp
44,1 kHz
16-Bit
1 Minute
Stereo
1.wav
8kHz
8 Bit
1 Minute
Mono
2.wav
16kHz
16-Bit
1 Minute
Stereo
3.wav
24kHz
16-Bit
1 Minute
Mono
4.wav
32kHz
16-Bit
1 Minute
Stereo
für Aufgaben 7-9
5.wav
Zeigen Sie dem Lehrer die ausgefüllte Tabelle.
Laufen Sound-Editor Unverfrorenheit .
Trimmen das klingen der ihnen angebotenen datei bis zu 1 minute, nachdem sie die notwendige zeitdauer ausgewhlt haben, erfllen sie den befehl Bearbeiten - Trimmen an den rndern.
Konvertieren wav .
Im Soundeditor Unverfrorenheit Zum Beispiel
Vergleichen
Aushändigen dem Lehrer zur Überprüfung melden.
Möglichkeit 2
Labor arbeit
"Audiocodierung"
Ziele:
lehrreich- Gewährleistung der Bildung und Nutzung von Kenntnissen über die Kodierung von Toninformationen mit einem Computer sowie von Fähigkeiten zu ihrer Verarbeitung durch angewandte Anwendung durch die Studierenden Software;
lehrreich - Aufmerksamkeit, Genauigkeit, Unabhängigkeit zu kultivieren;
entwickeln - Fähigkeiten im Umgang mit Anwendungssoftware; Fähigkeit, Informationsprobleme zu lösen.
Hardware- und Softwareanforderungen: Kopfhörer, Sounddateien für Schüler, Audacity Sound Editor, OC Windows Sound Recorder.
Fortschritt:
Entscheiden Aufgaben aus der folgenden Tabelle.
Ermitteln Sie die Menge an Audioinformationen mit der Formel V = f *k *t , wobei
f - Abtastrate, k - Klangtiefe, t - Klangzeit
Stellen Sie die Lösung von Aufgaben in Form einer Tabelle dar.
In der Spalte „Geschätzte Lautstärke der Sounddatei“ notieren Sie selbst die Antworten der gelösten Aufgaben. Geben Sie Ihre Antwort in Megabyte an.
Dateinamen
f - Abtastrate
k - Schalltiefe
t-klingende Zeit
Dateityp
Geschätzte Audiodateigröße
Tatsächliche Lautstärke der Sounddatei
44,1 kHz
16-Bit
45 Sek
Stereo
1.wav
8kHz
8 Bit
45 Sek
Stereo
2.wav
1 1,025 kHz
16-Bit
45 Sek
Mono
3.wav
24kHz
Starten Sie den Sound-EditorUnverfrorenheit .
Trimmen das klingen der ihnen angebotenen datei bis zu 45 sekunden, die notwendige zeitspanne gewhlt, erfllen sie den befehl Bearbeiten - Trimmen an den rndern.
Konvertieren vorgeschlagene Datei in eine Datei mit der Erweiterung wav . Speichern Sie diese Datei unter demselben Namen.
Im Soundeditor Unverfrorenheit Erstellen Sie Effekte für die vorgeschlagene Sounddatei. Zum Beispiel, lassen Sie die letzten 10 Sekunden der Datei ausblenden
Teilen Sie eine Stereospur und löschen Sie dann eine der Spuren. Konvertieren angegebene Datei von Stereo auf Mono. Speichern Sie diese Datei unter einem neuen Namen und der Erweiterung wav.
Vergleichen Dateigrößen. Füllen Sie die Tabelle mit Daten.
Aushändigen dem Lehrer zur Überprüfung melden.
Grundlegendes Konzept
Die Abtastfrequenz (f) bestimmt die Anzahl der in 1 Sekunde gespeicherten Abtastungen;
1 Hz (ein Hertz) ist eine Zählung pro Sekunde,
und 8 kHz sind 8000 Samples pro Sekunde
Die Codierungstiefe (b) ist die Anzahl der Bits, die zum Codieren von 1 Lautstärkepegel erforderlich sind
Spielzeit (t)
Datenspeicherkapazität 1 Kanal (mono)
I=f b t
(zum Speichern von Informationen über einen Ton mit einer Dauer von t Sekunden, codiert mit einer Abtastrate von f Hz und einer Codierungstiefe von b Bits, ICH Speicherbit)Bei Zweikanalaufnahme (Stereo) die zum Speichern der Daten eines Kanals benötigte Speichermenge wird mit 2 multipliziert
I = f b t 2
Audiokodierung
Grundlegende theoretische Bestimmungen
Zeitabtastung des Tons. Damit ein Computer Audio verarbeiten kann, muss ein kontinuierliches Audiosignal unter Verwendung von Zeitabtastung in eine diskrete digitale Form umgewandelt werden. Eine kontinuierliche Schallwelle wird in separate kleine Zeitabschnitte unterteilt, für jeden dieser Abschnitte wird ein bestimmter Wert der Schallintensität eingestellt.
Somit wird die kontinuierliche Abhängigkeit der Schalllautstärke von der Zeit A(t) durch eine diskrete Folge von Lautstärkepegeln ersetzt. In der Grafik sieht dies so aus, als würde man eine glatte Kurve durch eine Folge von „Schritten“ ersetzen.
Abtastfrequenz. Ein an die Soundkarte angeschlossenes Mikrofon wird verwendet, um analoges Audio aufzunehmen und in digitale Form umzuwandeln. Die Qualität des empfangenen digitalen Tons hängt von der Anzahl der Messungen des Schallpegels pro Zeiteinheit ab, d. h. Beispielrate. Je mehr Messungen in 1 Sekunde durchgeführt werden (je höher die Abtastrate), desto genauer wiederholt die „Leiter“ des digitalen Audiosignals die Kurve des analogen Signals.
Audio-Samplingrate ist die Anzahl der Messungen der Lautstärke in einer Sekunde, gemessen in Hertz (Hz). Kennzeichnen Sie die Abtastfrequenz mit dem Buchstaben F.
Die Audioabtastrate kann von 8.000 bis 48.000 Schallpegelmessungen pro Sekunde reichen. Wählen Sie für die Codierung eine von drei Frequenzen: 44,1 kHz, 22,05 kHz, 11,025 kHz.
Tiefe der Audiocodierung. Jedem "Schritt" ist ein bestimmter Wert des Lautstärkepegels zugeordnet. Schalllautstärkepegel können als ein Satz möglicher Zustände N betrachtet werden, für deren Codierung eine bestimmte Informationsmenge benötigt wird B , die als Audiocodierungstiefe bezeichnet wird
Tiefe der Audiocodierung ist die Informationsmenge, die benötigt wird, um diskrete digitale Audio-Lautstärkepegel zu codieren.
Ist die Codierungstiefe bekannt, so lässt sich die Anzahl der digitalen Lautstärkepegel nach der Formel N = 2 b berechnen. Lassen Sie die Audiocodierungstiefe 16 Bit betragen, dann ist die Anzahl der Audiolautstärkepegel:
N=2 b = 216 = 65536.
Während des Codierungsprozesses wird jeder Lautstärke ein eigener 16-Bit-Binärcode zugewiesen, die niedrigste Lautstärke entspricht dem Code 000000000000000 und die höchste - 1111111111111111.
Die Qualität des digitalisierten Tons. Je höher die Frequenz und Sampling-Tiefe des Tons, desto besser ist die Qualität des digitalisierten Tons. Die niedrigste Qualität von digitalisiertem Audio, die der Qualität einer Telefonkommunikation entspricht, wird bei einer Abtastrate von 8000 Mal pro Sekunde, einer Abtasttiefe von 8 Bit und der Aufzeichnung einer Audiospur ("Mono"-Modus) erreicht. Die höchste Qualität des digitalisierten Tons, die der Qualität einer Audio-CD entspricht, wird mit einer Abtastrate von 48.000 Mal pro Sekunde, einer Abtasttiefe von 16 Bit und der Aufzeichnung von zwei Audiospuren (Stereomodus) erreicht.
Es muss beachtet werden, dass je höher die Qualität des digitalen Tons ist, desto größer ist das Informationsvolumen der Tondatei.
Aufgaben zum Selbststudium.
1. Berechnen Sie die Lautstärke einer 10 Sekunden langen Mono-Audiodatei mit 16-Bit-Kodierung und einer Abtastrate von 44,1 kHz. (861 KB)
2. Zweikanalton (Stereo) wird mit einer Abtastfrequenz von 48 kHz und einer Auflösung von 24 Bit aufgezeichnet. Die Aufzeichnung dauert 1 Minute, ihre Ergebnisse werden in eine Datei geschrieben, eine Datenkomprimierung wird nicht durchgeführt. Welche der folgenden Zahlen kommt der Größe der resultierenden Datei, ausgedrückt in Megabyte, am nächsten?
1)0,3 2) 4 3) 16 4) 132
3. Eine einkanalige (Mono-)Tonaufnahme erfolgt mit einer Abtastfrequenz von 11 kHz und einer Codierungstiefe von 24 Bit. Die Aufzeichnung dauert 7 Minuten, ihre Ergebnisse werden in eine Datei geschrieben, eine Datenkomprimierung wird nicht durchgeführt. Welche der folgenden Zahlen kommt der Größe der resultierenden Datei, ausgedrückt in Megabyte, am nächsten?
1) 11 2) 13 3) 15 4) 22
4. Die zweikanalige (Stereo-)Tonaufnahme erfolgt mit einer Abtastfrequenz von 11 kHz und einer Codierungstiefe von 16 Bit. Die Aufzeichnung dauert 6 Minuten, ihre Ergebnisse werden in eine Datei geschrieben, es erfolgt keine Datenkomprimierung. Welche der folgenden Zahlen kommt der Größe der resultierenden Datei, ausgedrückt in Megabyte, am nächsten?
1) 11 2) 12 3) 13 4) 15
1. Allgemeine Information
Komplexität: Basic.
Ungefähre Entscheidungszeit (für diejenigen, die Teil 2 machen werden): 2 Minuten
Thema: Erstellung und Bearbeitung von grafischen und multimedialen Informationen
Unterthema: Digitaler Ton
Was wird geprüft: Die Fähigkeit zu bewerten quantitative Merkmale Audioaufzeichnungsprozess.
Kurze theoretische Information: Weil das angegebenen Typ die Aufgabe ist neu im KIM USE, wir geben (bisher ohne Begründung, Begründung unten) mathematisches Modell Aufnahmeprozess:
N=k*F*L* T (1)
- N– Größe der Datei (in Bits), die die Tonaufnahme enthält;
- k- Anzahl der Aufnahmekanäle (z. B. 1 - Mono, 2 - Stereo, 4 - Quad usw.);
- F– Abtastfrequenz (in Hertz), d.h. die Anzahl der in einer Sekunde aufgezeichneten Schallamplitudenwerte;
- L– Erlaubnis, d.h. die Anzahl von Bits, die verwendet werden, um jeden gemessenen Wert zu speichern;
- T– Dauer des Tonfragments (in Sekunden).
Wie könnte eine Aufgabe aussehen? Zum Beispiel so: Die Werte aller erforderlichen Parameter des Tonaufzeichnungsprozesses werden bis auf einen eingestellt. Es ist erforderlich, den Wert des verbleibenden Parameters abzuschätzen, beispielsweise die Dateigröße oder die Dauer des Tonfragments.
Bedingungsbeispiel:
Antwortmöglichkeiten:
1) 0,2MB
2. Aufgabenbeispiel
2.1. Die Aufgabe.
Aufgabe 2012-A8-1.
Einkanal-Audio (Mono) wird mit einer Abtastfrequenz von 16 kHz und einer Auflösung von 24 Bit aufgezeichnet. Die Aufzeichnung dauert 1 Minute, ihre Ergebnisse werden in eine Datei geschrieben, eine Datenkomprimierung wird nicht durchgeführt. Welcher der folgenden Werte kommt der Größe der resultierenden Datei am nächsten?
1) 0,2 MB 2) 2 MB 3) 3 MB 4) 4 MB
2.2. Lösung.
Wir bringen die Ausgangsdaten in die Dimension Bits-Sekunden-Hertz und führen Berechnungen nach Formel (1) durch:
Gegeben:
k= 1, weil Einkanal-Tonaufzeichnung (Mono);
F= 16 kHz = 16.000 Hz;
T= 1 min = 60 s.
FindenN
Ersetzen Sie den Wert der bekannten Parameter in der Formel (1)
N=1*16000 *24*60 =(16 *1000) * (8*3) * (4*15)=
= 2 4 *(2 3 *125) *(2 3 *3)*) *(2 2 * 15) = 2 12 *5625 (bit)=
= 2 12 *5625 Bits = (2 12 *5625)/2 3 Bytes = 2 9 *5625 Bytes =
= (2 9 *5625)/ 2 20 MB = 5625/2 11 MB = 5625/2048 MB.
Nummer 5625/2048 liegt zwischen den Zahlen 2 und 3. Außerdem ist es näher an 3 als an 2, weil 3 * 2048 – 5625 < 1000; 5625 - 2 * 2048 > 1000.
Richtige Antwort: №3 (3 MB)
Kommentar. Eine weitere Lösungsidee findet sich in Abschnitt 3.3
3. Tipps für Lehrer und Schüler
3.1 Welche Kenntnisse/Fähigkeiten/Fähigkeiten benötigt der Schüler, um dieses Problem zu lösen?
1) Formel (1) sollte nicht „auswendig gelernt“ werden. Der Studierende, der die Essenz des digitalen Audioverfahrens repräsentiert, muss diese eigenständig formulieren können.
2) Es ist notwendig, die Werte der Parameter in der erforderlichen Dimension aufschreiben zu können, sowie elementare Rechenkenntnisse, inkl. mit Zweierpotenzen arbeiten.
A. Starke Schüler.
1. Höchstwahrscheinlich werden sie dieses Problem trotzdem lösen.
2. Sie können den Schülern die Aufgabe geben, die Formel (1) in der Praxis zu überprüfen, indem Sie den Ton vom Mikrofon in eine Datei aufnehmen. Es ist zu beachten, dass es nur gültig ist, wenn die aufgezeichneten Informationen nicht komprimiert sind (WAV-Format (PCM) ohne Komprimierung). Wenn Audioformate mit Komprimierung (WMA, MP3) verwendet werden, ist die Lautstärke der resultierenden Datei aus naheliegenden Gründen deutlich geringer als die berechnete. Um mit digitalem Audio zu experimentieren, können Sie den kostenlosen Audio-Editor Audacity (http://audacity.sourceforge.net/) verwenden.
3. Es ist ratsam, die konzeptionelle Gemeinsamkeit der Rasterdarstellung von Ton und Bild hervorzuheben, bei denen es sich um Varianten desselben Prozesses der ungefähren Darstellung eines kontinuierlichen Signals handelt - einer Folge kurzer diskreter Signale, d.h. Digitalisierung auf der Grundlage von Stichproben. Im Fall von Bitmap es erfolgt eine zweidimensionale Helligkeitsdiskretisierung im Raum, bei Schall eine eindimensionale Diskretisierung in der Zeit. In beiden Fällen führt eine Erhöhung der Abtastrate (Anzahl der Pixel oder Audio-Samples) und/oder Erhöhung der Anzahl der Bits zur Darstellung eines Samples (Farb- oder Audio-Bittiefe) zu einer Steigerung der Qualität der Digitalisierung, während die Datei größer wird Größe mit digitaler Darstellung. Daher die Notwendigkeit einer Datenkomprimierung.
4. Es ist wünschenswert zu erwähnen alternative Wege Klangdigitalisierung - Aufnahme von "Teilen" von Instrumenten im MIDI-Format. Hier bietet es sich an, eine Analogie zur Raster- und Vektordarstellung von Bildern zu ziehen.
B. nicht so starke Schüler.
1. Es ist notwendig, die Assimilation der Beziehung (1) sicherzustellen. Es wird empfohlen, Aufgaben zu stellen wie „Wie ändert sich die Dateigröße, wenn die Tonaufnahmezeit erhöht/verringert wird? P einmal? ",
„Wie oft können Sie die Dauer der Aufnahme erhöhen / verringern, wenn maximale Größe Datei vergrößern/verkleinern P einmal? “, „Wie ändert sich die Dateigröße, wenn die Anzahl der Bits zum Schreiben eines Werts erhöht / verringert wird P einmal?" usw.
2. Es ist darauf zu achten, dass die Schüler frei mit Dimensionen arbeiten, sie wissen, dass in MB 2 23 Bit sind usw.
3. Es ist darauf zu achten, dass die Schüler über ausreichende Rechenkenntnisse verfügen und fließend mündlich mit Zweierpotenzen rechnen können (Multiplikation, Division, Auswahl von Faktoren, die 2 n darstellen).
4. Überlegen Sie sich Ihre eigenen Ansätze und probieren Sie sie aus.
3.3. Hilfreicher Trick.
Bei solchen Problemen treten oft Zweierpotenzen auf. Das Multiplizieren und Dividieren von Potenzen ist einfacher als beliebige Zahlen: Das Multiplizieren und Dividieren von Potenzen wird auf das Addieren und Subtrahieren von Exponenten reduziert.
Beachten Sie, dass sich die Zahlen 1000 und 1024 um weniger als 3 % unterscheiden, die Zahlen 60 und 64 um weniger als 7 %. Daher können Sie dies tun. Führen Sie Berechnungen durch, indem Sie 1000 durch 1024 = 2 10 und 60 durch 64 = 2 6 ersetzen und dabei Potenzoperationen nutzen. Die Antwort, die der erhaltenen Zahl am nächsten kommt, ist die gewünschte. Sie können sich dann durch genaue Berechnungen selbst überprüfen. Es kann aber berücksichtigt werden, dass der Gesamtrechenfehler in unserer Näherung 10 % nicht überschreitet. 60*1000 = 60000; 64*1024=65536;
60000 > 0.9 * 65536 = 58982.4
Somit beträgt das korrekte Ergebnis von Multiplikationen gemäß Formel (1) etwas mehr als 90 % des erhaltenen Näherungsergebnisses. Wenn die Berücksichtigung des Fehlers das Ergebnis nicht ändert, besteht kein Zweifel an der Antwort.
Beispiel. (ege.yandex.ru, Möglichkeit 1).
Zweikanal-Audio (Stereo) wird mit einer Abtastfrequenz von 16 kHz und einer Auflösung von 32 Bit aufgezeichnet. Die Aufzeichnung dauert 12 Minuten, ihre Ergebnisse werden in eine Datei geschrieben, eine Datenkomprimierung findet nicht statt. Welcher der folgenden Werte kommt der Größe der resultierenden Datei am nächsten?
1) 30 MB 2) 60 MB 3) 75 MB 4) 90 MB
Lösung. Die Datensatzgröße in Bits beträgt
2*16*1000*32*12*60
Unter Berücksichtigung der Ersetzung von 1000 durch 1024=2 10 und 60 durch 64=2 6 erhalten wir:
2 1 *2 4 *2 10 *2 5 *3*2 2 *2 6 =3*2 28
Wie Sie wissen, ist 1 MB = 2 20 Bytes = 2 23 Bits. Also 3*2 28 Bit = 3*32 = 96 MB. Wenn wir diese Zahl um 10 % verringern, erhalten wir 86,4 MB. In beiden Fällen ist der nächste Wert 90 MB.
Korrekte Antwort: 4
1. Lesen Sie den Zustand des Problems. Drücken Sie die unbekannten Parameter durch die bekannten aus. Besondere Aufmerksamkeit achten Sie auf die Dimension der bekannten Parameter. Es sollte - Bits-Sekunden-Hertz sein (denken Sie daran, dass 1 Hz = s -1). Bringen Sie ggf. die Werte der Parameter auf das gewünschte Maß, so wie es bei physikalischen Aufgaben gemacht wird.
2. Führen Sie Berechnungen durch und versuchen Sie, Zweierpotenzen auszuwählen.
3. Bitte beachten Sie, dass in der Bedingung die am besten geeignete Antwort ausgewählt werden muss, daher ist keine hohe Genauigkeit der Berechnungen auf Dezimalstellen erforderlich. Sobald klar war, welche der Antwortmöglichkeiten dem errechneten Wert am nächsten kommt, sollten die Berechnungen gestoppt werden. Ist die Diskrepanz bei allen Antwortmöglichkeiten sehr groß (um ein Vielfaches oder um eine Größenordnung), müssen die Berechnungen nochmals überprüft werden.
4. Aufgaben zur selbstständigen Lösung
4.1. Klone der Aufgabe 2012-A8-1.
Nachfolgend finden Sie vier weitere Optionen für die Aufgabe 2012-A8-1.
A) Einkanalton (Mono) wird mit einer Abtastfrequenz von 32 kHz und einer Auflösung von 24 Bit aufgenommen. Die Aufzeichnung dauert 15 Sekunden, ihre Ergebnisse werden in eine Datei geschrieben, es erfolgt keine Datenkomprimierung. Welcher der folgenden Werte kommt der Größe der resultierenden Datei am nächsten?
B) Zweikanalton (Stereo) wird mit einer Abtastfrequenz von 32 kHz und einer Auflösung von 24 Bit aufgenommen. Die Aufzeichnung dauert 30 Sekunden, ihre Ergebnisse werden in eine Datei geschrieben, es erfolgt keine Datenkomprimierung. Welcher der folgenden Werte kommt der Größe der resultierenden Datei am nächsten?
1) 1,5 MB 2) 3 MB 3) 6 MB 4) 12 MB
C) Einkanal-Audio (Mono) wird mit einer Abtastfrequenz von 16 kHz und einer Auflösung von 32 Bit aufgezeichnet. Die Aufzeichnung dauert 2 Minuten, ihre Ergebnisse werden in eine Datei geschrieben, eine Datenkomprimierung wird nicht durchgeführt. Welcher der folgenden Werte kommt der Größe der resultierenden Datei am nächsten?
D) Einkanalton (Mono) wird mit einer Abtastfrequenz von 16 kHz und einer Auflösung von 32 Bit aufgenommen. Die Aufzeichnung dauert 4 Minuten, ihre Ergebnisse werden in eine Datei geschrieben, es erfolgt keine Datenkomprimierung. Welcher der folgenden Werte kommt der Größe der resultierenden Datei am nächsten?
1) 2 MB 2) 4 MB 3) 8 MB 4) 16 MB
Richtige Antworten:
A:1; B:3; UM 3; D:4.
4.2. Problem 2012-A8-2 (umgekehrt zum vorherigen).
A) Einkanal-Audio (Mono) wird mit einer Abtastfrequenz von 16 kHz und einer Auflösung von 24 Bit aufgezeichnet. Die Ergebnisse werden in eine Datei geschrieben, deren Größe 8 MB nicht überschreiten darf, eine Datenkomprimierung wird nicht durchgeführt. Welcher der folgenden Werte kommt der maximal möglichen Länge eines aufgenommenen Audioclips am nächsten?
B) Zweikanalton (Stereo) wird mit einer Abtastfrequenz von 16 kHz und einer Auflösung von 24 Bit aufgenommen. Die Ergebnisse werden in eine Datei geschrieben, deren Größe 8 MB nicht überschreiten darf, eine Datenkomprimierung wird nicht durchgeführt. Welcher der folgenden Werte kommt der maximal möglichen Länge eines aufgenommenen Audioclips am nächsten?
1) 1 Minute 2) 30 Sekunden 3) 3 Minuten 4) 90 Sekunden
C) Einkanalton (Mono) wird mit einer Abtastfrequenz von 48 kHz und einer Auflösung von 8 Bit aufgenommen. Die Ergebnisse werden in eine Datei geschrieben, deren Größe 2,5 MB nicht überschreiten darf, eine Datenkomprimierung wird nicht durchgeführt. Welcher der folgenden Werte kommt der maximal möglichen Länge eines aufgenommenen Audioclips am nächsten?
1) 1 Minute 2) 30 Sekunden 3) 3 Minuten 4) 90 Sekunden
D) Einkanalton (Mono) wird mit einer Abtastfrequenz von 48 kHz und einer Auflösung von 16 Bit aufgenommen. Die Ergebnisse werden in eine Datei geschrieben, deren Größe 5 MB nicht überschreiten darf, eine Datenkomprimierung wird nicht durchgeführt. Welcher der folgenden Werte kommt der maximal möglichen Länge eines aufgenommenen Audioclips am nächsten?
1) 1 Minute 2) 30 Sekunden 3) 3 Minuten 4) 90 Sekunden
Richtige Antworten:
A:3; B: 4; IN 1; G:1 .
5.Zusatz. Einige Informationen zur digitalen Audioaufnahme.
Die Schallausbreitung in Luft kann man sich als Ausbreitung von Druckschwankungen vorstellen. Das Mikrofon wandelt Druckschwankungen in elektrische Stromschwankungen um. Dies ist ein analoges Dauersignal. Soundkarte bietet Sampling Eingangssignal aus dem Mikrofon. Dies geschieht wie folgt - ein kontinuierliches Signal wird durch eine Folge von mit einer bestimmten Genauigkeit gemessenen Werten ersetzt.
Analoges Signaldiagramm:
Diskrete Darstellung desselben Signals (41 Messwerte):
Diskrete Darstellung desselben Signals (161 Messwerte, mehr Hochfrequenz Diskretisierung):
Es ist ersichtlich, dass je höher die Abtastfrequenz ist, desto höher ist die Qualität des angenäherten (diskreten) Signals. Zusätzlich zur Abtastrate wird die Qualität des digitalisierten Signals durch die Anzahl der Bits beeinflusst, die zur Aufzeichnung jedes Signalwerts zugewiesen werden. Je mehr Bits jedem Wert zugeordnet sind, desto genauer kann das Signal digitalisiert werden.
Ein Beispiel für eine 2-Bit-Darstellung desselben Signals (zwei Bits können nur 4 mögliche Signalpegel aufzählen):
Jetzt können Sie die Abhängigkeit für die Dateigröße mit digitalisiertem Ton ausschreiben
file_size = (number_of_values_captured_per_1_second)*
*(number_of_binary_digits_to_record_single_value)*
*(number_of_record_seconds).
Berücksichtigt man die Möglichkeit der gleichzeitigen Tonaufnahme von mehreren Mikrofonen (Stereo-, Quad-Aufnahme etc.), was zur Erhöhung des Realismus bei der Wiedergabe erfolgt, erhalten wir Formel (1).
Beim Abspielen von Audio werden digitale Werte in analoge Werte umgewandelt. Die auf die Lautsprecher übertragenen elektrischen Schwingungen werden von diesen wieder in Luftdruckschwankungen umgewandelt.
Wissen besteht aus Kleinen
Körnchen täglicher Erfahrung.
DI. Pisarev
Ziele:
Anwendung des theoretischen Wissens in der Praxis.
Lernziele:
Vermittlung des Prinzips der Binärcodierung bei der Digitalisierung von Ton;
Führen Sie das Konzept des zeitlichen Abtastens von Ton ein;
Stellen Sie die Beziehung zwischen der Qualität der Audiocodierung, der Codierungstiefe und der Abtastrate her;
Lehren, wie man den Informationsumfang einer Audiodatei bewertet;
Nehmen Sie Audio mit einem Computer auf, speichern Sie es als Audiodatei im WAV-Format und spielen Sie es ab.
Während des Unterrichts:
I. Organisatorischer Moment
1. Musik erklingt
2. Worte des Lehrers:
Das Thema unserer Lektion ist "Binäre Codierung von Audioinformationen". Heute machen wir uns mit dem Konzept des zeitlichen Sound-Samplings vertraut, stellen experimentell die Beziehung zwischen Sound-Encoding-Qualität, Encoding-Tiefe und Sampling-Rate her, lernen, wie man die Lautstärke von Audiodateien abschätzt, Sound mit einem Computer aufnimmt, in Soundfiles speichert WAV-Format und abspielen.
II. Aktualisierung des Wissens der Schüler.
Fragen: (Antworten in Formular Nr. 1 schreiben)
1. Arten der Existenz von Informationen auflisten? (numerisch, Text, Grafik, Ton).
2. Was Stichwort Kann ich das Video abgleichen? (Kodierungsinformationen).
3. Was wird als Klangtiefe bezeichnet? (Audiotiefe oder Codierungstiefe – die Anzahl der Informationsbits pro Audiocodierung).
4. Welche Lautstärken kann ein Ton haben? (Ton kann unterschiedliche Lautstärken haben.
6. Wie lautet die Formel zur Berechnung der Größe einer digitalen Mono-Audiodatei?
(A=D*T*I).
D - Abtastfrequenz;
T ist die Zeit des Ertönens oder der Tonaufnahme;
I ist die Bittiefe des Registers.
7. Wie lautet die Formel zur Berechnung der Größe einer digitalen Stereo-Audiodatei?
A=2*D*T*I
III. Probleme lösen. Aufgabe Nr. 1 (Semakin. Nr. 88 S. 157, Problembuch Nr. 1). Formular Nummer 1.
Geben Sie die Speicherkapazität zum Speichern einer digitalen Audiodatei mit einer zweiminütigen Wiedergabezeit bei einer Abtastrate von 44,1 kHz und einer 16-Bit-Erweiterung an.
IV. Neues Material lernen.
Seit Anfang der 90er persönliche Computer bekam die Gelegenheit, damit zu arbeiten solide Informationen. Jeder Computer, der über eine Soundkarte, ein Mikrofon und Lautsprecher verfügt, kann Toninformationen aufzeichnen, speichern und wiedergeben.
Mit Hilfe spezieller Software-Tools(Tonaufnahme-Editoren) eröffnet eine Vielzahl von Möglichkeiten zum Erstellen, Bearbeiten und Anhören von Tondateien. Spracherkennungsprogramme werden erstellt und dadurch wird es möglich, einen Computer per Sprache zu steuern.
Aus dem Physikkurs wissen Sie, dass Schall eine mechanische Welle mit sich ständig ändernder Amplitude und Frequenz ist (Abb. 1). Je höher die Amplitude, desto lauter der Ton, je niedriger die Frequenz, desto tiefer der Ton. Ein Computer ist ein digitales Gerät, daher muss ein kontinuierliches Tonsignal in eine Folge elektrischer Impulse (Nullen und Einsen) umgewandelt werden. Dazu wird die Ebene, auf der die Schallwelle grafisch dargestellt wird, in horizontale und unterteilt Vertikale Linien(Abb. 2 und Abb. 3). Die horizontalen Linien sind die Lautstärkepegel und die vertikalen Linien die Anzahl der Messungen in 1 Sekunde (eine Messung pro Sekunde entspricht einem Hertz) oder die Abtastfrequenz (Hz). Mit dieser Methode können Sie eine kontinuierliche Abhängigkeit durch eine diskrete Folge von Lautstärkepegeln ersetzen, denen jeweils ein Wert im Binärcode zugeordnet ist (Abb. 4).
Die Anzahl der Lautstärkepegel hängt von der Tiefe des Klangs ab - der Anzahl der Bytes, die zum Codieren eines Pegels verwendet werden. Typisch 8 kHz und Quantisierungslevel (Code 8 Bit lang). 
Abb.1 Abb.2
Abb. 3 Abb.4
, wobei N die Anzahl der Lautstärkepegel und I die Klangtiefe (Bits) ist
Beispiel: Formular Nr. 3
Lösung:
1) Codierung mit einer Frequenz von 5 Hz - das bedeutet, dass die Tonhöhe in 1 Sekunde gemessen wird. 4-Bit-Tiefe - bedeutet, dass 16 Lautstärkepegel verwendet werden.
Wir werden die Tonhöhenwerte auf die nächste niedrigere Stufe „runden“. (Kodierungsergebnis: 1000 1000 1001 O11O 0111)
2) Um das Informationsvolumen des codierten Tons (A) zu berechnen, wird eine einfache Formel verwendet: A = D * i * T, wobei: D - Abtastfrequenz (Hz); i - Klangtiefe (Bit); T - Sondierungszeit (Sek.).
Wir erhalten: A = 5 Hz * 4 Bit * 1 Sekunde = 20 Bit.
V. Pädagogisch selbstständige Arbeit. Formular Nr. 5
VI. Forschungsauftrag. Formular Nr. 6
Gruppen #1-5. Stellen Sie einen Zusammenhang zwischen der Qualität der binären Toncodierung und dem Informationsumfang einer Audiodatei für Toninformationen verschiedener Inhalte her (monologe Sprache, dialogische Sprache, Gedicht, Lied); das Verhältnis zwischen dem Informationsumfang der Datei und dem Aufnahmemodus (Mono, Stereo).
Forschungsfortschritt:
1) Formular Nr. 2 ausfüllen.
2) Notieren Sie die Ergebnisse in einer Tabelle, die Sie während des Experiments erhalten haben.
3) Machen Sie eine Schlussfolgerung.
VII. Fassen Sie die Arbeit in Gruppen zusammen
VIII. Miniprojekt Musikalische und klangliche Möglichkeiten.
Bezeichnungen: Programm: „Ein Weihnachtsbaum wurde im Wald geboren“
SCRN 7
ZEILE(20,0)-(300,180),2,BF
FÜR I=1 BIS 2000
X=280*RND+20 Y=180*RND
C=16*RND
PSET(X,Y),C
NÄCHSTER ICH
SCHLAFEN 1
ZEILE (150,140)-(170,160),6,BF
PSET(110,140)
ZEILE-(210,140), 10
ZEILE-(160,110),10
ZEILE-(110,140),10
FARBE(160,120), 10,10
LOKALISIEREN 24.10
DRUCK "Ein Weihnachtsbaum wurde im Wald geboren"
PLAY "ms+80 02 18 caajafcc"
PSET (120,110)
ZEILE-(200,110),10
ZEILE-(160,85),10
ZEILE-(120,110),10
FARBE(160.90),10.10
LOKALISIEREN 24.10
DRUCK "Sie wuchs im Wald auf",
SPIELE "caab->dc4"
PSET (130,85)
ZEILE-(190,85),10
ZEILE-(160,65),10
ZEILE-(130,85), 10
FARBE(160.70),10.10
LOKALISIEREN 24.10
AUFDRUCK "SLIM IM WINTER UND SOMMER"
PLAY "c PSET (140.65)
ZEILE-(180,65), 10
ZEILE -(160,50), 10
LINIE - FARBE (160.60), 10.10
LOKALISIEREN 24.10
DRUCK "GRÜN WAR"
SPIELE "caajofu"
SCHLAFEN
STOPPEN
IX Zusammenfassung der Lektion
1). Kontrolle des Assimilationsgrades von Programmmaterial
1. Bei einer Abtastrate von 8 kHz entspricht die Qualität des abgetasteten Audiosignals:
- a) die Klangqualität einer Audio-CD;
B) Sendequalität;
c) durchschnittliche Qualität.
- ein Doktor;
b) WAV;
c) BMP.
- A) von Abtastfrequenz und Codierungstiefe;
b) von der Farbtiefe und Auflösung des Monitors;
c) aus dem internationalen Kodierungsstandard.
- a) 4 mal;
b) die Volumina sind gleich;
c) 2 mal.
3). Das Wort des Lehrers.
Natürlich ist die Beurteilung der Klangqualität weitgehend subjektiv und hängt von unserer Wahrnehmung ab. Ein Computer codiert wie ein Mensch Toninformationen zur Speicherung und anschließenden Wiedergabe. Überlegen Sie, was ist der Unterschied zwischen den Toninformationen, die im Speicher eines PCs und im Gedächtnis einer Person gespeichert sind? (Antwort: Beim Menschen ist der Prozess der Klangcodierung eng mit Emotionen verbunden).
Der Computer speichert also den Ton und die Person die Musik!!! Musik ist die einzige Sprache, in der die Seele zur Seele spricht (Berthold Averbach). Sie kann sich in den Himmel erheben, die Sinne erwecken, den Geist binden und Angst einflößen. Musik ist für jeden Menschen anders. Welche Emotionen oder Assoziationen weckt die „Mondscheinsonate“ in Ihnen? ... Der warme Blick eines liebenden Menschen, die sanfte Berührung einer Mutterhand, und nun könnten diese bezaubernden Klänge Sie auch an eine Informatikstunde erinnern . All dies, sehen Sie, ist für digitalen Binärcode unzugänglich.
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