Στόχος.Για να κατανοήσετε τη διαδικασία μετατροπής ηχητικών πληροφοριών, να κατανοήσετε τις έννοιες που είναι απαραίτητες για τον υπολογισμό της έντασης των πληροφοριών ήχου. Μάθετε να επιλύετε προβλήματα σχετικά με το θέμα.

Στόχος είναι το κίνητρο.Προετοιμασία για την εξέταση.

Πλάνο μαθήματος

1. Δείτε μια παρουσίαση για ένα θέμα με σχόλια δασκάλου.Παράρτημα 1

Υλικό παρουσίασης: Κωδικοποίηση ηχητικές πληροφορίες.

Από τις αρχές της δεκαετίας του '90 προσωπικούς υπολογιστέςείχε την ευκαιρία να εργαστεί με υγιείς πληροφορίες. Κάθε υπολογιστής που διαθέτει κάρτα ήχου, μικρόφωνο και ηχεία μπορεί να καταγράφει, να αποθηκεύει και να αναπαράγει πληροφορίες ήχου.

Η διαδικασία μετατροπής ηχητικών κυμάτων σε δυαδικό κώδικα στη μνήμη του υπολογιστή:

Η διαδικασία αναπαραγωγής πληροφοριών ήχου που είναι αποθηκευμένες στη μνήμη του υπολογιστή:

Ήχοςείναι ένα ηχητικό κύμα με συνεχώς μεταβαλλόμενο πλάτος και συχνότητα. Όσο μεγαλύτερο είναι το πλάτος, όσο πιο δυνατό είναι για ένα άτομο, τόσο μεγαλύτερη είναι η συχνότητα του σήματος, τόσο υψηλότερος είναι ο τόνος. Το λογισμικό υπολογιστή επιτρέπει επί του παρόντος ένα συνεχές ηχητικό σήμα να μετατραπεί σε μια ακολουθία ηλεκτρικών παλμών που μπορεί να αναπαρασταθεί σε δυαδική μορφή. Στη διαδικασία κωδικοποίησης ενός συνεχούς ηχητικού σήματος, είναι χρονική διακριτοποίηση . Ένα συνεχές ηχητικό κύμα χωρίζεται σε ξεχωριστά μικρά χρονικά τμήματα και για κάθε τέτοιο τμήμα ορίζεται μια συγκεκριμένη τιμή πλάτους.

Έτσι, η συνεχής εξάρτηση του πλάτους του σήματος από το χρόνο Στο)αντικαθίσταται από μια διακριτή ακολουθία επιπέδων όγκου. Στο γράφημα, αυτό μοιάζει με την αντικατάσταση μιας ομαλής καμπύλης με μια ακολουθία "βημάτων". Σε κάθε "βήμα" εκχωρείται μια τιμή για το επίπεδο έντασης του ήχου, τον κωδικό του (1, 2, 3 κ.λπ.

Περαιτέρω). Τα επίπεδα έντασης ήχου μπορούν να θεωρηθούν ως ένα σύνολο πιθανών καταστάσεων, αντίστοιχα, όσο περισσότερα επίπεδα έντασης κατανέμονται στη διαδικασία κωδικοποίησης, τόσο περισσότερες πληροφορίες θα μεταφέρονται από την τιμή κάθε επιπέδου και τόσο καλύτερος θα είναι ο ήχος.

Προσαρμογέας ήχου (κάρτα ήχου) - μια ειδική συσκευή συνδεδεμένη σε υπολογιστή, σχεδιασμένη να μετατρέπει ηλεκτρικούς κραδασμούς ηχητική συχνότητασε έναν αριθμητικό δυαδικό κώδικα όταν εισάγεται ήχος και για την αντίστροφη μετατροπή (από αριθμητικό κωδικό σε ηλεκτρικές δονήσεις) κατά την αναπαραγωγή ήχου.

Κατά τη διαδικασία εγγραφής ήχου, ο προσαρμογέας ήχου μετρά το πλάτος του ηλεκτρικού ρεύματος με μια ορισμένη περίοδο και εισάγει τον δυαδικό κωδικό της λαμβανόμενης τιμής στον καταχωρητή. Στη συνέχεια, ο λαμβανόμενος κωδικός από το μητρώο ξαναγράφεται στη μνήμη RAM του υπολογιστή. Η ποιότητα του ήχου του υπολογιστή καθορίζεται από τα χαρακτηριστικά του προσαρμογέα ήχου:

• Ρυθμός δειγματοληψίας
• Βάθος bit (βάθος ήχου).

Ρυθμός δειγματοληψίας χρόνου

Αυτός είναι ο αριθμός των διαστάσεων σήμα εισόδουσε 1 δευτερόλεπτο. Η συχνότητα μετριέται σε Hertz (Hz). Μία μέτρηση ανά δευτερόλεπτο αντιστοιχεί σε συχνότητα 1 Hz. 1000 μετρήσεις σε 1 δευτερόλεπτο - 1 kilohertz (kHz). Τυπικοί ρυθμοί δειγματοληψίας προσαρμογέων ήχου:

11 kHz, 22 kHz, 44,1 kHz, κ.λπ.

Το βάθος bit του καταχωρητή (βάθος ήχου) είναι ο αριθμός των bit στον καταχωρητή του προσαρμογέα ήχου, ο οποίος ορίζει τον αριθμό των πιθανών επιπέδων ήχου.

Το βάθος bit καθορίζει την ακρίβεια της μέτρησης του σήματος εισόδου. Όσο μεγαλύτερο είναι το βάθος bit, τόσο μικρότερο είναι το σφάλμα κάθε μεμονωμένης μετατροπής του μεγέθους του ηλεκτρικού σήματος σε αριθμό και αντίστροφα. Εάν το βάθος bit είναι 8 (16), τότε κατά τη μέτρηση του σήματος εισόδου, μπορούν να ληφθούν διαφορετικές τιμές 2 8 = 256 (2 16 = 65536). Προφανώς, ένας προσαρμογέας ήχου 16 bit κωδικοποιεί και αναπαράγει τον ήχο με μεγαλύτερη ακρίβεια από έναν προσαρμογέα 8 bit. Οι σύγχρονες κάρτες ήχου παρέχουν βάθος κωδικοποίησης ήχου 16-bit. Ο αριθμός των διαφορετικών επιπέδων σήματος (καταστάσεις για μια δεδομένη κωδικοποίηση) μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας τον τύπο:

N = 2 I = 2 16 = 65536, όπου I είναι το βάθος του ήχου.

Έτσι, οι σύγχρονες κάρτες ήχου μπορούν να κωδικοποιήσουν 65536 επίπεδα σήματος. Κάθε τιμή του πλάτους ηχητικό σήμαεκχωρήθηκε ένας κωδικός 16-bit. Με τη δυαδική κωδικοποίηση ενός συνεχούς ηχητικού σήματος, αντικαθίσταται από μια ακολουθία διακριτών επιπέδων σήματος. Η ποιότητα κωδικοποίησης εξαρτάται από τον αριθμό των μετρήσεων της στάθμης του σήματος ανά μονάδα χρόνου, δηλ. ρυθμός δειγματοληψίας.Όσο περισσότερες μετρήσεις γίνονται σε 1 δευτερόλεπτο (όσο υψηλότερος είναι ο ρυθμός δειγματοληψίας, τόσο πιο ακριβής είναι η διαδικασία δυαδικής κωδικοποίησης.

Αρχείο ήχου -ένα αρχείο που αποθηκεύει πληροφορίες ήχου σε δυαδική αριθμητική μορφή.

2. Επαναλαμβάνουμε τις μονάδες μέτρησης της πληροφορίας

1 byte = 8 bit

1 KB = 2 10 byte = 1024 byte

1 MB = 2 10 KB = 1024 KB

1 GB = 2 10 MB = 1024 MB

1 TB = 2 10 GB = 1024 GB

1 PB = 2 10 TB = 1024 TB

3. Εμπεδώστε τη μελετημένη ύλη με την προβολή της παρουσίασης, σχολικού βιβλίου

4. Επίλυση προβλημάτων

Εκμάθηση που δείχνει τη λύση στην παρουσίαση.

Εργασία 1.Προσδιορίστε την ένταση πληροφοριών ενός στερεοφωνικού αρχείου ήχου με διάρκεια ήχου 1 δευτερόλεπτο σε υψηλή ποιότητα ήχου (16 bit, 48 kHz).

Εργασία (από μόνος σας).Εκμάθηση που δείχνει τη λύση στην παρουσίαση.
Προσδιορίστε τον όγκο πληροφοριών ενός ψηφιακού αρχείου ήχου με διάρκεια 10 δευτερολέπτων με ρυθμό δειγματοληψίας 22,05 kHz και ανάλυση 8 bit.

5. Στερέωση. Λύστε προβλήματα στο σπίτι, μόνοι σας στο επόμενο μάθημα

Προσδιορίστε την ποσότητα χώρου αποθήκευσης για ένα ψηφιακό αρχείο ήχου που έχει χρόνο αναπαραγωγής δύο λεπτών με ρυθμό δειγματοληψίας 44,1 kHz και ανάλυση 16 bit.

Ο χρήστης έχει μνήμη 2,6 MB. Πρέπει να εγγράψετε ένα ψηφιακό αρχείο ήχου διάρκειας 1 λεπτού. Ποιος πρέπει να είναι ο ρυθμός δειγματοληψίας και το βάθος bit;

Η ποσότητα της ελεύθερης μνήμης στο δίσκο είναι 5,25 MB, το βάθος bit της κάρτας ήχου είναι 16. Ποια είναι η διάρκεια του ήχου ενός ψηφιακού αρχείου ήχου που έχει εγγραφεί με συχνότητα δειγματοληψίας 22,05 kHz;

Ένα λεπτό εγγραφής ενός ψηφιακού αρχείου ήχου καταλαμβάνει 1,3 MB στο δίσκο, το βάθος bit της κάρτας ήχου είναι 8. Με ποιο ρυθμό δειγματοληψίας εγγράφηκε ο ήχος;

Πόσος χώρος αποθήκευσης απαιτείται για την αποθήκευση ενός ψηφιακού αρχείου ήχου υψηλής ποιότητας με χρόνο αναπαραγωγής 3 λεπτών;

Το ψηφιακό αρχείο ήχου περιέχει μια εγγραφή ήχου χαμηλής ποιότητας (ο ήχος είναι σκοτεινός και σβησμένος). Ποια είναι η διάρκεια του ήχου ενός αρχείου αν η ένταση του είναι 650 KB;

Δύο λεπτά ψηφιακής εγγραφής ήχου καταλαμβάνουν 5,05 MB χώρου στο δίσκο. Συχνότητα δειγματοληψίας - 22 050 Hz. Ποιο είναι το bit του προσαρμογέα ήχου;

Ενταση ΗΧΟΥ ελεύθερη μνήμησε δίσκο - 0,1 GB, βάθος bit κάρτας ήχου - 16. Ποια είναι η διάρκεια του ήχου ενός ψηφιακού αρχείου ήχου που έχει εγγραφεί με ρυθμό δειγματοληψίας 44 100 Hz;

Απαντήσεις

Νο. 92. 124,8 δευτερόλεπτα.

Νο. 93. 22,05 kHz.

№ 94. Υψηλή ποιότηταΟ ήχος επιτυγχάνεται με ρυθμό δειγματοληψίας 44,1 kHz και βάθος bit προσαρμογέα ήχου 16. Το απαιτούμενο μέγεθος μνήμης είναι 15,1 MB.

Νο. 95. Για έναν ζοφερό και πνιχτό ήχο, παρακάτω παραμέτρους: ρυθμός δειγματοληψίας - 11 kHz, βάθος bit προσαρμογέα ήχου - 8. Η διάρκεια ήχου είναι 60,5 s.

Νο. 96. 16 bit.

Νο. 97. 20,3 λεπτά.

Βιβλιογραφία

1. Διδακτικό βιβλίο: Πληροφορική, πρακτικό τετράδιο εργασιών, τόμος 1, επιμέλεια I.G.Semakin, Ε.Κ. Χένερ)

2. Φεστιβάλ παιδαγωγικών ιδεών «Ανοιχτό Μάθημα» Ήχος. Δυαδική κωδικοποίηση ηχητικών πληροφοριών. Supryagina Elena Aleksandrovna, καθηγήτρια πληροφορικής.

3. Ν. Ουγκρίνοβιτς. Πληροφορική και τεχνολογίες πληροφοριών. 10-11 τάξεις. Μόσχα. Διωνυμικός. Εργαστήριο Γνώσης 2003.

1. Ποια συσκευή υπολογιστή μοντελοποιεί την ανθρώπινη σκέψη;
-ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΤΗΣ

2. Οι ενέργειες σχετικά με τις αρχικές πληροφορίες (γεγονότα) σύμφωνα με ορισμένους κανόνες είναι
-επεξεργασία δεδομένων

3. Επιλέξτε έναν κανόνα από τα προτεινόμενα μηνύματα
- κατά τον πολλαπλασιασμό απλών κλασμάτων πολλαπλασιάζονται οι αριθμητές και οι παρονομαστές τους

4. Για ποιον είναι πιο πιθανό το ακόλουθο μήνυμα να είναι ενημερωτικό: "Ένα πρόγραμμα είναι ένας αλγόριθμος γραμμένος σε γλώσσα προγραμματισμού";
- αρχάριος προγραμματιστής

5.Πού είναι αποθηκευμένο το εκτελέσιμο αρχείο αυτή τη στιγμήτο πρόγραμμα και τα δεδομένα που επεξεργάζεται;
-σε RAM

6. Ποια συσκευή υπολογιστή εκτελεί τη διαδικασία δειγματοληψίας ήχου;
-κάρτα ήχου

7. Καθορίζεται η κατατοπιστικότητα ενός μηνύματος που λαμβάνεται από ένα άτομο
- νέα γνώση και κατανόηση

8.Αντί για ελλείψεις, εισαγάγετε τις κατάλληλες έννοιες: "Ο κατάλογος περιέχει πληροφορίες για ... αποθηκευμένες στο ..."
Α) αρχεία, εξωτερική μνήμη

9. Καθορίστε τις εντολές, μετά την εκτέλεση των οποίων το επιλεγμένο τμήμα μεταβαίνει στο πρόχειρο
Β) κόψτε και αντιγράψτε

10.Ποιες από τις παρακάτω ενέργειες σχετίζονται με τη μορφοποίηση κειμένου;
-Ρύθμιση λειτουργίας ευθυγράμμισης

11.Εφαρμοσμένο λογισμικόπεριλαμβάνει:
Β) επεξεργαστές κειμένου

12. Το λειτουργικό σύστημα είναι
- ένα σύνολο προγραμμάτων που οργανώνουν τη διαχείριση του υπολογιστή και την αλληλεπίδρασή του με τον χρήστη

13. Προτεινόμενες εντολές
5 Κάντε τη μονάδα δίσκου σε ρεύμα.
2Δημιουργία καταλόγου TOWN
3Δημιουργία καταλόγου STREET
1Δημιουργήστε αρχείο Home.txt
4 Εισαγάγετε τον κατάλογο που δημιουργήθηκε
Τακτοποιήστε τις αριθμημένες εντολές έτσι ώστε να ληφθεί ένας αλγόριθμος που δημιουργεί ένα αρχείο με το πλήρες όνομα A:\TOWN\STREET\Home.txt σε μια άδεια δισκέτα
Β) 5,2,3,1

14. Χρειάζονται 84000 bit για την αποθήκευση κειμένου. Πόσες σελίδες θα πάρει αυτό το κείμενο εάν η σελίδα περιέχει 30 γραμμές των 70 χαρακτήρων ανά γραμμή; Για την κωδικοποίηση του κειμένου, χρησιμοποιείται ένας πίνακας κωδικοποίησης που αποτελείται από 256 χαρακτήρες.
84000/(log(256)/log(2))/30/70 = 5

15. Το βιβλίο αποτελείται από 64 σελίδες. Κάθε σελίδα έχει 256 χαρακτήρες. Πόσες πληροφορίες περιέχονται στο βιβλίο αν το αλφάβητο είναι 32 χαρακτήρες;
Α) 81920 byte Β) 40 KB Γ) 10 KB Δ) 16 KB Ε) 64 KB
64*256*(log(32)/log(2)) /8/1024 = 10

16. Πόσους χαρακτήρες περιέχει ένα μήνυμα γραμμένο με το αλφάβητο των 16 χαρακτήρων αν ο όγκος του ήταν 1/16 του Megabyte;
(1/16)*1024*1024*8/(log(16)/log(2)) = 131072

17. Πόση μνήμη χρειάζεται γραφική εικόνα, εάν το μέγεθός του είναι 40x60 και χρησιμοποιείται ένας δυαδικός κώδικας 32 bit για την κωδικοποίηση του χρώματος ενός pixel.
Α) 2400 byte Β) 2100 byte Γ) 960 byte Δ) 9600 byte Ε) 12000 byte
40*60*32/8 = 9600

18. Το κείμενο καταλαμβάνει 0,25 KB μνήμης. Πόσους χαρακτήρες περιέχει αυτό το κείμενο εάν χρησιμοποιείται πίνακας κωδικοποίησης 256 χαρακτήρων;
0,25*1024*8/(log(256)/log(2)) = 256

19. Πόσα bit πληροφοριών περιέχονται σε ένα τέταρτο του μηνύματος Kilobyte;
1/4*1024*8 = 2048

Αρχές ψηφιοποίησης ήχου

ψηφιακός ήχοςείναι ένα αναλογικό ηχητικό σήμα που αντιπροσωπεύεται από διακριτές αριθμητικές τιμές του πλάτους του.

Ψηφιοποίηση ήχου- τεχνολογία διαιρεμένου χρονικού βήματος και επακόλουθη καταγραφή των λαμβανόμενων τιμών σε αριθμητική μορφή.
Ένα άλλο όνομα για την ψηφιοποίηση ήχου είναι μετατροπή αναλογικού σε ψηφιακόήχος.

Η ψηφιοποίηση ήχου περιλαμβάνει δύο διαδικασίες:

• η διαδικασία δειγματοληψίας (δειγματοληψίας) ενός σήματος με την πάροδο του χρόνου
• διαδικασία κβαντισμού πλάτους.

Διακριτικοποίηση χρόνου

Διαδικασία διακριτοποίησης χρόνου - η διαδικασία λήψης των τιμών του σήματος που μετατρέπεται, με ένα ορισμένο χρονικό βήμα - βήμα δειγματοληψίας. Ο αριθμός των μετρήσεων της ισχύος του σήματος που πραγματοποιούνται σε ένα δευτερόλεπτο ονομάζεται ρυθμός δειγματοληψίαςή ρυθμός δειγματοληψίας, ή ρυθμός δειγματοληψίας(από το αγγλικό "sampling" - "sample"). Όσο μικρότερο είναι το βήμα δειγματοληψίας, τόσο μεγαλύτερη είναι η συχνότητα δειγματοληψίας και τόσο ακριβέστερη αναπαράσταση του σήματος θα έχουμε.
Αυτό επιβεβαιώνεται από το θεώρημα του Kotelnikov (στην ξένη βιβλιογραφία απαντάται ως θεώρημα Shannon, Shannon). Σύμφωνα με αυτό, ένα αναλογικό σήμα με περιορισμένο φάσμα περιγράφεται με ακρίβεια από μια διακριτή ακολουθία τιμών του πλάτους του, εάν αυτές οι τιμές λαμβάνονται σε συχνότητα που είναι τουλάχιστον διπλάσια από την υψηλότερη συχνότητα του φάσματος σήματος. Αναλογικό σήμα δηλαδή στο οποίο υψηλότερη συχνότητατο φάσμα είναι ίσο με F m, μπορεί να αναπαρασταθεί με ακρίβεια από μια ακολουθία διακριτών τιμών του πλάτους, εάν η συχνότητα δειγματοληψίας F d είναι: F d >2F m .
Στην πράξη, αυτό σημαίνει ότι για να περιέχει το ψηφιοποιημένο σήμα πληροφορίες για ολόκληρο το εύρος των ακουστικών συχνοτήτων του αρχικού αναλογικού σήματος (0 - 20 kHz), είναι απαραίτητο ο επιλεγμένος ρυθμός δειγματοληψίας να είναι τουλάχιστον 40 kHz. Ο αριθμός των δειγμάτων πλάτους ανά δευτερόλεπτο ονομάζεται ρυθμός δειγματοληψίας(αν το βήμα δειγματοληψίας είναι σταθερό).
Η κύρια δυσκολία της ψηφιοποίησης είναι η αδυναμία καταγραφής των μετρούμενων τιμών σήματος με τέλεια ακρίβεια.

Γραμμική (ομογενής) κβαντοποίηση πλάτους

Ας διαθέσουμε N bit για την εγγραφή μιας τιμής του πλάτους του σήματος στη μνήμη του υπολογιστή. Αυτό σημαίνει ότι με τη βοήθεια μιας λέξης N-bit, μπορούν να περιγραφούν 2 N διαφορετικές θέσεις. Αφήστε το πλάτος του ψηφιοποιημένου σήματος να κυμαίνεται από -1 έως 1 ορισμένων συμβατικών μονάδων. Ας αναπαραστήσουμε αυτό το εύρος αλλαγής πλάτους - το δυναμικό εύρος του σήματος - με τη μορφή 2 N -1 ίσων διαστημάτων, χωρίζοντάς το σε 2 N επίπεδα - κβάντα. Τώρα, για να καταγράψετε κάθε μεμονωμένη τιμή πλάτους, πρέπει να στρογγυλοποιηθεί στο πλησιέστερο επίπεδο κβαντοποίησης. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται κβαντοποίηση πλάτους. Κβαντισμός πλάτους – η διαδικασία αντικατάστασης των πραγματικών τιμών του πλάτους του σήματος με τιμές που προσεγγίζονται με κάποια ακρίβεια. Κάθε ένα από τα 2 N δυνατά επίπεδα ονομάζεται επίπεδο κβαντισμού και η απόσταση μεταξύ των δύο πλησιέστερων επιπέδων κβαντισμού ονομάζεται βήμα κβαντισμού. Εάν η κλίμακα πλάτους χωριστεί σε επίπεδα γραμμικά, η κβαντοποίηση ονομάζεται γραμμική (ομογενής).
Η ακρίβεια στρογγυλοποίησης εξαρτάται από τον επιλεγμένο αριθμό (2 N) των επιπέδων κβαντισμού, το οποίο, με τη σειρά του, εξαρτάται από τον αριθμό των bit (N) που διατίθενται για την καταγραφή της τιμής πλάτους. Ο αριθμός Ν ονομάζεται βάθος bit κβαντοποίησης(που υποδηλώνει τον αριθμό των ψηφίων, δηλαδή τα bit, σε κάθε λέξη) και τους αριθμούς που λαμβάνονται ως αποτέλεσμα της στρογγυλοποίησης των τιμών πλάτους - μετρήσεις ή δείγματα(από το αγγλικό "sample" - "measurement"). Υποτίθεται ότι τα σφάλματα κβαντισμού που προκύπτουν από την κβαντοποίηση 16-bit παραμένουν σχεδόν ανεπαίσθητα στον ακροατή. Αυτή η μέθοδος ψηφιοποίησης σήματος - δειγματοληψία σήματος σε χρόνο σε συνδυασμό με την ομογενή μέθοδο κβαντοποίησης - ονομάζεται διαμόρφωση κωδικού παλμού, PCM(eng. Pulse Code Modulation - PCM).
Το ψηφιοποιημένο σήμα ως σύνολο διαδοχικών τιμών πλάτους μπορεί ήδη να αποθηκευτεί στη μνήμη του υπολογιστή. Στην περίπτωση που καταγράφονται οι απόλυτες τιμές του πλάτους, όπως μορφή εγγραφήςπου ονομάζεται PCM(Pulse Code Modulation). Ο τυπικός δίσκος συμπαγούς ήχου (CD-DA), που χρησιμοποιείται από τις αρχές της δεκαετίας του 1980, αποθηκεύει πληροφορίες σε μορφή PCM με ρυθμό δειγματοληψίας 44,1 kHz και βάθος bit κβαντοποίησης 16 bit.

Άλλοι τρόποι ψηφιοποίησης

Μετατροπείς αναλογικού σε ψηφιακό (ADC)

Η παραπάνω διαδικασία ψηφιοποίησης ήχου εκτελείται από μετατροπείς αναλογικού σε ψηφιακό (ADC).
Αυτός ο μετασχηματισμός περιλαμβάνει τις ακόλουθες λειτουργίες:

1. Ο περιορισμός ζώνης εκτελείται χρησιμοποιώντας ένα χαμηλοπερατό φίλτρο για την καταστολή φασματικών στοιχείων των οποίων η συχνότητα υπερβαίνει τη μισή συχνότητα δειγματοληψίας.
2. Διακριτοποίηση στο χρόνο, δηλαδή η αντικατάσταση ενός συνεχούς αναλογικού σήματος από μια ακολουθία των τιμών του σε διακριτά σημεία του χρόνου - δείγματα. Αυτό το πρόβλημα επιλύεται χρησιμοποιώντας ένα ειδικό κύκλωμα στην είσοδο του ADC - μια συσκευή δειγματοληψίας και συγκράτησης.
3. Η κβαντοποίηση επιπέδου είναι η αντικατάσταση της τιμής δείγματος σήματος με την πλησιέστερη τιμή από ένα σύνολο σταθερών τιμών - επιπέδων κβαντοποίησης.
4. Κωδικοποίηση ή ψηφιοποίηση, ως αποτέλεσμα της οποίας η τιμή κάθε κβαντοποιημένου δείγματος αναπαρίσταται ως αριθμός που αντιστοιχεί στον τακτικό αριθμό του επιπέδου κβαντοποίησης.

Αυτό γίνεται ως εξής: συνεχής αναλογικό σήμα«Κοπή» σε τμήματα, με συχνότητα δειγματοληψίας, λαμβάνεται ένα ψηφιακό διακριτό σήμα, το οποίο περνάει από τη διαδικασία κβαντοποίησης με ένα συγκεκριμένο βάθος bit και στη συνέχεια κωδικοποιείται, δηλαδή αντικαθίσταται από μια ακολουθία κωδικών συμβόλων. Για την εγγραφή ήχου στη ζώνη συχνοτήτων των 20-20.000 Hz, απαιτείται συχνότητα δειγματοληψίας 44,1 και υψηλότερη (προς το παρόν έχουν εμφανιστεί ADC και DAC με συχνότητα δειγματοληψίας 192 και ακόμη και 384 kHz). Για να αποκτήσετε μια εγγραφή υψηλής ποιότητας, αρκεί ένα βάθος bit 16 bit, ωστόσο, για την επέκταση του δυναμικού εύρους και τη βελτίωση της ποιότητας της εγγραφής ήχου, χρησιμοποιείται ένα βάθος bit 24 (σπάνια 32) bit.

Κωδικοποίηση ψηφιοποιημένου ήχου πριν από την εγγραφή του σε ένα μέσο

για αποθήκευση ψηφιακός ήχοςΥπάρχουν πολλά διάφορους τρόπους. Ο ψηφιοποιημένος ήχος είναι ένα σύνολο τιμών πλάτους σήματος που λαμβάνονται σε ορισμένα χρονικά διαστήματα.

Ορολογία

• κωδικοποιητής - ένα πρόγραμμα (ή συσκευή) που υλοποιεί έναν συγκεκριμένο αλγόριθμο κωδικοποίησης δεδομένων (για παράδειγμα, έναν αρχειοθέτηση ή έναν κωδικοποιητή MP 3), ο οποίος δέχεται πληροφορίες πηγής ως είσοδο και επιστρέφει κωδικοποιημένες πληροφορίες σε συγκεκριμένη μορφή ως έξοδο.
• αποκωδικοποιητής - ένα πρόγραμμα (ή συσκευή) που υλοποιεί αντίστροφος μετασχηματισμόςκωδικοποιημένο σήμα σε αποκωδικοποιημένο.
• κωδικοποιητής (από το αγγλικό "codec" - "Coder / Decoder") - μια μονάδα λογισμικού ή υλικού που έχει σχεδιαστεί για την κωδικοποίηση / αποκωδικοποίηση δεδομένων.

Οι πιο συνηθισμένοι κωδικοποιητές

• MP3 - MPEG-1 Επίπεδο 3
• OGG - Ogg Vorbis
• WMA- Windows MediaΉχος
• MPC-MusePack
• AAC - MPEG-2/4 AAC (Advanced Audio Coding)
  • Πρότυπο MPEG-2 AAC
  • Πρότυπο MPEG-4 AAC

Συγκριτικά ορισμένες μορφές ψηφιοποίησης ήχου

Κύριο άρθρο: Σύγκριση μορφών ήχου

Πλήρης κύκλος μετατροπής ήχου: από την ψηφιοποίηση έως την αναπαραγωγή στον καταναλωτή

Πλήρης κύκλος μετατροπής ήχου: από την ψηφιοποίηση έως την αναπαραγωγή

| Σχεδιασμός μαθήματος και υλικό μαθήματος | 10 τάξεις | Προγραμματισμός μαθημάτων για τη σχολική χρονιά | Αναπαράσταση κειμένου, εικόνας και ήχου σε υπολογιστή (§ 6)

Μαθήματα 10 - 12
Αναπαράσταση κειμένου, εικόνας και ήχου σε υπολογιστή (§ 6)

Ηχητικές πληροφορίες

Ηχητικές πληροφορίες

Οι αρχές της διακριτοποίησης του ήχου («ψηφιοποίηση» του ήχου) φαίνονται στο Σχ. 1.11.

Ο ήχος εισάγεται στον υπολογιστή χρησιμοποιώντας μια συσκευή ήχου (μικρόφωνο, ραδιόφωνο κ.λπ.), η έξοδος της οποίας είναι συνδεδεμένη στη θύρα κάρτα ήχου . Το καθήκον μιας κάρτας ήχου είναι να μετρήσει τη στάθμη ενός σήματος ήχου (που μετατρέπεται σε ηλεκτρικούς κραδασμούς) με μια συγκεκριμένη συχνότητα και να καταγράψει τα αποτελέσματα της μέτρησης στη μνήμη του υπολογιστή. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται ψηφιοποίηση ήχου.

Το χρονικό διάστημα μεταξύ δύο μετρήσεων ονομάζεται περίοδος μέτρησης - τ Με. Το ανταποδοτικό λέγεται ρυθμός δειγματοληψίας - 1/τ (χέρτζ). Όσο υψηλότερη είναι η συχνότητα μέτρησης, τόσο υψηλότερη είναι η ποιότητα του ψηφιακού ήχου.

Τα αποτελέσματα τέτοιων μετρήσεων αντιπροσωπεύονται από θετικούς ακέραιους αριθμούς με πεπερασμένο αριθμό ψηφίων. Γνωρίζετε ήδη ότι σε αυτήν την περίπτωση λαμβάνετε ένα διακριτό πεπερασμένο σύνολο τιμών σε περιορισμένο εύρος. Το μέγεθος αυτού του εύρους εξαρτάται από τη χωρητικότητα της κυψέλης - του καταχωρητή μνήμης της κάρτας ήχου. Ο τύπος 2 i λειτουργεί ξανά, όπου i είναι η χωρητικότητα του καταχωρητή. Ο αριθμός i ονομάζεται επίσης βάθος δειγματοληψίας. Τα εγγεγραμμένα δεδομένα αποθηκεύονται σε αρχεία ειδικής μορφής ήχου.

Υπάρχουν προγράμματα επεξεργασίας ήχου - επεξεργαστές ήχου που σας επιτρέπουν να δημιουργείτε διάφορα μουσικά εφέ, να καθαρίζετε τον ήχο από το θόρυβο, να συντονίζεστε με εικόνες για να δημιουργείτε προϊόντα πολυμέσων κ.λπ. Με τη βοήθεια ειδικών συσκευών που παράγουν ήχο, τα αρχεία ήχου μπορούν να μετατραπούν σε ήχο κύματα που γίνονται αντιληπτά από την ανθρώπινη ακοή .

Κατά την αποθήκευση ψηφιοποιημένου ήχου, πρέπει να λύσετε το πρόβλημα της μείωσης της έντασης αρχεία ήχου. Για να γίνει αυτό, εκτός από την κωδικοποίηση δεδομένων χωρίς απώλειες, η οποία επιτρέπει εκατό τοις εκατό ανάκτηση δεδομένων από μια συμπιεσμένη ροή, χρησιμοποιείται κωδικοποίηση δεδομένων με απώλειες. Ο σκοπός μιας τέτοιας κωδικοποίησης είναι να επιτευχθεί η ομοιότητα του ήχου του σήματος που έχει αποκατασταθεί με το πρωτότυπο με μέγιστη συμπίεση δεδομένων. Αυτό επιτυγχάνεται με τη χρήση διαφόρων αλγορίθμων που συμπιέζουν το αρχικό σήμα αφαιρώντας από αυτό στοιχεία που δεν ακούγονται. Υπάρχουν πολλές μέθοδοι συμπίεσης, καθώς και προγράμματα που υλοποιούν αυτές τις μεθόδους.

Για την εξοικονόμηση ήχου χωρίς απώλειες, χρησιμοποιείται η γενική μορφή αρχείου ήχου WAV. Η πιο γνωστή μορφή συμπιεσμένου (απώλειου) ήχου είναι το MP3. Παρέχει συμπίεση δεδομένων κατά 10 φορές ή περισσότερο.

Ερωτήσεις και εργασίες

1. Πότε άρχισαν οι υπολογιστές να δουλεύουν με κείμενο, με γραφικά, με ήχο;
2. Τι είναι ένας πίνακας κωδικοποίησης; Ποιοι είναι οι πίνακες κωδικοποίησης;
3. Σε τι βασίζεται διακριτή αναπαράστασηΕικόνες;
4. Τι είναι το χρωματικό μοντέλο RGB;
5. Γράψτε έναν 8ψήφιο κωδικό για έντονο μπλε, έντονο κίτρινο (ένα μείγμα κόκκινου και πράσινου), απαλό κίτρινο.
6. Γιατί το μοντέλο RGB δεν χρησιμοποιείται στην εκτύπωση;
7. Τι είναι το CMYK;
8. Ποια συσκευή στον υπολογιστή ψηφιοποιεί το σήμα εισόδου ήχου;
9. Πώς (ποιοτικά) εξαρτάται η ποιότητα του ψηφιακού ήχου από τον ρυθμό δειγματοληψίας και τον ρυθμό δειγματοληψίας;
10. Ποιο είναι το πλεονέκτημα της μορφής MP3;

Επόμενη σελίδα