Kódovanie informácií. Množstvo informácií

Základné pojmy

Vzorkovacia frekvencia (f) určuje počet vzoriek uložených za 1 sekundu;

1 Hz (jeden hertz) je jeden impulz za sekundu,

a 8 kHz je 8000 vzoriek za sekundu

Hĺbka kódovania (b) je počet bitov potrebných na zakódovanie 1 úrovne hlasitosti

Hrací čas (t)

Kapacita dátového úložiska 1 kanál (mono)

I = f b t

(na ukladanie informácií o zvuku s trvaním t sekúnd, zakódovaného so vzorkovacou frekvenciou f Hz a hĺbkou kódovania b bitov, ja pamäťový bit)

o dvojkanálové nahrávanie (stereo) množstvo pamäte potrebnej na uloženie údajov jedného kanála sa vynásobí 2

I=fbt2

Jednotky I - bity, b - bity, f - Hertz, t - sekundy Vzorkovacia frekvencia 44,1 kHz, 22,05 kHz, 11,025 kHz

Kódovanie zvuku

Základné teoretické ustanovenia

Časové vzorkovanie zvuku. Na to, aby počítač spracoval zvuk, musí byť nepretržitý zvukový signál prevedený do diskrétnej digitálnej formy pomocou časového vzorkovania. Súvislá zvuková vlna je rozdelená na samostatné malé časové úseky, pre každý takýto úsek je nastavená určitá hodnota intenzity zvuku.

Plynulá závislosť hlasitosti zvuku od času A(t) je teda nahradená diskrétnou sekvenciou úrovní hlasitosti. Na grafe to vyzerá ako nahradenie hladkej krivky sekvenciou „krokov“.

Vzorkovacia frekvencia. Mikrofón pripojený k zvukovej karte sa používa na nahrávanie analógového zvuku a jeho prevod do digitálnej podoby. Kvalita prijímaného digitálneho zvuku závisí od počtu meraní úrovne hlasitosti zvuku za jednotku času, t.j. vzorkovacia frekvencia. Čím viac meraní sa vykoná za 1 sekundu (čím vyššia je vzorkovacia frekvencia), tým presnejší je „rebrík“ digitálneho zvukový signál sleduje krivku analógového signálu.

Vzorkovacia frekvencia zvuku je počet meraní hlasitosti zvuku za jednu sekundu, merané v hertzoch (Hz). Označte vzorkovaciu frekvenciu písmenom f.

Vzorkovacia frekvencia zvuku sa môže pohybovať od 8 000 do 48 000 meraní hlasitosti zvuku za sekundu. Pre kódovanie vyberte jednu z troch frekvencií: 44,1 kHz, 22,05 kHz, 11,025 kHz.

Hĺbka kódovania zvuku. Každému „kroku“ je priradená určitá hodnota úrovne hlasitosti zvuku. Úrovne hlasitosti zvuku možno považovať za množinu možných stavov N, pre ktoré je na zakódovanie potrebné určité množstvo informácií. b , čo sa nazýva hĺbka kódovania zvuku

Hĺbka kódovania zvuku je množstvo informácií potrebných na zakódovanie diskrétnych úrovní hlasitosti digitálny zvuk.

Ak je známa hĺbka kódovania, počet úrovní hlasitosti digitálneho zvuku možno vypočítať pomocou vzorca N = 2 b . Nech je hĺbka kódovania zvuku 16 bitov, potom počet úrovní hlasitosti zvuku je:

N=2 b = 216 = 65536.

Počas procesu kódovania je každej úrovni hlasitosti priradený vlastný 16-bitový binárny kód, najnižšia úroveň zvuku bude zodpovedať kódu 000000000000000 a najvyššia - 1111111111111111.

Kvalita digitalizovaného zvuku.Čím vyššia je frekvencia a hĺbka vzorkovania zvuku, tým lepšia bude kvalita digitalizovaného zvuku. Najnižšia kvalita digitalizovaného zvuku zodpovedajúca kvalite telefónne spojenie, sa získa pri vzorkovacej frekvencii 8 000-krát za sekundu, hĺbke vzorkovania 8 bitov a zázname jednej zvukovej stopy (mono režim). Najvyššiu kvalitu digitalizovaného zvuku, zodpovedajúcu kvalite audio CD, dosahuje vzorkovacia frekvencia 48 000-krát za sekundu, hĺbka vzorkovania 16 bitov a nahrávanie dvoch zvukových stôp (režim stereo).

Je potrebné mať na pamäti, že čím vyššia je kvalita digitálneho zvuku, tým väčší je objem informácií zvukového súboru.

Úlohy pre samoukov.

1. Vypočítajte hlasitosť 10-sekundového mono zvukového súboru so 16-bitovým kódovaním a vzorkovacou frekvenciou 44,1 kHz. (861 kB)

2. Dvojkanálový (stereo) zvuk sa zaznamenáva pri vzorkovacej frekvencii 48 kHz a 24-bitovom rozlíšení. Záznam trvá 1 minútu, jeho výsledky sa zapisujú do súboru, kompresia dát sa nevykonáva. Ktoré z nižšie uvedených čísel je najbližšie k veľkosti výsledného súboru, vyjadrenej v megabajtoch?

1)0,3 2) 4 3) 16 4) 132

3. Jednokanálový (mono) zvukový záznam sa robí so vzorkovacou frekvenciou 11 kHz a hĺbkou kódovania 24 bitov. Záznam trvá 7 minút, jeho výsledky sa zapisujú do súboru, kompresia dát sa nevykonáva. Ktoré z nižšie uvedených čísel je najbližšie k veľkosti výsledného súboru, vyjadrenej v megabajtoch?

1) 11 2) 13 3) 15 4) 22

4. Dvojkanálový (stereo) záznam zvuku sa robí so vzorkovacou frekvenciou 11 kHz a hĺbkou kódovania 16 bitov. Záznam trvá 6 minút, jeho výsledky sa zapisujú do súboru, kompresia dát sa nevykonáva. Ktoré z nižšie uvedených čísel je najbližšie k veľkosti výsledného súboru, vyjadrenej v megabajtoch?

1) 11 2) 12 3) 13 4) 15

Možnosť 1

Laboratórne práce

"Kódovanie a spracovanie zvukových informácií"

Ciele:

vzdelávacie
vzdelávacie -
rozvíjajúci sa -

Pokrok:

Rozhodnite sa

Názov súboru

f - vzorkovacia frekvencia

k - hĺbka zvuku

t- čas zvonenia

Typ súboru

44,1 kHz

16 bit

1 minúta

stereo

1.wav

8 kHz

8 bit

1 minúta

mono

2.wav

16 kHz

16 bit

1 minúta

stereo

3.wav

24 kHz

16 bit

1 minúta

mono

4.wav

32 kHz

16 bit

1 minúta

stereo

pre úlohy 7-9

5.wav

Ukážte vyplnenú tabuľku učiteľovi.

Bežať zvukový editor Drzosť .

Orezať ozvučenie vám ponúkaného súboru do 1 minúty, po zvolení potrebného časového úseku vykonajte príkaz Upraviť - Orezať okraje.

Konvertovať wav .

V editore zvuku Drzosť Napríklad

Porovnaj

Odovzdať nahlásiť učiteľovi na kontrolu.

Možnosť 2

Laboratórne práce

"Kódovanie zvuku"

Ciele:

vzdelávacie- zabezpečiť u študentov formovanie a využívanie vedomostí o kódovaní zvukovej informácie pomocou počítača, ako aj zručnosti na ich spracovanie pomocou aplik. softvér;
vzdelávacie - kultivovať pozornosť, presnosť, nezávislosť;
rozvíjajúci sa - zručnosti v používaní aplikačného softvéru; schopnosť riešiť informačné problémy.

Hardvérové a softvérové požiadavky: slúchadlá, zvukové súbory pre študentov, zvukový editor Audacity, OC Windows Sound Recorder.

Pokrok:

Rozhodnite saúlohy z tabuľky nižšie.

Nájdite množstvo zvukovej informácie pomocou vzorca V = f *k *t , kde

f - vzorkovacia frekvencia, k - hĺbka zvuku, t - čas zvuku

Prezentujte riešenie úloh formou tabuľky.

Do stĺpca „Odhadovaná hlasitosť zvukového súboru“ si sami zapíšte odpovede na vyriešené problémy. Uveďte svoju odpoveď v megabajtoch.

Názov súboru

f - vzorkovacia frekvencia

k - hĺbka zvuku

t- čas zvonenia

Typ súboru

Odhadovaná veľkosť zvukového súboru

Aktuálna hlasitosť zvukového súboru

44,1 kHz

16 bit

45 s

stereo

1.wav

8 kHz

8 bit

45 s

stereo

2.wav

1 1,025 kHz

16 bit

45 s

mono

3.wav

24 kHz

Spustite Editor zvukuDrzosť .

Orezať ozvučenie vám ponúkaného súboru do 45 sekúnd, po zvolení potrebného časového úseku vykonajte príkaz Upraviť - Orezať okraje.

Konvertovať navrhovaný súbor do súboru s príponou wav . Uložte tento súbor s rovnakým názvom.

V editore zvuku Drzosť vytvoriť efekty pre navrhovaný zvukový súbor. Napríklad, zhasne posledných 10 sekúnd súboru

Rozdeľte stereo stopu a potom odstráňte jednu zo stôp. Konvertovať daný súbor zo stereo na mono. Uložte tento súbor s novým názvom a príponou wav.

Porovnaj veľkosti súborov. Vyplňte tabuľku údajmi.

Odovzdať nahlásiť učiteľovi na kontrolu.

Základné pojmy

Vzorkovacia frekvencia (f) určuje počet vzoriek uložených za 1 sekundu;

1 Hz (jeden hertz) je jeden impulz za sekundu,

a 8 kHz je 8000 vzoriek za sekundu

Hĺbka kódovania (b) je počet bitov potrebných na zakódovanie 1 úrovne hlasitosti

Hrací čas (t)

Kapacita dátového úložiska 1 kanál (mono)

I = f b t

(na ukladanie informácií o zvuku s trvaním t sekúnd, zakódovaného so vzorkovacou frekvenciou f Hz a hĺbkou kódovania b bitov, ja pamäťový bit)

o dvojkanálové nahrávanie (stereo) množstvo pamäte potrebnej na uloženie údajov jedného kanála sa vynásobí 2

I=fbt2

Jednotky I - bity, b - bity, f - Hertz, t - sekundy Vzorkovacia frekvencia 44,1 kHz, 22,05 kHz, 11,025 kHz

Kódovanie zvuku

Základné teoretické ustanovenia

Plynulá závislosť hlasitosti zvuku od času A(t) je teda nahradená diskrétnou sekvenciou úrovní hlasitosti. Na grafe to vyzerá ako nahradenie hladkej krivky sekvenciou „krokov“.

Vzorkovacia frekvencia. Mikrofón pripojený k zvukovej karte sa používa na nahrávanie analógového zvuku a jeho prevod do digitálnej podoby. Kvalita prijímaného digitálneho zvuku závisí od počtu meraní úrovne hlasitosti zvuku za jednotku času, t.j. vzorkovacia frekvencia. Čím viac meraní sa vykoná za 1 sekundu (čím vyššia je vzorkovacia frekvencia), tým presnejšie „rebrík“ digitálneho audio signálu zopakuje krivku analógového signálu.

Vzorkovacia frekvencia zvuku je počet meraní hlasitosti zvuku za jednu sekundu, merané v hertzoch (Hz). Označte vzorkovaciu frekvenciu písmenom f.

Vzorkovacia frekvencia zvuku sa môže pohybovať od 8 000 do 48 000 meraní hlasitosti zvuku za sekundu. Pre kódovanie vyberte jednu z troch frekvencií: 44,1 kHz, 22,05 kHz, 11,025 kHz.

Hĺbka kódovania zvuku je množstvo informácií potrebných na zakódovanie jednotlivých úrovní hlasitosti digitálneho zvuku.

N=2 b = 216 = 65536.

Kvalita digitalizovaného zvuku.Čím vyššia je frekvencia a hĺbka vzorkovania zvuku, tým lepšia bude kvalita digitalizovaného zvuku. Najnižšia kvalita digitalizovaného zvuku, zodpovedajúca kvalite telefonickej komunikácie, sa dosahuje pri vzorkovacej frekvencii 8000-krát za sekundu, hĺbke vzorkovania 8 bitov a zázname jednej zvukovej stopy (režim „mono“). Najvyššiu kvalitu digitalizovaného zvuku, zodpovedajúcu kvalite audio CD, dosahuje vzorkovacia frekvencia 48 000-krát za sekundu, hĺbka vzorkovania 16 bitov a nahrávanie dvoch zvukových stôp (režim stereo).

Je potrebné mať na pamäti, že čím vyššia je kvalita digitálneho zvuku, tým väčší je objem informácií zvukového súboru.

Úlohy pre samoukov.

1. Vypočítajte hlasitosť 10-sekundového mono zvukového súboru so 16-bitovým kódovaním a vzorkovacou frekvenciou 44,1 kHz. (861 kB)

1)0,3 2) 4 3) 16 4) 132

1) 11 2) 13 3) 15 4) 22

1) 11 2) 12 3) 13 4) 15

1. Všeobecné informácie

zložitosť: základné.

Približný čas rozhodovania (pre tých, ktorí budú robiť časť 2): 2 minúty

Predmet: Tvorba a spracovanie grafických a multimediálnych informácií

Podtéma: Digitálny zvuk

Čo sa kontroluje: Schopnosť hodnotiť kvantitatívne charakteristiky proces nahrávania zvuku.

Stručné teoretické informácie: Pretože daný typúloha je nová v KIM USE, dáme (zatiaľ bez odôvodnenia, odôvodnenie nižšie) matematický model proces nahrávania:

N=kFL T* (1)

N– veľkosť súboru (v bitoch), ktorý obsahuje zvukový záznam;
k- počet záznamových kanálov (napríklad 1 - mono, 2 - stereo, 4 - quad atď.);
F– vzorkovacia frekvencia (v hertzoch), t.j. počet hodnôt amplitúdy zvuku zaznamenaných za jednu sekundu;
L– povolenie, t.j. počet bitov použitých na uloženie každej nameranej hodnoty;
T– trvanie zvukového fragmentu (v sekundách).

Ako môže vyzerať úloha? Napríklad takto: Hodnoty všetkých požadovaných parametrov procesu nahrávania zvuku sú nastavené, okrem jedného. Je potrebné odhadnúť hodnotu zostávajúceho parametra, napríklad veľkosť súboru alebo trvanie zvukového fragmentu.

Príklad stavu:

Možnosti odpovede:

1) 0,2 MB

2. Príklad úlohy

2.1. Úloha.

Úloha 2012-A8-1.

Jednokanálový (mono) zvuk sa zaznamenáva pri vzorkovacej frekvencii 16 kHz a 24-bitovom rozlíšení. Záznam trvá 1 minútu, jeho výsledky sa zapisujú do súboru, kompresia dát sa nevykonáva. Ktorá z nasledujúcich hodnôt je najbližšie k veľkosti výsledného súboru?

1) 0,2 MB 2) 2 MB 3) 3 MB 4) 4 MB

2.2. Riešenie.

Počiatočné údaje privedieme do rozmeru bitov-sekúnd-hertzov a vykonáme výpočty podľa vzorca (1):

Vzhľadom na to:

k= 1, pretože Jednokanálový (mono) zvukový záznam;

F= 16 kHz = 16 000 Hz;

T= 1 min = 60 s.

NájsťN

Dosaďte hodnotu známych parametrov do vzorca (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 bitov = (2 12 *5625)/2 3 bajtov = 2 9 *5625 bajtov =

= (2 9 *5625)/ 2 20 MB = 5625/2 11 MB = 5625/2048 MB.

číslo 5625/2048 je medzi číslami 2 a 3. Navyše je bližšie k 3 ako k 2, pretože 3 * 2048 – 5625 < 1000; 5625 - 2 * 2048 > 1000.

Správna odpoveď: №3 (3 MB)

Komentujte. Ďalšia myšlienka riešenia je uvedená v odseku 3.3

3. Tipy pre učiteľov a študentov

3.1 Aké vedomosti/zručnosti/zručnosti potrebuje študent na vyriešenie tohto problému?

1) Vzorec (1) by sa nemal „zapamätať“. Študent reprezentujúci podstatu digitálneho audio procesu ju musí vedieť formulovať samostatne.

2) Je potrebné vedieť zapísať hodnoty parametrov v požadovanom rozmere, ako aj elementárne aritmetické zručnosti vr. pracujúci s mocninou dvoch.

A. Silní študenti.

1. S najväčšou pravdepodobnosťou tento problém aj tak vyriešia.

2. Môžete zadať úlohu žiakom, aby si v praxi overili vzorec (1) a nahrali zvuk z mikrofónu do súboru. Je potrebné poznamenať, že je platný iba vtedy, ak zaznamenané informácie nie sú komprimované (formát WAV (PCM) bez kompresie). Ak sa použijú zvukové formáty s kompresiou (WMA, MP3), potom bude hlasitosť výsledného súboru z pochopiteľných dôvodov výrazne menšia ako vypočítaná. Ak chcete experimentovať s digitálnym zvukom, môžete použiť bezplatný zvukový editor Audacity (http://audacity.sourceforge.net/).

3. Je vhodné zdôrazniť pojmovú zhodu rastrovej reprezentácie zvuku a obrazu, ktoré sú varietami toho istého procesu približnej reprezentácie spojitého signálu - sekvencie krátkych diskrétnych signálov, t.j. digitalizácia založená na vzorkovaní. Kedy bitová mapa sa vykonáva dvojrozmerná diskretizácia jasu v priestore, v prípade zvuku jednorozmerná diskretizácia v čase. V oboch prípadoch vedie zvýšenie vzorkovacej frekvencie (počet pixelov alebo zvukových vzoriek) a/alebo zvýšenie počtu bitov na reprezentáciu jednej vzorky (farebná alebo zvuková bitová hĺbka) k zvýšeniu kvality digitalizácie a zároveň k zvýšeniu súboru. veľkosť s digitálnym zobrazením. Preto je potrebná kompresia údajov.

4. Je žiaduce spomenúť alternatívne spôsoby digitalizácia zvuku – nahrávanie „častí“ nástrojov vo formáte MIDI. Tu je vhodné nakresliť analógiu s rastrovým a vektorovým znázornením obrázkov.

B. Nie tak silní žiaci.

1. Je potrebné zabezpečiť asimiláciu vzťahu (1). Odporúča sa zadať úlohy ako „Ako sa zmení veľkosť súboru, ak sa zvýši/skráti čas nahrávania zvuku p raz? ",

„Koľkokrát môžete predĺžiť/skrátiť trvanie nahrávania, ak maximálna veľkosť súbor zväčšiť/zmenšiť p raz? “, „Ako sa zmení veľkosť súboru, ak sa počet bitov na zápis jednej hodnoty zvýši/zmenší p raz?" atď.

2. Je potrebné dbať na to, aby žiaci voľne operovali s rozmermi, vedeli, že v MB 2 je 23 bitov atď.

3. Je potrebné dbať na to, aby žiaci boli dostatočne matematicky gramotní, ovládali ústne počítanie s mocninou dvojky (násobenie, delenie, výber činiteľov reprezentujúcich 2 n).

4. Vymyslite si vlastné prístupy a vyskúšajte ich.

3.3. Užitočný trik.

Pri takýchto problémoch často vznikajú mocniny dvoch. Násobenie a delenie mocnín je jednoduchšie ako ľubovoľné čísla: násobenie a delenie mocnín sa redukuje na sčítanie a odčítanie exponentov.

Všimnite si, že čísla 1000 a 1024 sa líšia o menej ako 3 %, čísla 60 a 64 o menej ako 7 %. Preto tak môžete urobiť. Vykonajte výpočty tak, že 1000 nahradíte 1024 = 2 10 a 60 64 = 2 6, pričom využijete výkonové operácie. Odpoveď najbližšie k získanému číslu bude požadovaná. Potom sa môžete ešte raz skontrolovať vykonaním presných výpočtov. Dá sa však vziať do úvahy, že celková chyba výpočtu v našej aproximácii nepresahuje 10%. Skutočne, 60*1000 = 60000; 64*1024=65536;

60000 > 0.9 * 65536 = 58982.4

Správny výsledok násobení podľa vzorca (1) je teda o niečo viac ako 90 % získaného približného výsledku. Ak zohľadnenie chyby nezmení výsledok, o odpovedi niet pochýb.

Príklad. (ege.yandex.ru, možnosť 1).

Dvojkanálový (stereo) zvuk sa zaznamenáva pri vzorkovacej frekvencii 16 kHz a 32-bitovom rozlíšení. Záznam trvá 12 minút, jeho výsledky sa zapisujú do súboru, kompresia dát sa nevykonáva. Ktorá z nasledujúcich hodnôt je najbližšie k veľkosti výsledného súboru?

1) 30 MB 2) 60 MB 3) 75 MB 4) 90 MB

Riešenie. Veľkosť záznamu v bitoch je

2*16*1000*32*12*60

Ak vezmeme do úvahy nahradenie 1000 číslom 1024=2 10 a 60 číslom 64=2 6 dostaneme:

2 1 *2 4 *2 10 *2 5 *3*2 2 *2 6 =3*2 28

Ako viete, 1 MB = 2 20 bajtov = 2 23 bitov. Takže 3*2 28 bitov = 3*32 = 96 MB. Znížením tohto čísla o 10% dostaneme 86,4 MB. V oboch prípadoch je najbližšia hodnota 90 MB.

Správna odpoveď: 4

1. Prečítajte si stav problému. Vyjadrite neznámy parameter z hľadiska známych. Osobitná pozornosť venujte pozornosť rozmerom známych parametrov. Malo by to byť - bity-sekundy-hertz (pripomeňme, že 1 Hz = s -1). Ak je to potrebné, uveďte hodnoty parametrov do požadovaného rozmeru, ako sa to robí vo fyzikálnych problémoch.

2. Vykonajte výpočty a pokúste sa vybrať mocniny dvoch.

3. Upozorňujeme, že v podmienke je potrebné zvoliť najvhodnejšiu odpoveď, preto nie je potrebná vysoká presnosť výpočtov na desatinné miesta. Hneď ako bude jasné, ktorá z možností odpovede je najbližšie k vypočítanej hodnote, výpočty by sa mali zastaviť. Ak je nezrovnalosť so všetkými možnosťami odpovede veľmi veľká (niekoľkonásobne alebo rádovo), výpočty sa musia znova skontrolovať.

4. Úlohy na samostatné riešenie

4.1. Klony úlohy 2012-A8-1.

Nižšie sú uvedené štyri ďalšie možnosti pre úlohu 2012-A8-1.

A) Jednokanálový (mono) zvuk sa zaznamenáva so vzorkovacou frekvenciou 32 kHz a 24-bitovým rozlíšením. Záznam trvá 15 sekúnd, jeho výsledky sa zapisujú do súboru, kompresia dát sa nevykonáva. Ktorá z nasledujúcich hodnôt je najbližšie k veľkosti výsledného súboru?

B) Dvojkanálový (stereo) zvuk sa zaznamenáva so vzorkovacou frekvenciou 32 kHz a 24-bitovým rozlíšením. Záznam trvá 30 sekúnd, jeho výsledky sa zapisujú do súboru, kompresia dát sa nevykonáva. Ktorá z nasledujúcich hodnôt je najbližšie k veľkosti výsledného súboru?

1) 1,5 MB 2) 3 MB 3) 6 MB 4) 12 MB

C) Jednokanálový (mono) zvuk sa zaznamenáva pri vzorkovacej frekvencii 16 kHz a 32-bitovom rozlíšení. Záznam trvá 2 minúty, jeho výsledky sa zapisujú do súboru, kompresia dát sa nevykonáva. Ktorá z nasledujúcich hodnôt je najbližšie k veľkosti výsledného súboru?

D) Jednokanálový (mono) zvuk sa zaznamenáva so vzorkovacou frekvenciou 16 kHz a 32-bitovým rozlíšením. Záznam trvá 4 minúty, jeho výsledky sa zapisujú do súboru, kompresia dát sa nevykonáva. Ktorá z nasledujúcich hodnôt je najbližšie k veľkosti výsledného súboru?

1) 2 MB 2) 4 MB 3) 8 MB 4) 16 MB

Správne odpovede:

A:1; B:3; AT 3; D:4.

4.2. Problém 2012-A8-2 (obrátený k predchádzajúcemu).

A) Jednokanálový (mono) zvuk sa zaznamenáva pri vzorkovacej frekvencii 16 kHz a 24-bitovom rozlíšení. Výsledky sa zapisujú do súboru, ktorého veľkosť nesmie presiahnuť 8 MB, kompresia dát sa nevykonáva. Ktorá z nasledujúcich hodnôt je najbližšie k maximálnej možnej dĺžke nahraného zvukového klipu?

B) Dvojkanálový (stereo) zvuk sa zaznamenáva so vzorkovacou frekvenciou 16 kHz a 24-bitovým rozlíšením. Výsledky sa zapisujú do súboru, ktorého veľkosť nesmie presiahnuť 8 MB, kompresia dát sa nevykonáva. Ktorá z nasledujúcich hodnôt je najbližšie k maximálnej možnej dĺžke nahraného zvukového klipu?

1) 1 minúta 2) 30 sekúnd 3) 3 minúty 4) 90 sekúnd

C) Jednokanálový (mono) zvuk sa zaznamenáva pri vzorkovacej frekvencii 48 kHz a 8-bitovom rozlíšení. Výsledky sa zapisujú do súboru, ktorého veľkosť nesmie presiahnuť 2,5 MB, kompresia dát sa nevykonáva. Ktorá z nasledujúcich hodnôt je najbližšie k maximálnej možnej dĺžke nahraného zvukového klipu?

1) 1 minúta 2) 30 sekúnd 3) 3 minúty 4) 90 sekúnd

D) Jednokanálový (mono) zvuk sa zaznamenáva so vzorkovacou frekvenciou 48 kHz a 16-bitovým rozlíšením. Výsledky sa zapisujú do súboru, ktorého veľkosť nesmie presiahnuť 5 MB, kompresia dát sa nevykonáva. Ktorá z nasledujúcich hodnôt je najbližšie k maximálnej možnej dĺžke nahraného zvukového klipu?

1) 1 minúta 2) 30 sekúnd 3) 3 minúty 4) 90 sekúnd

Správne odpovede:

A:3; B: 4; IN 1; G:1.

5.Dodatok. Niektoré informácie o digitálnom nahrávaní zvuku.

Šírenie zvuku vo vzduchu si možno predstaviť ako šírenie kolísania tlaku. Mikrofón premieňa kolísanie tlaku na kolísanie elektrického prúdu. Toto je súvislý analógový signál. Zvuková karta poskytuje vzorkovanie vstupný signál z mikrofónu. To sa deje nasledovne - nepretržitý signál je nahradený sekvenciou hodnôt meraných s určitou presnosťou.

Graf analógového signálu:

Diskrétna reprezentácia toho istého signálu (41 nameraných hodnôt):

Diskrétna reprezentácia rovnakého signálu (161 nameraných hodnôt, viac vysoká frekvencia diskretizácia):

Je vidieť, že čím vyššia je vzorkovacia frekvencia, tým vyššia je kvalita približného (diskrétneho) signálu. Okrem vzorkovacej frekvencie je kvalita digitalizovaného signálu ovplyvnená počtom bitov pridelených na zaznamenanie každej hodnoty signálu. Čím viac bitov je pridelených každej hodnote, tým presnejšie môže byť signál digitalizovaný.

Príklad 2-bitovej reprezentácie toho istého signálu (dva bity môžu vymenovať iba 4 možné úrovne signálu):

Teraz môžete vypísať závislosť veľkosti súboru s digitalizovaným zvukom

file_size = (počet_zachytených_hodnôt_za_1_sekundu)*

*(počet_binárnych_číslic_do_záznamu_jednej_hodnoty)*

*(počet_záznamových_sekúnd).

Ak vezmeme do úvahy možnosť súčasného nahrávania zvuku z niekoľkých mikrofónov (stereo, quad nahrávanie atď.), ktoré sa robí na zvýšenie realizmu počas prehrávania, dostaneme vzorec (1).

Pri prehrávaní zvuku sa digitálne hodnoty konvertujú na analógové. Elektrické vibrácie prenášané do reproduktorov sa nimi opäť menia na kolísanie tlaku vzduchu.

Vedomosti sa skladajú z malých
zrnká každodennej skúsenosti.
DI. Pisarev

Ciele: Aplikácia teoretických poznatkov v praxi.
Ciele lekcie:
Naučiť princíp binárneho kódovania pri digitalizácii zvuku;
Zaviesť koncept časového vzorkovania zvuku;
Stanovte vzťah medzi kvalitou kódovania zvuku, hĺbkou kódovania a vzorkovacou frekvenciou;
Naučiť sa vyhodnocovať objem informácií zvukového súboru;
Nahrajte zvuk pomocou počítača, uložte ho ako zvukové súbory vo formáte WAV a prehrajte ho.

Počas tried:

I. Organizačný moment 1. Zvuky hudby
2. Slová učiteľa:

Témou našej lekcie je „Binárne kódovanie zvukových informácií“. Dnes sa zoznámime s pojmom dočasné vzorkovanie zvuku, experimentálne stanovíme vzťah medzi kvalitou kódovania zvuku, hĺbkou kódovania a vzorkovacou frekvenciou, naučíme sa odhadovať hlasitosť zvukových súborov, nahrávať zvuk pomocou počítača, ukladať ho do zvukových súborov v Formát WAV a prehrávanie.

II. Aktualizácia vedomostí žiakov. Otázky: (odpovede napíšte do formulára č. 1)

1. Vymenujte typy existencie informácií? (číselné, textové, grafické, zvukové).
2. Čo kľúčové slovo môžem porovnať video? (informácie o kódovaní).
3. Čo sa nazýva hĺbka zvuku? (hĺbka zvuku alebo hĺbka kódovania - počet bitov informácií na kódovanie zvuku).
4. Aké úrovne hlasitosti môže mať zvuk? (zvuk môže mať rôzne úrovne hlasitosti.

5. Aká je vzorkovacia frekvencia? (Vzorkovacia frekvencia - počet meraní úrovne vstupného signálu za jednotku času (za 1 sekundu).
6. Aký je vzorec na výpočet veľkosti digitálneho mono zvukového súboru?
(A=D*T*I).
D - vzorkovacia frekvencia;
T je čas ozvučenia alebo zvukového záznamu;
I je bitová hĺbka registra.
7. Aký je vzorec na výpočet veľkosti digitálneho stereo audio súboru?
A=2*D*T*I

III. Riešenie problémov. Úloha č. 1 (Semakin. č. 88 s. 157, kniha úloh č. 1). Formulár číslo 1.

Zadajte množstvo pamäte na uloženie digitálneho zvukového súboru, ktorý má dvojminútový čas prehrávania pri vzorkovacej frekvencii 44,1 kHz a 16-bitovom rozšírení.

IV. Učenie sa nového materiálu.

Od začiatku 90. rokov osobné počítače dostal príležitosť pracovať zvuková informácia. Každý počítač, ktorý má zvukovú kartu, mikrofón a reproduktory, môže zaznamenávať, ukladať a prehrávať zvukové informácie.
S pomocou špeciálnych softvérové nástroje(editory zvukových nahrávok) otvára široké možnosti na vytváranie, úpravu a počúvanie zvukových súborov. Vytvárajú sa programy na rozpoznávanie reči a v dôsledku toho je možné ovládať počítač pomocou hlasu.
Z kurzu fyziky viete, že zvuk je mechanické vlnenie s plynule sa meniacou amplitúdou a frekvenciou (obr. 1). Čím vyššia je amplitúda, tým je zvuk hlasnejší, čím nižšia je frekvencia, tým nižší je tón. Počítač je digitálne zariadenie, takže nepretržitý zvukový signál musí byť prevedený na sled elektrických impulzov (núl a jednotiek). K tomu je rovina, na ktorej je zvuková vlna graficky znázornená, rozdelená na horizontálne a zvislé čiary(obr. 2 a obr. 3). Vodorovné čiary predstavujú úrovne hlasitosti a zvislé čiary predstavujú počet meraní za 1 sekundu (jedno meranie za sekundu je jeden hertz) alebo vzorkovaciu frekvenciu (Hz). Táto metóda umožňuje nahradiť spojitú závislosť diskrétnou sekvenciou úrovní hlasitosti, z ktorých každá má priradenú hodnotu v binárnom kóde (obr. 4).


obr.1	obr.2	obr.3	obr.4

Počet úrovní hlasitosti závisí od hĺbky zvuku – počtu bajtov použitých na zakódovanie jednej úrovne. Typicky 8 kHz a kvantizačná úroveň (kód dlhý 8 bitov).
, kde N je počet úrovní hlasitosti a I je hĺbka zvuku (bity)

Príklad: Formulár č. 3
Riešenie:
1) kódovanie s frekvenciou 5 Hz - to znamená, že výška tónu sa meria za 1 sek. 4 bitová hĺbka – znamená, že sa používa 16 úrovní hlasitosti.
Hodnoty výšky tónu „zaokrúhlime“ na najbližšiu nižšiu úroveň. (Výsledok kódovania: 1000 1000 1001 O11O 0111)

2) Na výpočet objemu informácií kódovaného zvuku (A) sa používa jednoduchý vzorec: A = D * i * T, kde: D - vzorkovacia frekvencia (Hz); i - hĺbka zvuku (bit); T - čas zvonenia (s).
Získame: A = 5 Hz * 4 bity * 1 s = 20 bitov.

V. Výchovné samostatná práca. Formulár №5

VI. Výskumná úloha. Formulár č. 6

Skupiny #1-5. Stanoviť vzťah medzi kvalitou binárneho zvukového kódovania a informačným objemom zvukového súboru pre zvukové informácie rôzneho obsahu (monológová reč, dialogická reč, báseň, pieseň); vzťah medzi objemom informácií súboru a režimom nahrávania (mono, stereo).

Priebeh výskumu:

1) Vyplňte formulár č.2.
2) Zaznamenajte výsledky do tabuľky získanej počas experimentu.
3) Urobte záver.

VII. Zhrnutie práce v skupinách
VIII. Mini projekt Hudobné a zvukové možnosti.
Označenia: Program: "V lese sa narodil vianočný stromček"
SCRN 7
RIADOK(20;0)-(300,180);2,BF
PRE I=l DO 2000
X = 280 * RND + 20 Y = 180 * RND
C = 16* RND
PSET(X,Y),C
ĎALŠIE I
SPÁNOK 1
LINE (150,140)-(170,160),6,BF
PSET(110;140)
RIADOK-(210,140), 10
RIADOK-(160,110),10
RIADOK-(110,140),10
FARBA(160;120); 10;10
NÁJDETE 24.10
TLAČ "V lese sa narodil vianočný stromček"
HRAŤ "ms+80 02 18 caajafcc"
PSET (120 110)
RIADOK-(200,110),10
RIADOK-(160,85),10
RIADOK-(120,110),10
FARBA(160,90);10,10
NÁJDETE 24.10
TLAČ "Vyrástla v lese",
HRAŤ "caab->dc4"
PSET (130,85)
RIADOK-(190,85),10
RIADOK-(160,65),10
RIADOK-(130,85), 10
FARBA(160,70);10,10
NÁJDETE 24.10
TLAČ „ŠTÍHNY V ZIME A LETE“
PLAY "c PSET (140,65)
RIADOK-(180,65), 10
RIADOK -(160,50), 10
ČIARA - FARBA (160,60), 10.10
NÁJDETE 24.10
VYTLAČIŤ „ZELENÁ BOLA“
HRAŤ "caajofu"
SPAŤ
STOP
IX Zhrnutie lekcie

1). Kontrola úrovne asimilácie programového materiálu
1. Pri vzorkovacej frekvencii 8 kHz kvalita vzorkovaného audio signálu zodpovedá:

kvalita vysielania;

2. V akom formáte sú uložené zvukové súbory:

3. Kvalita kódovania súvislého zvukového signálu závisí od:

na vzorkovacej frekvencii a hĺbke kódovania;

4. Dva zvukové súbory sa nahrajú s rovnakou vzorkovacou frekvenciou a hĺbkou kódovania. Objem informácií súboru zaznamenaného v stereo režime je väčší ako objem informácií súboru nahraného v režime mono:

2). Hodnotenie vedomostí a zručností žiakov.
3). Slovo učiteľa.

Samozrejme, hodnotenie kvality zvuku je do značnej miery subjektívne a závisí od nášho vnímania. Počítač, podobne ako osoba, kóduje zvukové informácie na uloženie a následné prehrávanie. Zamyslite sa, aký je rozdiel medzi zvukovou informáciou uloženou v pamäti počítača a v pamäti človeka? (Odpoveď: u ľudí proces kódovania zvuku úzko súvisí s emóciami).
Počítač teda ukladá zvuk a človek ukladá hudbu!!! Hudba je jediný jazyk, ktorým duša hovorí s dušou (Berthold Averbach). Dokáže sa zdvihnúť do neba, prebudiť zmysly, spútať myseľ a vyvolať strach. Hudba je pre každého človeka iná. Aké emócie alebo asociácie vo vás vyvoláva “Sonáta mesačného svitu”?... Hrejivý pohľad milujúcej osoby, jemný dotyk maminej ruky a teraz je možné, že tieto očarujúce zvuky vám pripomenú aj hodinu informatiky . Toto všetko, vidíte, je pre digitálny binárny kód nedostupné.

X. Domáce úlohyÚlohy č.89,91,92 strana 157.

N=k*F*L* T (1)

N=kFL T* (1)