Двоичное кодирование звуковой информации

1. Двоичное кодирование звуковой информации

2. Форма представления звука

Аналоговая
Физическая величина
принимает бесконечное
множество значений, причем
ее значения изменяются
непрерывно
Дискретная
Физическая величина
принимает конечное
множество значений, причем
ее значения изменяются
скачкообразно
У
Х

3. Тема: Кодирование звуковой информации

Звук – колебания воздуха с определенной
амплитудой и частотой.

4. Временная дискретизация

5.

Процесс разбиения непрерывной звуковой волны
на отдельные маленькие временные участки
(семплы) называется временной дискретизацией

6. Процесс преобразования звука

7. Процесс преобразования звуковых волн в двоичный код в памяти компьютера:

Процесс воспроизведения
звуковой информации,
сохраненной в памяти ЭВМ:

8. Способы кодирования

1.
a1 h1
а2 h2
… an hn
громкость частота
2.
a1 h1 t1 а2 h2 t2 … an hn tn
громкость частота
время

9. Для работы со звуком компьютер должен быть оснащён:

звуковой картой - устройство, которое
производит преобразование звука;
микрофоном;
колонками.
Посмотреть все устройства и их характеристики можно:
ПУСК\ ПАНЕЛЬ УПРАВЛЕНИЯ\ ЗВУКИ И АУДИОУСТРОЙСТВА

10. Звуковая плата (или аудиоадаптер)

– устройство для преобразования звука из
аналоговой формы в цифровую.

11. Характеристики звуковой платы:

1. Частота дискретизации – количество измерений
входного сигнала за 1 секунду. Измеряется в герцах
(Гц).
1 измерение
1000 измерений
1 секунду
1Гц
1КГц
2. Разрядность («глубина» кодирования звука) –
число бит (разрядов), которое отводится для
каждого семпла.
8 битная разрядность
28 = 256
16 битная разрядность
216 = 65536

12. Частота дискретизации

Количество измерений может лежать в диапазоне от 8000
до 48 000 (8 кГц – 48 кГц)
8 кГц соответствует частоте радиотрансляции,
48 кГц – качеству звучания аудио- CD.
Ухо человека воспринимает звук в диапазоне от ~20 Гц до
20 кГц.
Опыт показывает, что точное соответствие цифрового
сигнала аналоговому достигается, если частота
дискретизации будет вдвое выше максимальной
звуковой частоты, то есть составит не менее 40 кГц.
На практике значения частоты дискретизации
применяемые в звуковых системах, равны 44,1 кГц или
48 кГц.
Чем больше частота дискретизации (количество
измерений в единицу времени), тем качественнее звук.

13. Задача № 1

Оцените информационный объем
высококачественного
стереоаудиофайла длительностью
звучания 1мин, если «глубина»
кодирования 16 бит, а частота
дискретизации 48 кГц.

14. Решение:

Информационный объем звукового
файла длительностью в 1 с равен:
16 бит * 48000 * 2 = 1536000 бит =
187, 5 Кб
Информационный объем звукового
файла длительностью в 1 мин равен:
187,5 Кб * 60 с = 11 Мб

15. Задача № 2

Рассчитайте время звучания
монофайла, если при 16-битном
кодировании и частоте
дискретизации 32 кГц его объем
равен:
1. 700 Кб
2. 63000 Кб

16. Вопросы:

В последнее время начал использоваться
графический режим с глубиной цвета 32 бит.
Определите:
Какое количество цветов отображается на
экране при этой глубине цвета?
Какой объем видеопамяти необходим для
реализации данной глубины цвета при
различных разрешающих способностях
экрана?
От каких параметров зависит качество
двоичного кодирования звука?
Какое количество уровней звукового сигнала
кодируется в устаревших 8-битных звуковых
картах?
Рассчитайте объем моно аудио файла
длительностью 10 секунд при 16-битном
кодировании и частоте дискретизации 44 Кгц.

17. Задание

С помощью программы Звукозапись
запишите при 16-битном кодировании
и частоте дискретизации 44 Кгц моно
аудио файл длительностью 10
секунд. Посмотрите его объем.

18. Дополнительная информация

В простейшем случае синтезатор звуковой карты
генерирует звук, подобно аналоговым синтезаторам
недалекого прошлого. В синтезаторе есть несколько
управляемых генераторов, вырабатывающих
электрические колебания. После смешивания сигналов
от генераторов можно получить звук, имитирующий
естественные музыкальные инструменты. Синтезатор
также может создавать эффектные звуки.

19.

Еще больше расширяет возможности синтезатора
генератор огибающей. С его помощью можно
регулировать динамические характеристики
звукового сигнала. Изменять время "атаки",
"спада", "поддержки" и "затухания". Эти
характеристики звука знакомы музыкантам.

20.

Многие музыкальные инструменты имеют
шумовую составляющую в звуке. Это в большей
степени относится к ударным инструментам барабанам, тарелкам. В синтезаторе звуковой карты
присутствует генератор шума, облегчающий
имитацию как звучания ударных и духовых
инструментов, так и природных шумов (ветер,
море).

21.

Звук, получаемый с помощью частотного синтеза,
далек от совершенства. Поэтому в современных
звуковых картах применяют синтезатор, основанный
на воспроизведении заранее записанных
натуральных звуков музыкальных инструментов.
Звуки оцифровываются и хранятся в файлах в виде
так называемых "семплов", содержащих звук только
одной ноты.

22.

Для каждого музыкального инструмента часто
используют несколько семплов, привязанных к узкому
диапазону клавиш на MIDI-клавиатуре. В момент
воспроизведения звук семпла немного повышается или
понижается, в зависимости от нажатой клавиши.

23.

То есть, для публикации трехминутного файла в
Интернете понадобится 30 мегабайт дискового
пространства. При средней скорости закачки по
модему 1 килобайт в секунду вашему слушателю
понадобится на закачку файла около восьми часов.
Это нереально. Как же быть? Чтобы разрешить эту
проблему, применяются математические методы
сжатия информации в файле.

24.

Современные методы компрессии файлов учитывают
особенности восприятия звука человеком и убирают
избыточную информацию, что позволяет уменьшать
размер аудиофайлов в 10 и более раз.
Наиболее распространенными форматами
аудиокомпрессии являются MPEG3, Real Audio и Windows
Media. Для форматов MPEG3 разработаны даже
переносные миниатюрные плееры, воспроизводящие
упакованные файлы с флеш-карт и компакт-дисков.

25.

Компрессия аудиофайлов может осуществляться
с различной степенью сжатия. Чем больше степень
сжатия, тем меньше поток информации, тем ниже
качество звука. При сжатии аудиофайлов приходится
искать компромисс между качеством и объемом файла.

26. Преобразование звука

Звуковой файл файл, хранящий
звуковую
информацию
в числовой
двоичной форме.