Что такое звук в информатике 7 класс

Кодирование звуковой информации. 7 класс

1. «Кодирование звуковой информации» 7 класс

«КОДИРОВАНИЕ
ЗВУКОВОЙ
ИНФОРМАЦИИ»
7 КЛАСС

2.

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:
• Частотой дискретизации
• Разрядностью (глубина звука).

3. Звуковая волна

ЗВУКОВАЯ ВОЛНА
Если всю амплитуду «разбить» на 8 «кусочков», то каждый из них
будет кодироваться 3 битами.
110
101
100
011
010
001
1 сек.
000
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 11
Если 1 сек. записи разбить на 11 «кусочков», то частота
дискретизации будет равна 11 Гц.

4. Частота временной дискретизации

ЧАСТОТА ВРЕМЕННОЙ
ДИСКРЕТИЗАЦИИ
-это количество измерений входного сигнала
за 1 секунду.
Частота измеряется в герцах (Гц). Одно
измерение за одну секунду соответствует
частоте 1 Гц.
1000 измерений за 1 секунду – 1 килогерц
(кГц).
Характерные частоты дискретизации
аудиоадаптеров:
11 кГц, 22 кГц, 44,1 кГц и др.

5. Разрядность регистра (глубина звука)

РАЗРЯДНОСТЬ РЕГИСТРА
(ГЛУБИНА ЗВУКА)
— это число бит в регистре аудиоадаптера
(количество уровней звука).
Разрядность определяет точность измерения
входного сигнала . Чем больше разрядность, тем
меньше погрешность каждого отдельного
преобразования величины электрического сигнала в
число и обратно.
Если разрядность равна 8, то при измерении входного
сигнала может быть получено 28= 256, а если
разрядность равна 16 бит, то может быть получено
216=65536 различных значений.
Очевидно, что 16-разрядный аудиоадаптер точнее
кодирует и воспроизводит звук, чем 8-разрядный.

6.

ОБЪЕМ ЗВУКОВОГО ФАЙЛА
I=νtik
I – информационный объем файла, бит
V – частота дискретизации, Гц
t – время звучания, сек.
i – разрядность или глубина кодирования, бит
k – количество каналов
(Моно звук – 1 канал, Стерео звук – 2 канала)

7.

УРОВЕНЬ ИНТЕНСИВНОСТИ
(АМПЛИТУДА)
где,
N=2
i
i – разрядность или глубина кодирования, бит
N – количество уровней интенсивности

8.

Задача 1.
Определить информационный объем стерео аудио файла
длительностью звучания 1 секунда при глубине
кодирования 16 бит и частоте дискретизации 48 кГц.
Дано:
t=1 сек.
i=16 бит
V=48 кГц
K=2
Формулы:
I=Vtik
Найти:
I- ?
Ответ: I=187,5 Кб
Решение:
I=48000Гц*1 сек.*16
бит*2=1536000 бит/8
=192000 байт/1024
=187,5 Кб

9.

Задача 2.
Определить информационный объем цифрового моноаудио
файла, длительность звучания которого составляет 10
секунд при частоте дискретизации 22,05 кГц и разрешении
8 битов.
Дано:
t=10 сек.
i=8 бит
V=22,05 кГц
K=1
Формулы:
I=Vtik
Найти:
I- ?
Ответ: I=215,33 Кб
Решение:
I=22050Гц*10 сек.*8
бит*1=1764000 бит/8
=220500 байт/1024
=215,33 Кб

10. Решение задач

РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ
1. Определить объем памяти для хранения цифрового
аудиофайла, время звучания которого составляет две
№ 1. Объем
файла=10,09
минуты
при частоте
дискретизацииМб
44,1 кГц и
разрешении 16 битов.
2. В распоряжении пользователя имеется память
объемом
2,6 Мб. Необходимо
записать цифровой
№ 2. Частота
дискретизации=23
кГц
аудиофайл с длительностью звучания 1 минута. Какой
должна быть частота дискретизации, если разрядность
равна 16 бит?
3. Объем
свободной памяти
на диске — 5,25 Мб, сек.
№
3. Длительность
звучания=124,83
разрядность звуковой платы — 16. Какова
длительность звучания цифрового аудиофайла,
записанного с частотой дискретизации 22,05 кГц?
4.
минута записи цифрового
аудиофайла бит
№Одна
4. Разрядность
аудиоадаптера=8
занимает на диске 1,26 Мб. Найдите разрядность
звуковой платы, если частота дискретизации равна 22
кГц?

7 класс Информатика «Кодирование звукового информации»
презентация к уроку по информатике и икт (7 класс)

7 класс Информатика Кодирование звугового информации.

Скачать:

Вложение	Размер
kodirovanie_zvukovoy_informatsii.ppt	2.07 МБ

Предварительный просмотр:

Подписи к слайдам:

Свойства : звук — продольная волна; распространяется в упругих средах (воздух, вода, различные металлы и т.д.); имеет конечную скорость. Звуковые колебания (волны) – механические колебания, частота которых лежит в пределах от 20 до 20 000 Гц. Звуковые колебания 20 Гц 20 000 Гц

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.). Единица громкости звука — децибел (дБ) (десятая часть бела). Названа в честь Александра Грэхема Белла, изобретателя телефона. sound_high_low.swf sound_quiet_aloud.swf

fourth.swf third.swf Зависимость громкости и высоты тона звука от интенсивности и частоты звуковой волны

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

Звуковая информация 2. Временная дискредитация звука 3. Частота дискредитации 4. Глубина кодирования звука 5. Качество оцифрованного звука 6. Звуковые редакторы

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.

КВАНТОВАНИЕ — процесс замены реальных значений сигнала приближенными с определенной точностью. БИТРЭЙТ (bitrate) — уровень квантования, объем информации в единицу времени (bits per second). То есть, какое количество информации о каждой секунде записи мы можем потратить. Измеряется в битах (bit).

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

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

Пусть глубина кодирования звука составляет 16 битов, тогда количество уровней громкости звука равно: N = 2 I = 2 16 = 65 536 В процессе кодирования каждому уровню громкости звука присваивается свой 16-битовый двоичный код, наименьшему уровню звука будет соответствовать код 0000000000000000, а наибольшему — 1111111111111111. ГЛУБИНА ДИСКРЕТИЗАЦИИ ЗВУКА ( I ) – это количество информации, которое необходимо для кодирования дискретных уровней громкости цифрового звука. N – количество уровней громкости I – глубина кодирования

ЧАСТОТА ДИСКРЕТИЗАЦИИ ЗВУКА – это количество измерений громкости звука за одну секунду. 1 Гц = 1/с 1 кГц = 1000 /с Сэмплрэйт (samplerate) — частота дискретизации (или частота сэмплирования) — частота взятия отсчетов непрерывного во времени сигнала при его дискретизации (в частности, аналого-цифровым преобразователем — АЦП). sound_frequency.swf

Чем выше качество цифрового звука, тем больше информационный объем звукового файла. Параметр Глубина кодирования Частота дискретизации Телефонная связь 8 бит до 8 кГц Среднее качество 8 бит или 16 бит 8-48 кГц Звучание CD -диска 16 бит до 48 кГц

V = i * m * t * k V — объем звукового файла, i — глубина кодирования звука, m — частота дискретизации звука, t — длительность звучания файла, k — количество каналов звучания (режим моно k = 1, стерео k = 2)

Пример . Оцените информационный объем высокочественного стереоаудиофайла длительностью звучания 1 минута, если «глубина» кодирования 16 бит, а частота дискретизации 48 кГц. Информационный объем звукового файла длительностью в 1 секунду равен: 16 бит * 48 000 * 2 = 1 536 000 бит = 187,5 Кбайт Это значит, что битрейт или скорость воспроизведения должна быть равна 187,5 килобайт в секунду. Информационный объем звукового файла длительностью 1 минута равен: 187,5 Кбайт/с * 60 с = 11 Мбайт

Очистка от шумов Разделение стерео-записи на два различных файла: Микширование звука Наложение эффектов Редактирование звука — это любое это преобразование.

Звуковые редакторы позволяют изменять качество цифрового звука и объем звукового файла путем изменения частоты дискретизации и глубины кодирования. Оцифрованный звук можно сохранять без сжатия в звуковых файлах в универсальном формате WAV или в формате со сжатием МР3. При сохранении звука в форматах со сжатием отбрасываются «избыточные» для человеческого восприятия звуковые частоты с малой интенсивностью, совпадающие по времени со звуковыми частотами с большой интенсивностью. Применение такого формата позволяет сжимать звуковые файлы в десятки раз, однако приводит к необратимой потере информации (файлы не могут быть восстановлены в первоначальном виде).

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.

Задачи: Задача №1 . Подсчитать объем файла с 10 минутной речью записанного с частотой дискретизации 11025 Гц и разрядностью кода (глубина звука/размер аудио образца) 4 бита на 1 измерение — Что нам нужно вычислить в данной задаче? — Информационный объем звукового файла — Как мы можем его найти? по формуле: V = m * t * i * k Нам нужно перевести единицы измерения, минуты в секунды. Дано: t = 10мин, m = 11025 Гц i = 4бита Найти: V – ? Решение: V = v * t * i * k = 600сек * 11025 Гц * 4 бита * 1 = 26460000 (бит) = 3307500 (байт) = 3229, 98 (Кб) = 3,15 (Мб) Ответ: 3,15 (Мб)

Решите задачу в тетради: Задача №2. Подсчитать время звучания звукового файла объемом 3.5 Мбайт, содержащего стереозапись с частотой дискретизации 44 100 Гц и глубиной звука 16 бит.

Кодирование и обработка звуковой информации

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

Человек воспринимает звуковые волны (колебания воздуха) с помощью слуха в форме звука различных громкости и тона. Чем больше интенсивность звуковой волны, тем громче звук, чем больше частота волны, тем выше тон звука (рис. 1.1).

Рис. 1.1. Зависимость громкости и высоты тона звука от интенсивности и частоты звуковой волны

Человеческое ухо воспринимает звук с частотой от 20 колебаний в секунду (низкий звук) до 20 000 колебаний в секунду (высокий звук).

Человек может воспринимать звук в огромном диапазоне интенсивностей, в котором максимальная интенсивность больше минимальной в 10 14 раз (в сто тысяч миллиардов раз). Для измерения громкости звука применяется специальная единица «децибел» (дбл) (табл. 5.1). Уменьшение или увеличение громкости звука на 10 дбл соответствует уменьшению или увеличению интенсивности звука в 10 раз.

Таблица 5.1. Громкость звука

Временная дискретизация звука. Для того чтобы компьютер мог обрабатывать звук, непрерывный звуковой сигнал должен быть преобразован в цифровую дискретную форму с помощью временной дискретизации. Непрерывная звуковая волна разбивается на отдельные маленькие временные участки, для каждого такого участка устанавливается определенная величина интенсивности звука.

Таким образом, непрерывная зависимость громкости звука от времени A(t) заменяется на дискретную последовательность уровней громкости. На графике это выглядит как замена гладкой кривой на последовательность «ступенек» (рис. 1.2).

Рис. 1.2. Временная дискретизация звука

Частота дискретизации. Для записи аналогового звука и г го преобразования в цифровую форму используется микрофон, подключенный к звуковой плате. Качество полученного цифрового звука зависит от количества измерений уровня громкости звука в единицу времени, т. е. частоты дискретизации. Чем большее количество измерений производится за I секунду (чем больше частота дискретизации), тем точнее «лесенка» цифрового звукового сигнала повторяет кривую диалогового сигнала.

Частота дискретизации звука — это количество измерений громкости звука за одну секунду.

Частота дискретизации звука может лежать в диапазоне от 8000 до 48 000 измерений громкости звука за одну секунду.

Глубина кодирования звука. Каждой «ступеньке» присваивается определенное значение уровня громкости звука. Уровни громкости звука можно рассматривать как набор возможных состояний N, для кодирования которых необходимо определенное количество информации I, которое называется глубиной кодирования звука.

Глубина кодирования звука — это количество информации, которое необходимо для кодирования дискретных уровней громкости цифрового звука.

Если известна глубина кодирования, то количество уровней громкости цифрового звука можно рассчитать по формуле N = 2 I . Пусть глубина кодирования звука составляет 16 битов, тогда количество уровней громкости звука равно:

N = 2 I = 2 16 = 65 536.

В процессе кодирования каждому уровню громкости звука присваивается свой 16-битовый двоичный код, наименьшему уровню звука будет соответствовать код 0000000000000000, а наибольшему — 1111111111111111.

Качество оцифрованного звука. Чем больше частота и глубина дискретизации звука, тем более качественным будет звучание оцифрованного звука. Самое низкое качество оцифрованного звука, соответствующее качеству телефонной связи, получается при частоте дискретизации 8000 раз в секунду, глубине дискретизации 8 битов и записи одной звуковой дорожки (режим «моно»). Самое высокое качество оцифрованного звука, соответствующее качеству аудио-CD, достигается при частоте дискретизации 48 000 раз в секунду, глубине дискретизации 16 битов и записи двух звуковых дорожек (режим «стерео»).

Необходимо помнить, что чем выше качество цифрового звука, тем больше информационный объем звукового файла. Можно оценить информационный объем цифрового стереозвукового файла длительностью звучания 1 секунда при среднем качестве звука (16 битов, 24 000 измерений в секунду). Для этого глубину кодирования необходимо умножить на количество измерений в 1 секунду й умножить на 2 (стереозвук):

16 бит × 24 000 × 2 = 768 000 бит = 96 000 байт = 93,75 Кбайт.

Звуковые редакторы. Звуковые редакторы позволяют не только записывать и воспроизводить звук, но и редактировать его. Оцифрованный звук представляется в звуковых редакторах в наглядной форме, поэтому операции копирования, перемещения и удаления частей звуковой дорожки можно легко осуществлять с помощью мыши. Кроме того, можно накладывать звуковые дорожки друг на друга (микшировать звуки) и применять различные акустические эффекты (эхо, воспроизведение в обратном направлении и др.).

При сохранении звука в форматах со сжатием отбрасываются «избыточные» для человеческого восприятия звуковые частоты с малой интенсивностью, совпадающие по времени со звуковыми частотами с большой интенсивностью. Применение такого формата позволяет сжимать звуковые файлы в десятки раз, однако приводит к необратимой потере информации (файлы не могут быть восстановлены в первоначальном виде).

Контрольные вопросы

1. Как частота дискретизации и глубина кодирования влияют на качество цифрового звука?

Задания для самостоятельного выполнения

1. Задание с выборочным ответом. Звуковая плата производит двоичное кодирование аналогового звукового сигнала. Какое количество информации необходимо для кодирования каждого из 65 536 возможных уровней интенсивности сигнала?

1) 16 битов; 2) 256 битов; 3) 1 бит; 4) 8 битов.

2. Задание с развернутым ответом. Оценить информационный объем цифровых звуковых файлов длительностью 10 секунд при глубине кодирования и частоте дискретизации звукового сигнала, обеспечивающих минимальное и максимальное качество звука:

а) моно, 8 битов, 8000 измерений в секунду;

б) стерео, 16 битов, 48 000 измерений в секунду.

3. Задание с развернутым ответом. Определить длительность звукового файла, который уместится на дискете 3,5″ (учтите, что для хранения данных на такой дискете выделяется 2847 секторов объемом 512 байтов каждый):

а) при низком качестве звука: моно, 8 битов, 8000 измерений в секунду;

б) при высоком качестве звука: стерео, 16 битов, 48 000 измерений в секунду.

Опорный конспект по информатике на тему «Кодирование звуковой информации» (7 класс)

Звук представляет собой звуковую волну с непрерывно меняющейся амплитудой и частотой. Для человека звук тем громче, чем больше амплитуда сигнала, и тем выше тон, чем больше частота сигнала. Непрерывный сигнал не несет в себе информации, поэтому он должен быть превращен в последовательность двоичных нулей и единиц – двоичный цифровой код

Оцифровку звука выполняет специальное устройство на звуковой плате. Оно называется аналогово-цифровой преобразователь (АЦП). Обратный процесс – воспроизведение закодированного звука производится с помощью цифро-аналогового преобразователя

В процессе кодирования непрерывного звукового сигнала производится его дискретизация по времени. Звуковая волна разбивается на отдельные маленькие участки. Для каждого участка устанавливается определенная величина амплитуды. Каждой «ступеньке» присваивается значение громкости звука. Чем больше «ступенек», тем качественнее будет звук.

Качество звука зависит от двух характеристик – глубины кодирования звука и частоты дискретизации.

Глубина кодирования звука ( I ) – это количество бит, используемое для кодирования различных уровней сигнала или состояний. Тогда общее количество таких состояний ил уровней ( N ) можно вычислить по формуле: N =2 i . Современные звуковые карты обеспечивают 16-битную кодировку звука, и тогда общее количество различных уровней будет: 65536.

Частота дискретизации ( M ) – это количество измерений уровня звукового сигнала в единицу времени. Эта характеристика показывает качество звучания и точность процедуры двоичного кодирования. Измеряется в (Гц). Одно измерение за одну секунду соответствует частоте 1 Гц. Частота дискретизации звукового сигнала может принимать значения от 8 до 48 кГц. При частоте 8 кГц качество дискредитированного звукового сигнала соответствует качеству радиотрансляции, а при частоте 48 кГц – качеству звучания CD /.

Высокое качество звучания достигается при частоте дискретизации 44,1 кГц и глубины кодирования звука, равной 16 бит.

Человек никогда не сможет ничего придумать лучше того что создала природа. Но компьютерные технологии позволяют максимально быть близки к звукам живой природы.

Для того, чтобы найти объем звуковой информации, необходимо воспользоваться следующей формулой: I = M * t * i , где М – частота дискретизации, i — глубина кодирования, t – время звучания (в секундах)

Закрепление

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

Задание. У вас на столах есть файлы с карточками. Используя их, составьте схему кодирования и декодирования информации

Схема кодирования звука .

Звуковая волна микрофон переменный ток звуковая плата двоичный код память ЭВМ

Схема декодирования звука

память ЭВМ двоичный код звуковая плата переменный ток динамик звуковая волна.

Закрепление

ЗВУКОВЫЕ РЕДАКТОРЫ

* Звуковые редакторы позволяют изменять качество цифрового звука и объем звукового файла путем изменения частоты дискретизации и глубины кодирования.

* Оцифрованный звук можно сохранять без сжатия в звуковых файлах в универсальном формате WAV или в формате со сжатием МР3.

ФОРМАТЫ ЗВУКОВЫХ ФАЙЛОВ

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.

Домашнее задание
«Кодирование звуковой информации» — выучить конспект

Определите длительность звукового файла, который уместится на гибкой дискете 3,5”. Учтите, что для хранения данных на такой дискете выделяется 2847 секторов объемом 512 байт.

а) при низком качестве звука: моно, 8 бит, 8 кГц;

б) при высоком качестве звука: стерео, 16 бит, 48 кГц.

В распоряжении пользователя имеется память объемом 2,6 Мб. Необходимо записать цифровой аудиофайл с длительностью звучания 1 минута. Какой должна быть частота дискретизации и разрядность?

Определить объем памяти для хранения цифрового аудиофайла, время звучания которого составляет две минуты при частоте дискретизации 44,1 кГц и разрешении 16 бит.

3. Творческая работа: подготовить презентацию, демонстрирующую уникальные возможности midi-формата.