Слайд 2
l
λ
Непрерывная звуковая волна
Длина волны.
Величина обратная частоте.
Чем
она больше, тем звук ниже
Амплитуда колебаний.
Чем она больше, тем
звук громче
Слайд 3
Основные характеристики звука
Длина волны и частота:
l = 1/υ
Чем
больше длина волны, тем меньше частота.
Измеряется в количестве
колебаний в секунду (1/сек)
Амплитуда колебаний.
Соответствует громкости звука.
Громкость измеряется в децибелах (дБ)
Слайд 5
Временная дискретизация звука
Процесс разбиения непрерывной звуковой волны на
отдельные (дискретные) временные участки, для которых может быть установлены
различные уровни громкости
Слайд 6
Частота дискретизации
Для записи аналогового сигнала и его преобразования
в цифровую форму используется микрофон, подключенный к звуковой карте
Качество
звука зависит от количества измерений уровня звука в секунду
Количество измерений уровня звука в единицу времени называется частотой дискретизации
Частота дискретизации лежит в диапазоне
от 8 000 до 48 000 измерений в секунду
Слайд 7
Глубина дискретизации
Каждому дискретному временному отрезку – каждой «ступеньке»
– присваивается определенный уровень громкости (N), для кодирования которых
требуется определенный объем информации (I)
Глубина кодирования звука – количество информации, необходимое для кодирования дискретных уровней громкости цифрового звука
N = 2I
Слайд 8
Пример
Известна глубина кодирования – 16 бит (I). Рассчитать
количество возможных уровней громкости внутри одного измерения звука (N)
По
формуле N = 2I находим:
N = 216 = 65 536
Каждому уровню громкости присваивается одно из 65 536 значений, которое кодируется двоичными числами от
0000 0000 0000 0000 (минимальный уровень) до
1111 1111 1111 1111 (максимальный уровень)
Слайд 9
Вопрос: назовите основные характеристики аналогового звука
Частота
(количество вершин на
единицу длины оси абсцисс)
От нее зависит высота тона звука.
Измеряется
в 1/сек
Амплитуда
(высота вершин на графике – координаты по оси ординат)
От нее зависит громкость звука
Измеряется в децибелах
Слайд 10
Вопрос: назовите основные характеристики цифрового звука
Частота дискретизации
(количество «ступенек»
на единицу длины оси абсцисс)
Определяет высоту тона звука
Измеряется в
1/сек
Глубина дискретизации
(на сколько частей может быть разбита одна «ступенька» на графике в высоту)
Определяет громкость звука
Измеряется в битах
Слайд 11
Качество оцифрованного звука
Совокупная характеристика качества цифрового звука –
профессиональный термин звукорежиссеров и DJ’ев – битрейт, представляет собой
произведение количества каналов на частоту и на глубину дискретизации .
Измеряется: бит × 1/сек = бит/сек
Слайд 12
Качество оцифрованного звука
Самое низкое качество цифрового звука (качество
телефонной связи) соответствует:
8 000 измерений в секунду (1/сек)
8 бит
глубины звука
Один канал (моно)
Битрейт:
1 × 8 × 8000 = 64000 = 62,5 кбит/сек
Слайд 13
Качество оцифрованного звука
Самое высокое качество цифрового звука (аудио-CD)
соответствует:
48 000 измерений в секунду (1/сек)
16 бит глубины звука
Два канала (стерео)
Битрейт:
48 000 × 16 × 2 = 1 536 000 ≈ 1,5 Мбит/сек
Современные аудиосистемы кроме стерео поддерживают т.н. квадрозвук – 4 канала
Слайд 14
Информационный объем
звукового файла
Чем выше качество звука, тем
больше требуется дискового пространства для его хранения и оперативной
памяти для его обработки.
Информационный объем определяется как произведение глубины и частоты дискретизации на длительность воспроизведения и на количество каналов
(или произведение битрейта на длительность)
Слайд 15
Пример
Определить информационный объем 5-секундной стереозвуковой дорожки с
глубиной кодирования 16 бит и частотой дискретизации 24 000
1/с
Решение:
16 бит × 24 000 1/сек × 5 сек × 2 (канала) =
= 3 840 000 бит = 468,75 кБ
Слайд 16
Программное обеспечение для работы со звуком
Различают:
Средства записи звука
Звуковые
редакторы
Плееры
Слайд 17
Хранение цифрового звука
В виде аудиотреков на аудио-CD
В виде
звуковых файлов
Слайд 18
Хранение цифрового звука.
Audio Track
Аудиотрек представляет собой формат записи
звука в виде непрерывного цифрового потока.
Аналогично звуковым дорожкам
на виниловых дисках.
Звук хранится без сжатия.
Аудиодорожка воспринимается компьютером, как файл с расширением *.cda (Compact Disk Audio). Он хорошо воспроизводится плеером, но его нельзя скопировать.
Слайд 19
Хранение цифрового звука.
Звуковые файлы
Наиболее распространенные форматы звуковых файлов:
wav
(wave)
wma (Windows Media Audio)
mid (midi)
mp3
и др.
Из них только
wav хранит несжатый звук, все остальные используют сжатие
Слайд 20
Сжатие звуковой информации
При сохранении звука в форматах со
сжатием происходит отбрасывание не воспринимаемых человеческим ухом частот с
малой амплитудой.
Сжатие до десятков раз
Потеря информации, что может привести к ухудшению качества звука
Слайд 21
Работа со сжатым звуком
При работе со сжатым звуком
файл сначала распаковывается и только потом поступает на обработку
плеером или редактором.
Для распаковки/сжатия аудио применяются специальные программы аудиокодеки (Audio Coder/Decoder)
Слайд 22
Задание 1
Звуковая плата производит кодирование аналогового звукового сигнала.
Какое количество информации необходимо для кодирования каждого из 65
536 возможных уровней громкости сигнала?
Решение:
2i = 65 536
216 = 65 536
I = 16
Слайд 23
Задание 2
Определить информационный объем
10-секундной звуковой дорожки при:
Моно,
8 бит, 8 000 измерений
Стерео, 16 бит, 48 000
измерений
Решение:
1 × 8 × 8 000 × 10 = 640 000 = 78,1 (кБ)
2 × 16 ×48 000 × 10 = 15 360 000 = 1,83 (МБ)
Слайд 24
*Задание 3
Определить длительность звукового файла, который может уместиться
на дискете 3,5’’.
Учесть, что для хранения данных на
дискете доступно 2 847 секторов, объемом 512 байт каждый.
Моно, 8 бит, 8 000 измерений
Стерео, 16 бит, 48 000 измерений
Слайд 26
Задание 4
Подсчитать, сколько места будет занимать одна минута
цифрового стереозвука с частотой 44.1 кГц и разрядностью 16
бит
Решение.
Число каналов: 2
Длительность звучания: 60 сек
Частота дискретизации:
44,1 * 1 000 = 44 100 Гц (44 100 1/сек)
Разрядность: 16 бит
Информационный объем:
2 * 60 * 44 100 * 16 =
= 84 672 000 бит =
= 10 584байт ≈ 10 Мб
Слайд 27
Задание 5
Подсчитать, сколько места будет занимать две минуты
цифрового стереозвука с частотой 11 кГц и разрядностью 16
бит
Решение.
Число каналов: 2
Длительность звучания:
2 * 60 = 120 сек
Частота дискретизации:
11 * 1 000 =
= 11 000 Гц (11 000 1/сек)
Разрядность: 16 бит
Информационный объем:
2 * 120 * 11 000 * 16 =
= 42 240 000 бит =
= 5 280 000байт ≈ 5 Мб
Слайд 28
Задание 6
Подсчитать, сколько места будет занимать семь минут
цифрового монозвука с частотой 22 кГц и разрядностью 8
бит
Решение.
Число каналов: 1
Длительность звучания:
7 * 60 = 420 сек
Частота дискретизации:
22 * 1 000 =
= 22 000 Гц (22 000 1/сек)
Разрядность: 8 бит
Информационный объем:
1 * 420 * 22 000 * 8 =
= 73 920 000 бит =
= 9 240 000 байт ≈ 8,8 Мб
Слайд 29
Задание 7
Подсчитать, сколько места будет занимать три минуты
цифрового стереозвука с частотой 32 кГц и разрядностью 8
бит
Решение.
Число каналов: 2
Длительность звучания:
3 * 60 = 180 сек
Частота дискретизации:
32 * 1 000 =
= 32 000 Гц (32 000 1/сек)
Разрядность: 8 бит
Информационный объем:
2 * 180 * 32 000 * 8 =
= 92 160 000 бит =
= 11 520 000 байт ≈ 11 Мб
Слайд 30
Задание 8
Какой объем данных имеет моноаудиофайл, длительность звучания
которого 1 секунда, при среднем качестве звука (16 бит,
24 кГц)?
Решение.
Число каналов: 1
Длительность звучания: 1 с
Частота дискретизации:
24 * 1 000 =
= 24 000 Гц (24 000 1/сек)
Разрядность: 16 бит
Информационный объем:
1 * 1 * 24 000 * 16 =
= 384 000 бит =
= 48 000 байт ≈ 47 кб
Слайд 31
Задание 9
Рассчитайте объем стереоаудиофайла длительностью 20 секунд при
20-битном кодировании и частоте дискредитации 44.1 кГц.
Решение.
Число каналов: 2
Длительность
звучания: 20 с
Частота дискретизации:
44,1 * 1 000 =
= 44 100 Гц (44 100 1/сек)
Разрядность: 20 бит
Информационный объем:
2 * 20 * 44 100 * 20 =
= 35 280 000 бит =
= 4 410 000 байт ≈ 4,2 Мб
Слайд 32
Задание 10
Определите количество уровней звукового сигнала при использовании
8-битных звуковых карт
Решение.
Количество возможных уровней громкости сигнала
N = 2I
N
= 28
N = 256
Ответ: а. 256 уровней
Слайд 33
Задание 11
Подсчитать объем файла с 10 минутной речью
записанного с частотой дискретизации
11 025 Гц и разрядностью
кода 4 бита на 1 измерение.
Решение.
Число каналов:
речь принято записывать в режиме моно (1 канал)
Длительность звучания:
10 * 60 = 600 сек
Частота дискретизации:
11 025 Гц (11 025 1/сек)
Разрядность: 4 бит
Информационный объем:
1 * 600 * 11 025 * 4 =
= 26 460 000 бит =
= 3 307 500 байт ≈ 3,15 Мб
Слайд 34
Задание 12
Подсчитать время звучания звукового файла объемом
3,5
Мбайт, содержащего стереозапись с частотой дискретизации 44 100 Гц
и разрядностью кода 16 бит на 1 измерение
Решение.
Число каналов: 2
Длительность звучания: Х
Частота дискретизации:
44 100 Гц (44 100 1/сек)
Разрядность: 16 бит
Информационный объем:
2 * Х * 44 100 * 16 = 3,5 (Мб)
1 411 200*Х = 29 360 128
Х = 20,8 (сек)
Слайд 35
Задание 13
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?
Решение.
Число каналов:
X. Пусть Х=1
Длительность звучания:
60 сек
Частота дискретизации: Y
Разрядность: Z (8 или 16)
Информационный объем:
2,6Мб = 21 810 381 бит
1 * 60 * Y * Z = 21 810 381
YZ = 363 506,35
При Y=8 Z=45438 Гц = 45,44 кГц ≈ 44,1 кГц (standard)
При Y=8 Z=22719 Гц = 22,72 кГц ≈ 22,05 кГц (standard)
Слайд 36
Задание14
Объем свободной памяти на диске 5,25 Мб, разрядность
звуковой платы 16. Какова длительность звучания цифрового аудиофайла, записанного
с частотой дискретизации
22,05 кГц?
Решение.
Число каналов:
неизвестно, принимаем 1
Длительность звучания: Х
Частота дискретизации:
22,05 * 1 000 = 22 500 Гц Разрядность: 16 бит
Информационный объем:
5,25 Мб = 44 040 192 бит
1 * Х * 22500 * 16 = 5,25 (Мб)
360 000*Х = 44 040 192
Х = 122,3 (сек)