Кодирование и обработка звуковой информации

Знаете ли вы …
Что такое звук?
Как раньше хранили звуковую информацию? Какие носители звуковой информации используются сейчас?
Чем отличается «живой» звук от «цифрового»?
От чего зависит качество звука?

Задачи урока
понять различие между аналоговым и цифровым звуком;
познакомиться с принципами кодирования звуковой информации;
определить, от каких параметров зависит качество цифрового звука;
научиться находить объем звуковой информации;
сформировать навыки записи и сохранения звука с нужным качеством.

В каком виде должна быть представлена информация, чтобы её можно было обрабатывать при помощи компьютера?
Что такое аналоговая и дискретная информация?
Приведите примеры представления информации в непрерывной (аналоговой) и в дискретной форме.
Что такое разрешение графического изображения?
Что такое глубина цвета?
Давайте вспомним…

При аналоговом представлении информации физическая величина изменяется плавно и непрерывно, принимая при этом бесконечное множество значений.
Аналоговая и дискретная форма информации

Аналоговая и дискретная форма информации
При дискретном представлении информации физическая величина изменяется скачкообразно, принимая при этом конечное множество значений.
Дискретизация – это преобразование аналоговой формы информации в набор дискретных значений.

Немного физики

Громкость звука

Частота звука

Как измерить звук?
(материал для любознательных)

Схема кодирования и декодирования звука
АЦП – аналого-цифровой преобразователь
ЦАП – цифро-аналоговый преобразователь
Компьютер
ОЗУ
1100111100001110011111001111100011100001

Временнáя дискретизация звука
(0) 000
(1) 001
(2) 010
(3) 011
(4) 100
(5) 101
(6) 110
(7) 111
Аналоговый сигнал
Дискретный сигнал
000
100
110
101
100
011
011
100
Память
От чего будет зависеть
качество оцифрованного звука?

(0) 0000
(2) 0010
(4) 0100
(6) 0110
(8) 1000
(10) 1010
(12) 1100
(14) 1110
0000
(1) 0001
(3) 0011
(5) 0101
(7) 0111
(9) 1001
(11) 1011
(13) 1101
0101
1000
1011
1100
1100
1011
1001
1000
0111
0110
0110
0110
0111
1000
1001
Временнáя дискретизация звука
Память
Сколько различных уровней амплитуды звука можно закодировать 4 битами?

Частота дискретизации звука –
это количество измерений громкости звука за 1 секунду.

Разрядность дискретизации (глубина кодирования звука) –
это длина двоичного кода, используемого для кодирования каждого измеренного дискретного уровня громкости звука .
N – количество дискретных уровней звука
i – глубина кодирования звука (бит)

Качество цифрового звука
Примеры записи звука с различными параметрами:
i = 8 бит, F = 8 кГц
i = 8 бит, F = 24 кГц
i = 8 бит, F = 48 кГц
i = 16 бит, F = 8 кГц
i = 16 бит, F = 24 кГц
i = 16 бит, F = 48 кГц
(39 Кбайт)
(117 Кбайт)
(234 Кбайт)
(78 Кбайт)
(234 Кбайт)
(468 Кбайт)

Расчёт объёма звукового файла
I – объем звукового файла (бит);
F – частота дискретизации (Гц);
i – глубина кодирования звука (бит);
t – время звучания (сек);
k – количество каналов в записи (k = 1 – моно, k = 2 – стерео).
Чем выше качество звука, тем больше объём файла!

Задача 1
Определить объём высококачественного звукового файла со следующими параметрами: частота дискретизации 48 кГц,
глубина кодирования 16 бит, время звучания 10 секунд, стерео.
Решение:
F = 48 кГц = 48000 Гц
I = 48000 Гц ∙ 16 бит ∙ 10 сек ∙ 2 =
= 15360000 бит = 1920000 байт ≈
≈ 1875 Кбайт ≈ 1,83 Мбайт
Ответ: I ≈ 1,83 Мбайт
Дано:
F = 48 кГц
i = 16 бит
t = 10 сек
k = 2
Найти: I

Форматы звуковых файлов
WAV (Waveform audio format) – без сжатия, можно выбрать частоту дискретизации и глубину кодирования для уменьшения размера файла.
MP3 (MPEG-1 Audio Layer 3) – сжатие с потерей информации.
WMA (Windows Media Audio) – потоковый звук, сжатие с потерей информации.
Пример звука в формате MP3 (битрейт 96 Кбит/с):
Дорожка (10 сек, 120 Кбайт)

Задача 2
Сколько минут высококачественного звука можно записать на CD диск
(частота дискретизации 44,1 кГц, глубина кодирования 16 бит, стерео).
Решение:
F = 44,1 кГц = 44100 Гц
V = 700 Мбайт = 734003200 байт
i = 16 бит = 2 байта
t = V / (F ∙ i ∙ k)
t = 734003200 байт / (44100 Гц ∙ 2 байт ∙ 2) ≈
≈ 4160 сек ≈ 70 мин
Ответ: t ≈ 70 мин.
Почему на диске MP3 в несколько раз больше?

Знаете ли вы теперь …
Что такое звук?
Как раньше хранили звуковую информацию?
Какие носители звуковой информации используются сейчас?
Чем отличается «живой» звук от «цифрового»?
От чего зависит качество звука?
Тест «Кодирование звука»

Звуковые проигрыватели
Проигрыватель Windows Media

Звуковые редакторы
Звуковой редактор Audacity

Практическая работа
Запись
Стоп
1. Откройте приложение Звукозапись
(Пуск – Программы – Стандартные – Развлечения – Звукозапись)
Воспроизведение

Практическая работа
2. Откройте звуковой файл
(Файл – Открыть… – Мои документы – Моя музыка – Высоцкий.wav)

Практическая работа
3. Посмотрите свойства этого файла
(Файл – Свойства – Формат аудио: PCM 48 кГц; 16 бит; Стерео).

Практическая работа
4. Сохраните файл в той же папке с новым именем и характеристиками, заданными в таблице на рабочем листе
(Файл – Сохранить как… – Изменить… – Атрибуты).
5. Снова откройте исходный файл и повторите пункт 4 нужное количество раз.
Нажмите Ок, введите имя файла, нажмите Сохранить.
Посмотрите свойства файла и запишите их в таблицу
(Файл – Свойства – Формат аудио)

Практическая работа

Домашнее задание
1) §5.1.3.
2) Рассчитать объёмы файлов, полученные в практической работе. Сравнить с реальным объёмом.

Решены ли поставленные задачи?
понять различие между аналоговым и цифровым звуком;
познакомиться с принципами кодирования звуковой информации;
определить, от каких параметров зависит качество цифрового звука;
научиться находить объем звуковой информации;
сформировать навыки записи и сохранения звука с нужным качеством.

Спасибо за внимание!