Кодирование информации

Оцифровка звука
Оцифровка – это преобразование аналогового сигнала в цифровой код (дискретизация).
– интервал дискретизации (с)
– частота дискретизации (Гц, кГц)
8 кГц – минимальная частота для распознавания речи
11 кГц, 22 кГц,
44,1 кГц – качество CD-дисков
48 кГц – фильмы на DVD
96 кГц, 192 кГц
Человек слышит
16 Гц … 20 кГц

Глубина кодирования
3-битное кодирование
(23 = 8 уровней):
8 битов = 256 уровней
16 битов = 65536 уровней
24 бита = 224 = 16 777 216 уровней
Глубина кодирования — это число битов для хранения одного результата измерений.
AЦП = Аналого-Цифровой Преобразователь
в звуковой карте

Вывод цифрового звука
Как восстановить сигнал?
без сглаживания
после сглаживания
уменьшать T
↑ размер файла
аналоговые устройства!
ЦАП = Цифро-Аналоговый Преобразователь
было до оцифровки
в звуковой карте

Оцифровка звука
Задача. Определите информационный объем данных, полученных при оцифровке звука длительностью
1 минута с частотой 44 кГц с помощью 16-битной звуковой карты. Запись выполнена в режиме «стерео».
За 1 сек каждый канал записывает 44000 значений,
каждое занимает 16 битов = 2 байта
всего 44000 ⋅ 2 байта = 88000 байтов
С учётом «стерео»
всего 88000 ⋅ 2 = 176000 байтов
За 1 минуту
176000 ⋅ 60 = 10560000 байтов
≈ 10313 Кбайт ≈ 10 Мбайт

Оцифровка – итог
можно закодировать любой звук (в т.ч. голос, свист, шорох, …)
есть потеря информации
большой объем файлов
Форматы файлов:
WAV (Waveform audio format), часто без сжатия (размер!)
MP3 (MPEG-1 Audio Layer 3, сжатие с учётом
восприятия человеком)
AAC (Advanced Audio Coding, 48 каналов, сжатие)
WMA (Windows Media Audio, потоковый звук, сжатие)
OGG (Ogg Vorbis, открытый формат, сжатие)

Инструментальное кодирование
MIDI (Musical Instrument Digital Interface — цифровой интерфейс музыкальных инструментов).
в файле .mid:
нота (высота, длительность)
музыкальный инструмент
параметры звука (громкость, тембр)
до 1024 каналов
в памяти звуковой карты:
образцы звуков (волновые таблицы)
MIDI-клавиатура:
нет потери информации при кодировании инструментальной музыки
небольшой размер файлов
невозможно закодировать
нестандартный звук, голос
программа для звуковой карты!
128 мелодических и 47 ударных

Кодирование видео
Синхронность!
изображения:
≥ 25 кадров в секунду
PAL/SECAM: 720×576, 24 бита
за 1 с: 720×576×25×3 байта ≈ 30 Мб
за 1 мин: 60×32 Мбайта ≈ 1,74 Гб
HDTV: 1280×720, 1920×1080.
4K: 4096×3072
исходный кадр + изменения (10-15 с)
сжатие (кодеки – алгоритмы сжатия)
DivX, Xvid, H.264, WMV, Ogg Theora…
звук:
48 кГц, 16 бит
сжатие (кодеки – MP3, AAC, WMA, …)