Кодирование звука

Что нужно знать:
• при оцифровке звука в памяти запоминаются только отдельные значения сигнала, который нужно выдать на динамик или наушники
• частота дискретизации определяет количество отсчетов, запоминаемых за 1 секунду; 1 Гц (один герц) – это один отсчет в секунду, а 8 кГц – это 8000 отсчетов в секунду
• глубина кодирования – это количество бит, которые выделяются на один отсчет

• для хранения информации о звуке длительностью t секунд, закодированном с частотой дискретизации f Гц и глубиной кодирования B бит требуется B*f*t бит памяти; например, при кГц, глубине кодирования 16 бит на отсчёт и длительности звука 128 секунд требуется
бит
байт
Кбайт
Мбайт
• при двухканальной записи (стерео) объем памяти, необходимый для хранения данных одного канала, умножается на 2
Что нужно знать:

• для упрощения ручных расчетов можно использовать приближённые равенства
1 мин = 60 сек  64 сек = 26 сек
1000  1024 = 210
• нужно помнить, что
1 Мбайт = 220 байт = 223 бит,
1 Кбайт = 210 байт = 213 бит
Что нужно знать:

Задача 1
Музыкальный фрагмент был оцифрован и записан в виде файла без использования сжатия данных. Получившийся файл был передан в город А по каналу связи за 30 секунд. Затем тот же музыкальный фрагмент был оцифрован повторно с разрешением в 2 раза выше и частотой дискретизации в 1,5 раза меньше, чем в первый раз. Сжатие данных не производилось. Полученный файл был передан в город Б; пропускная способность канала связи с городом Б в 4 раза выше, чем канала связи с городом А. Сколько секунд длилась передача файла в город Б? В ответе запишите только целое число, единицу измерения писать не нужно.

объём музыкального файла вычисляется по формуле
, где f – частота дискретизации, r – разрешение (глубина кодирования), k – количество каналов, t – время звучания
2) при повышении разрешения (количества битов на хранения одного отсчёта) в 2 раза объём файла (при прочих равных условиях) увеличивается в 2 раза, поэтому время тоже увеличится в 2 раза
3) при снижении частоты дискретизации (количества хранимых отсчётов за 1 секунду) в 1,5 раза объём файла (при прочих равных условиях) уменьшается в 1,5 раза, поэтому время тоже уменьшится в 1,5 раза
4) при увеличении пропускной способности канала связи (здесь это то же самое, что и скорость передачи данных) в 4 раза время передачи (при прочих равных условиях) уменьшится в 4 раза
Задача 1

поэтому исходное время передачи файла нужно
а) умножить на 2
б) разделить на 1,5
в) разделить на 4
получается 30 · 2 / 1,5 / 4 = 10 секунд
Ответ: 10.
Задача 1

Задача 2
Производилась двухканальная (стерео) звукозапись с частотой дискретизации 64 кГц и 24-битным разрешением. В результате был получен файл размером 120 Мбайт, сжатие данных не производилось. Определите приблизительно, сколько времени (в минутах) производилась запись. В качестве ответа укажите ближайшее к времени записи целое число, кратное 5.

так как частота дискретизации 64 кГц, за одну секунду запоминается 64000 значений сигнала
так как глубина кодирования – 24 бита = 3 байта, для хранения 1 секунды записи требуется
2  64000  3 байта
(коэффициент 2 – для стерео записи)
на 1 минуту = 60 секунд записи потребуется
60  2  64000  3 байта
Задача 2

переходим к степеням двойки, заменяя 60 ← 64 = 26; 1000 ← 1024 = 210:
26 × 21 × 26 × 210 × 3 байта = 26 × 21 × 26 × 3 Кбайта
= 22 × 21 × 3 Мбайта = 24 Мбайта
тогда время записи файла объёмом 120 Мбайт равно 120 / 24 = 5 минут
таким образом, правильный ответ – 5.
Задача 2

Производилась двухканальная (стерео) звукозапись с частотой дискретизации 64 кГц и 24-битным разрешением. В результате был получен файл размером 120 Мбайт, сжатие данных не производилось. Определите приблизительно, сколько времени (в минутах) производилась запись. В качестве ответа укажите ближайшее к времени записи целое число, кратное 5.
Задача 3

так как частота дискретизации 64 кГц, за одну секунду запоминается 64000 значений сигнала
так как глубина кодирования – 24 бита = 3 байта, для хранения 1 секунды записи требуется
2 × 64000 × 3 байта
(коэффициент 2 – для стерео записи)
на 1 минуту = 60 секунд записи потребуется
60 × 2 × 64000 × 3 байта
Задача 3

переходим к степеням двойки, заменяя 60 ← 64 = 26; 1000 ← 1024 = 210:
26 × 21 × 26 × 210 × 3 байта = 26 × 21 × 26 × 3 Кбайта
= 22 × 21 × 3 Мбайта = 24 Мбайта
тогда время записи файла объёмом 120 Мбайт равно 120 / 24 = 5 минут
таким образом, правильный ответ – 5.
Задача 3

Задача 4
Производится одноканальная (моно) звукозапись с частотой дискретизации 16 кГц и глубиной кодирования 24 бита. Запись длится 1 минуту, ее результаты записываются в файл, сжатие данных не производится. Какое из приведенных ниже чисел наиболее близко к размеру полученного файла, выраженному в мегабайтах?
1) 0,2 2) 2 3) 3 4) 4

Задача 4
так как частота дискретизации 16 кГц, за одну секунду запоминается 16000 значений сигнала
так как глубина кодирования – 24 бита = 3 байта, для хранения 1 секунды записи требуется
16000 × 3 байта = 48 000 байт
(для стерео записи – в 2 раза больше)
на 1 минуту = 60 секунд записи потребуется
60 × 48000 байта = 2 880 000 байт,
то есть около 3 Мбайт
таким образом, правильный ответ – 3.

Задача 5
Производится одноканальная (моно) звукозапись с частотой дискретизации 64Гц. При записи использовались 32 уровня дискретизации. Запись длится 4 минуты 16 секунд, её результаты записываются в файл, причём каждый сигнал кодируется минимально возможным и одинаковым количеством битов. Какое из приведённых ниже чисел наиболее близко к размеру полученного файла, выраженному в килобайтах?
1) 10 2) 64 3) 80 4) 512

Задача 5
так как частота дискретизации 64 Гц, за одну секунду запоминается 64 значения сигнала
глубина кодирования не задана!
используется 32 = 25 уровня дискретизации значения сигнала, поэтому на один отсчет приходится 5 бит
время записи 4 мин 16 с = 4 × 60 + 16 = 256 с
за это время нужно сохранить
256 × 5 × 64 бит = 256 × 5 × 8 байт = 5 × 2 Кбайт = 10 Кбайт
таким образом, правильный ответ – 1.