Класс
Кодирование звуковой информации.
Звук представляет собой распространяющуюся в воздухе, воде или другой среде волну с непрерывно меняющейся амплитудой и частотой.
Человек воспринимает звуковые волны с помощью слуха в форме звука различной громкости и тона.
Временная дискретизация звука – это когда непрерывная звуковая волна разбивается на маленькие кусочки. Что и показано на рисунке.
Уровни громкость на рисунке это уровни на вертикальной шкале.
Каждый уровень громкости в компьютере кодируется в битах.
Глубина кодирования звука – это количество информации (биты), которое необходимо для кодирования дискретных уровней громкости цифрового звука.
Также громкость измеряется в децибелах.
Уровни громкости и глубина кодирования связанны формулой:
N=2I
где N – это количество уровней, а I это глубина кодирования.
На данном рисунке представлен звук.
Черная линия это аналоговый звук (непрерывный).
Красная линия это цифровой звук. (дискретный т.е. разбитый на кусочки)
Синие кружочки это места, в которых производились замеры.
Как происходит запись звука. Микрофон делает некоторое количество записей в секунду. Частота записи называется частотой дискретизации и измеряется в герцах или килоГерцах (1000 Гц). И каждая запись в этой секунде задана глубиной кодирования.
Частота дискретизации это количество измерений громкости звука за одну секунду.
Горизонтальная шкала на рисунке.
Звук бывает моно, стерео, квадро и др. Моно это одноканальная запись, стерео это двухканальная запись, а квадро четырехканальная.
Объем файла = глубина кодирования * частоту дискретизации * длительность * кол-во каналов.
И наконец, перейдем к решению задач.
| Дано: одноканальная звукозапись, уровней громкости 16, частота дискретизации 20кГ, продолжительность записи 50секунд ответ записать в килобайтах | Решение N = 16, количество уровней громкости и по формуле N = 2I получаем 16 = 2 I 16 = 24 I = 4 бита I = 4 бита это глубина кодирования звука Частота дискретизации 20 кГц = 20000 Гц Нам известно количество измерений в 1 секунде (20000) и известно сколько весит одно измерение (4 бита), значит мы можем найти объем 1 секундной записи. 20000 * 4 = 80000 * 1 = 80000 бита 80000 бит весит одна секунда записи. А всего запись длилась 50 сек. Значит мы 80000(бит) * 50(сек) = 4000000 бит Мы получили объем нашей записи. Но ответ нужен в килобайтах для этого мы: 4000000 бит делим на 8 и получаем байты 4000000/8 = 500000 байт 500000 байт делим на 1024 и получаем килобайты 500000/1024 = 488,28125 килобайт |
| Найти: объем звукового файла. Что мы сделали мы 20000 - частота дискретизации умножили на 4 - глубину кодирования. И умножили на 1!!! – т.к. это одноканальная запись. При 2 - канальной (стерео) мы умножили бы на 2. При квадро на 4. Так как идет 4 параллельных записи. | |
| Ответ: 488,28килобайта весит наш файл звукозаписи, длительностью 50 сек |
Дальнейшие решения я не буду так подробно расписывать. Здесь будут решены еще 4 задач с различными параметрами и заданиями.
Итак, у нас есть:
| Кол-во каналов | 1-решена | ||||
| Глубина кодирования | 4 бита | 16 бит | 256 ур | ? | |
| Частота дискретизации | 20 кГц | 16000 Гц | ? | 12 кГц | |
| Длительность звукозаписи | 50 сек | ? | 30 сек | 1 мин | 1,5 мин |
| Информационный объем файла | 488,28 кб | 3000 кб | 1 мб | 2109,375кб | ? |
Мы найдем каждый из этих параметров (глуб. кодир. указана в уровнях громкости)
2 задача.
Дано: глубина кодирования 16 бит, частота дискретизации 16000 Гц, объем файла 3000 кб.
Найти: длительность.
Решение: 16*16000 = 256000 бит – это 1 сек или по другому бит/сек
3000 кб = 3000*1024 байт = 3000*1024*8 бит = 24576000 бит
24576000 бит /256000 бит / сек = 96 сек – нашли длительность
3 задача.
Дано: кол-во уровней громкости 256, объем файла 1 мб, длительность 30 сек.
Найти: частоту дискретизации.
Решение: 256 = N, N = 2I, 256 = 2I, 256 = 28 I = 8 бит. - нашли глубину кодирования
1мб = 1 * 1024 кб = 1*1024*1024 байта = 1*1024*1024*8 бит =8388608бит
Перевели объем из мб в биты.
8388608 бит / 30сек = 279620 бит/сек (бит в сек) нашли объем файла в 1 секунде
279620 бит /сек / 8 бит = 34 952 Гц(1/сек) - нашли частоту дискретизации
4 задача.
Дано: частота дискретизации 12 кГц, длительность 1 минута, объем файла 2109,375 кб
Найти: глубину кодирования.
Решение: длительность - 1 минута = 60 сек, так как измерения в 1 секунде.
12 кГц = 12000 Гц
объем файла 2109,375 кб = 2109,375 * 1024 байт = 2109,375*1024*8 бит = 17280000 бит
17280000 бит / 60 сек = 288000 бит/сек – объем файла длительностью 1 секунда
288000 бит/ сек / 12000 Гц(1/ сек) = 24 бита - глубина кодирования
5 задача*. (усложненная)
Дано: глубина кодирования 8 бит, частота дискретизации 14000 Гц, длительность 1,5 мин.
Полученный файл дополнительно сжат на 20%.
Найти: объем сжатого файла (в кб) и на сколько сек быстрее не сжатого файла он передастся по сети при скорости передачи 1000 бит в сек
Решение: 1,5 мин = 90сек - длительность 8*14000*90 = 10080000 бит - объем файла
10080000 * 1(100%) не сжатый файл
10080000* 0,8 (80%) = 8064000 бит – сжатый файл
умножаем на 0,8, так как 100% - 20% = 80% или 0,8
10080000 бит / 1000 бит/сек = 10080 сек будет передаваться несжатый файл
8064000 бит / 1000 бит/сек = 8064 сек будет передаваться сжатый файл
10080 – 8064 = 2016 сек – на столько быстрее передастся сжатый файл