Что такое звук? С помощью микрофона звук преобразуется в так называемый аналоговый электрический сигнал. sound_high_low.swf sound_quiet_aloud.swf Аналоговый сигнал – это произвольное изменение некоторой величины в заданном диапазоне. Звук – это колебания среды (воздуха, воды), которые воспринимает человеческое ухо.
Оцифровка Цифровой сигнал Оцифровка – это преобразование аналогового сигнала в цифровой код.
Дискретизация 0 T 2T2T 0 T 2T2T Временная дискретизация звука – процесс, при котором, во время кодирования непрерывного звукового сигнала, звуковая волна разбивается на отдельные маленькие временные участки, причем для каждого такого участка устанавливается определенная величина амплитуды. Чем больше амплитуда сигнала, тем громче звук. Аналоговый сигнал Цифровой сигнал
Частота дискретизации Качество цифрового звука зависит от количества измерений уровня громкости звука в единицу времени, т. е. частоты дискретизации. Чем большее количество измерений производится за 1 секунду (чем больше частота дискретизации), тем точнее «лесенка» цифрового звукового сигнала повторяет кривую аналогового сигнала. Частота дискретизации звука это количество измерений громкости звука за одну секунду. Измеряется в ГЦ.
Частота дискретизации Для кодирования звука в компьютерах чаще всего используются частоты дискретизации 8 кГц (плохое качество, но достаточно для распознавания речи), 11 кГц, 22 кГц, 44,1 кГц (звуковые компакт диски), 48 кГц (фильмы в формате DVD), 96 кГц и 192 кГц (высококачественный звук в формате DVD audio).
Глубина кодирования звука В процессе дискретизации на хранение одного отсчета в памяти отводится ограниченное место. Представим себе, что на один отсчет выделяется 3 бита. При этом код каждого отсчета – это целое число от 0 до 7. Весь диапазон возможных значений сигнала, от 0 до максимально допустимого, делится на 8 полос, каждой из которых присваивается номер (код). Все отсчеты, попавшие в одну полосу, имеют одинаковый код. Т.о. при кодировании звука выполняется дискретизация с потерей информации
Глубина кодирования звука Если известна глубина кодирования, то количество уровней громкости цифрового звука (уровень дискретизации) можно рассчитать по формуле. N = 2 I Недорогие звуковые карты имеют разрядность бит, большинство современных – 24 бита, что позволяет использовать 2 24 = различных уровней. Глубина (разрядность) кодирования звука это количество бит, которое отводится на одно измерение звука. Преобразование измеренного значения сигнала в число называется дискретизацией по уровню. Эту операцию выполняет аналого цифровой преобразователь (АЦП) звуковой карты.
Форматы графических файлов WAV (Waveform audio format), часто без сжатия (размер!) MP3 (MPEG-1 Audio Layer 3, сжатие с потерями) WMA (Windows Media Audio, потоковый звук, сжатие) OGG (Ogg Vorbis, открытый формат, сжатие с потерями) С помощью оцифровки можно закодировать любой звук, который принимает микрофон (человеческого голоса, шум прибоя и т.п.). Однако у этого метода есть и недостатки: при оцифровке звука всегда есть потеря информации (из за дискретизации); звуковые файлы имеют, как правило, большой размер, поэтому в большинстве современных форматов используется сжатие.
Инструментальное кодирование MIDI (Musical Instrument Digital Interface) - цифровой интерфейс музыкальных инструментов (файлы *.MID) Точно воспроизводит звучание инструментов, без потери качества. В формате MIDI хранятся нота (высота, длительность) музыкальный инструмент (можно использовать 128 мелодических и 47 ударных инструментов) параметры звука (громкость, тембр) многоканальный звук (полифония) Нельзя закодировать человеческий голос MIDI-клавиатура
Задача 1 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) 34) 4 Решение: 16 кГц = Гц; V = M*i*t V = * 24 *60 = бит 2,7 Мбайт Наиболее близкое значение 3 Мбайта Ответ: 3)
Задача 2 Объем звукового файла 5,25 Мбайт, разрядность звуковой платы – 16. Какова длительность звучания этого файла (примерно), записанного с частотой дискретизации 22,05 кГц? V = M * i * t t = 5,25 * 8 * 1024 *1024 / (22,05 * 1000 * 16) = 125 сек V = 5,25 Мбайт М = 22,05 кГц i = 16 бит t = V / (M * i)
Задача 3 Производится одноканальная (стерео) 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. Вычислить размер полученного файла, выраженному в килобайтах? Решение: 32 = 2 5 – Глубина кодирования i=5 бит 4 мин 16 с = = 256 с V = = байт = 5 2 Кбайт = 10 Кбайт Ответ: 10 Кбайт.
Кодирование графической информации. №. Вопросы. 1. Пространственная дискретизация это. 2. Разрешающая способность экрана в графическом режиме определяется количеством. 3. Страница видеопамяти составляет 16 000 байтов. Дисплей работает в режиме 320x400 пикселей. Сколько цветов в палитре? 4. Определить глубину цвета в графическом режиме, в котором палитра состоит из 256 цветов. 5. 256-цветный рисунок содержит 120 байт информации. Из скольких точек он состоит? 6. Определите количество цветов в палитре при глубине цвета 16 бит. 7. Черно – белое растровое изображение имеет размер 10 Х 10 точек. Какой объем памяти займет это изображение? 8. Цветное (с палитрой 256 цветов) растровое изображение имеет размер 10 Х 10 точек. Какой объем памяти займет это изображение? 9. В процессе преобразования растрового графического изображения количество цветов уменьшилось с 65536 до 16.Во сколько раз уменьшится объем занимаемой им памяти?
Чтобы пользоваться предварительным просмотром презентаций создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него: https://accounts.google.com
Свойства: звук - продольная волна; распространяется в упругих средах (воздух, вода, различные металлы и т.д.); имеет конечную скорость. Звуковые колебания (волны) – механические колебания, частота которых лежит в пределах от 20 до 20 000 Гц. Звуковые колебания 20 Гц 20 000 Гц
громкость звука – зависит от амплитуды колебаний. Чем больше амплитуда колебаний, тем громче звук. высота звука – определяется частотой колебаний воздуха. скорость звука – скорость распространения волн в среде. тембр звука – окраска звука, зависящая от источника звука (скрипка, рояль, гитара и т.д.). Единица громкости звука - децибел (дБ) (десятая часть бела). Названа в честь Александра Грэхема Белла, изобретателя телефона. sound_high_low.swf sound_quiet_aloud.swf
fourth.swf third.swf Зависимость громкости и высоты тона звука от интенсивности и частоты звуковой волны
Источник звука Уровень (дБ) Спокойное дыхание Не воспринимается Шёпот 10 Шелест листьев 17 Перелистывание газет 20 Обычный шум в доме 40 Прибой на берегу 40 Разговор средней громкости 50 Громкий разговор 70 Работающий пылесос 80 Поезд в метро 80 Концерт рок-музыки 100 Раскат грома 110 Реактивный двигатель 110 Выстрел из орудия 120 Болевой порог 120
Звуковая информация 2. Временная дискредитация звука 3. Частота дискредитации 4. Глубина кодирования звука 5. Качество оцифрованного звука 6. Звуковые редакторы
Аналоговый Дискретный физическая величина принимает бесконечное множество значений, причем они изменяются непрерывно. физическая величина принимает конечное множество значений, причем они изменяются скачкообразно. Виниловая пластинка (звуковая дорожка изменяет свою форму непрерывно) Аудиокомпакт-диск (звуковая дорожка содержит участки с разной отражающей способностью)
t A(t) Временная дискретизация – это разбиение непрерывной звуковой волны на отдельные маленькие временные участки, причем для каждого участка устанавливается определенная величина амплитуды.
КВАНТОВАНИЕ - процесс замены реальных значений сигнала приближенными с определенной точностью. БИТРЭЙТ (bitrate) - уровень квантования, объем информации в единицу времени (bits per second). То есть, какое количество информации о каждой секунде записи мы можем потратить. Измеряется в битах (bit).
Звуковая информация хранится в виде значений амплитуды, взятых в определенные моменты времени (т. е. измерения проводятся «импульсами»).
Для оцифровки звука используются специальные устройства: аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП).
Пусть глубина кодирования звука составляет 16 битов, тогда количество уровней громкости звука равно: N = 2 I = 2 16 = 65 536 В процессе кодирования каждому уровню громкости звука присваивается свой 16-битовый двоичный код, наименьшему уровню звука будет соответствовать код 0000000000000000, а наибольшему - 1111111111111111. ГЛУБИНА ДИСКРЕТИЗАЦИИ ЗВУКА (I) – это количество информации, которое необходимо для кодирования дискретных уровней громкости цифрового звука. N – количество уровней громкости I – глубина кодирования
ЧАСТОТА ДИСКРЕТИЗАЦИИ ЗВУКА – это количество измерений громкости звука за одну секунду. 1 Гц = 1/с 1 кГц = 1000 /с Сэмплрэйт (samplerate) - частота дискретизации (или частота сэмплирования) - частота взятия отсчетов непрерывного во времени сигнала при его дискретизации (в частности, аналого-цифровым преобразователем - АЦП). sound_frequency.swf
Чем выше качество цифрового звука, тем больше информационный объем звукового файла. Параметр Глубина кодирования Частота дискретизации Телефонная связь 8 бит до 8 кГц Среднее качество 8 бит или 16 бит 8-48 кГц Звучание CD -диска 16 бит до 48 кГц
V = I * M * t * k V - объем звукового файла, I - глубина кодирования звука, M - частота дискретизации звука, t - длительность звучания файла, k - количество каналов звучания (режим моно k = 1, стерео k = 2)
Пример. Оцените информационный объем высокочественного стереоаудиофайла длительностью звучания 1 минута, если "глубина" кодирования 16 бит, а частота дискретизации 48 кГц. Информационный объем звукового файла длительностью в 1 секунду равен: 16 бит * 48 000 * 2 = 1 536 000 бит = 187,5 Кбайт Это значит, что битрейт или скорость воспроизведения должна быть равна 187,5 килобайт в секунду. Информационный объем звукового файла длительностью 1 минута равен: 187,5 Кбайт/с * 60 с = 11 Мбайт
Очистка от шумов Разделение стерео-записи на два различных файла: Микширование звука Наложение эффектов Редактирование звука - это любое это преобразование.
Звуковые редакторы позволяют изменять качество цифрового звука и объем звукового файла путем изменения частоты дискретизации и глубины кодирования. Оцифрованный звук можно сохранять без сжатия в звуковых файлах в универсальном формате WAV или в формате со сжатием МР3. При сохранении звука в форматах со сжатием отбрасываются "избыточные" для человеческого восприятия звуковые частоты с малой интенсивностью, совпадающие по времени со звуковыми частотами с большой интенсивностью. Применение такого формата позволяет сжимать звуковые файлы в десятки раз, однако приводит к необратимой потере информации (файлы не могут быть восстановлены в первоначальном виде).
WAVE (.wav) - наиболее широко распространенный формат. Используется в ОС Windows для хранения звуковых файлов. MPEG-3 (.mp3) - наиболее популярный на сегодняшний день формат звуковых файлов. MIDI (.mid) - содержат не сам звук, а только команды для воспроизведения звука. Звук синтезируется с помощью FM- или WT-синтеза. Real Audio (.ra, .ram) - разработан для воспроизведения звука в Internet в режиме реального времени. MOD (.mod) - музыкальный формат, в нем хранятся образцы оцифрованного звука, которые можно затем использовать как шаблоны для индивидуальных нот.
Область редактирования Временная шкала Главное меню Панели инструментов http://www.audacity.ru/p1aa1.html
Выучить конспект, решить задачи в тетради. Задачи «Кодирование звуковой информации» Уровень «5» Определите длительность звукового файла, который уместится на гибкой дискете 3,5”. Учтите, что для хранения данных на такой дискете выделяется 2847 секторов объемом 512 байт. а) при низком качестве звука: моно, 8 бит, 8 кГц; б) при высоком качестве звука: стерео, 16 бит, 48 кГц. Уровень «4» 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? Уровень «3» Определить объем памяти для хранения цифрового аудиофайла, время звучания которого составляет две минуты при частоте дискретизации 44,1 кГц и разрешении 16 бит.
