Кодування звукової інформації
Лабораторна робота
Тема: Кодування звукової інформації.
Мета роботи: навчитися обчислювати інформаційний обсяг звукових файлів, заданих різними характеристиками; обчислювати час звучання звукового файлу за його розміром; навчитися працювати з програмою «Звукозапис» ОС Windows.
Методичні вказівки.
З початку 90-х років персональні комп'ютери отримали можливість працювати зі звуковою інформацією. Кожен комп'ютер, який має звукову плату, може зберігати у вигляді файлів (файл - це певна кількість інформації, що зберігається на диску і має ім'я) і відтворювати звукову інформацію. За допомогою спеціальних програмних засобів (редакторів аудіо файлів) відкриваються широкі можливості по створенню, редагуванню і прослуховування звукових файлів. Створюються програми розпізнавання мови, і з'являється можливість управління комп'ютером голосом.
Саме звукова плата (карта) перетворює аналоговий сигнал в дискретну фонограму і навпаки, «оцифрований» звук - в аналоговий (безперервний) сигнал, який надходить на вхід динаміка.
При довічним кодуванні аналогового звукового сигналу безперервний сигнал дискретизируется, тобто замінюється серією його окремих вибірок - відліків. Якість двійкового кодування залежить від двох параметрів: кількості дискретних рівнів сигналу і кількості вибірок в секунду. Кількість вибірок або частота дискретизації в Аудиоадаптер буває різною: 11 кГц, 22 кГц, 44,1 кГц і ін. Якщо кількість рівнів дорівнює 65536, то на один звуковий сигнал розраховане 16 біт (216). 16-розрядний аудиоадаптер точніше кодує і відтворює звук, ніж 8-розрядний.
Кількість біт, необхідне для кодування одного рівня звуку, називається глибиною звуку. Обсяг моноаудіофайла (в байтах) визначається за формулою:
При стереофонічному режимі обсяг аудіофайлу подвоюється, при квадрофонічна звучанні - учетверяется.
В міру ускладнення програм та збільшення їх функцій, а також появи мультимедіа-додатків, росте функціональний обсяг програм і даних. Якщо в середині 80-х років звичайний обсяг програм і даних становив десятки і лише іноді сотні кілобайт, то в середині 90-х років він став складати десятки мегабайт. Відповідно зростає обсяг оперативної пам'яті.
Приклад рішення: Підрахувати, скільки місця буде займати одна хвилина цифрового звуку на жорсткому диску або будь-якому іншому цифровому носії, записаного з частотою
а) 44.1 кГц;
б) 11 кГц;
в) 22 кГц;
г) 32 кГц
і розрядністю 16 біт.
Рішення.
а) Якщо записують моносігнал з частотою 44.1 кГц, розрядністю 16 біт (2 байти), то кожну хвилину аналого-цифровий перетворювач видаватиме 441000 * 2 * 60 = 529 000 байт (близько 5 Мб) даних про амплітуду аналогового сигналу, який в комп'ютері записуються на жорсткий диск.
Якщо записують стереосигнал, то 1 058 000 байт (близько 10 Мб).
Індивідуальні завдання
1. Який обсяг пам'яті потрібно для зберігання цифрового аудіофайлу із записом звуку високої якості за умови, що час звучання складає 3 хвилини?
2. Який обсяг даних має моноаудіофайл, тривалість звучання якого 1 секунда, при середній якості звуку (16 біт, 24 кГц)?
3. Розрахуйте обсяг стереоаудіофайла тривалістю 20 секунд при 20-бітному кодуванні і частоті дискредитації 44.1 кГц. Варіанти: 44,1 Mb, 4.21 Mb, 3,53 Mb.
4. Оцініть інформаційний обсяг моноаудіофайла тривалістю звучання 20 с, якщо "глибина" кодування і частота дискретизації звукового сигналу дорівнюють відповідно 8 біт і 8 кГц;
5. Розрахуйте час звучання моноаудіофайла, якщо при 16-бітному кодуванні і частоті дискретизації 32 кГц його обсяг дорівнює 700 Кбайт;
6. Запишіть звуковий моноаудіофайл тривалістю 20 с, з "глибиною" кодування 8 біт і частотою дискретизації 8 кГц.
7. Визначте якість звуку (якість радіотрансляції, середня якість, якість аудіо-CD) якщо відомо, що обсяг стеріоаудіофайла тривалістю звучання в 10 сек. Дорівнює 940 Кбайт;
8. Оцініть інформаційний обсяг стеріоаудіофайла тривалістю звучання 30 с, якщо "глибина" кодування і частота дискретизації звукового сигналу дорівнюють відповідно 8 біт і 8 кГц;
9. Запишіть звуковий файл тривалістю 30с з "глибиною" кодування 8біт і частотою дискретизації 8 кГц. Обчисліть його обсяг і звіртеся з отриманим на практиці значенням.
10. Аналоговий звуковий сигнал був дискретизирован спочатку з використанням 256 рівнів інтенсивності сигналу (якість звучання радіотрансляції), а потім з використанням 65536 рівнів інтенсивності сигналу (якість звучання аудіо-CD). У скільки разів відрізняються інформаційні обсяги оцифрованого звуку?
11. Оцініть інформаційний обсяг моноаудіофайла тривалістю звучання 1 хв. якщо "глибина" кодування і частота дискретизації звукового сигналу дорівнюють відповідно:
16 біт і 48 кГц.
12. Запишіть звуковий моноаудіофайл тривалістю 1 хвилина з "глибиною" кодування 16 біт і частотою дискретизації 48 кГц.
13. Підрахувати обсяг файлу з 10 хвилинною промовою записаного з частотою дискретизації 11025 Гц при 4 розрядному кодуванні
14. Підрахувати час звучання звукового файлу об'ємом 3.5 Мбайт містить стерео запис з частотою дискретизації 44100 Гц, 16-ти розрядному кодуванні.
15. Визначте кількість рівнів звукового сигналу при використанні 8-бітних звукових карт. Варіанти: 256, 512,1024, 65 536.
16. Наведіть приклад:
а) аналогового способу представлення звукової інформації;
б) дискретного способу представлення звукової інформації.
17. Підготувати презентацію, яка демонструвала б можливості звукових форматів midi, wav, mp3, mod.
18. Перерахуйте параметри, від яких залежить якість двійкового кодування звуку.