МОУ «Средняя общеобразовательная школа № 6 г. Вологда» Кодирование и обработка звуковой информации. 9 класс.

Учитель физики и информатики Клюкина Анна Анатольевна.

Звуковая информация

Звук представляет собой звуковую волну с непрерывно меняющейся амплитудой и частотой .

Громкость и тон

Человек воспринимает звуковые волны (колебания воздуха) с помощью слуха в форме звука различных громкости и тона .

Зависимость громкости звука от амплитуды, частоты и высоты тона

Чем больше амплитуда сигнала, тем он громче для человека, чем больше частота колебаний сигнала, тем выше тон звука.

Восприятие звука

20 колебаний в секунду – низкий звук;

20 000 колебаний в секунду - высокий звук.

Громкость измеряется в

децибелах (дБ).

Источники и громкость звука

Источник звука

Громкость (дБ)

Спокойное дыхание

Не воспринимается

Шелест листьев

Перелистывание газет

Обычный шум в доме

Прибой на берегу

Разговор средней громкости

Громкий разговор

Работающий пылесос

Поезд в метро

Концерт рок-музыки

Раскат грома

Реактивный двигатель

Выстрел из орудия

Взрыв (болевой порог)

Громкость звука - субъективное качество слухового ощущения, позволяющее располагать все звуки по шкале от тихих до громких.

Звуковой сигнал

Цифровой

Аналоговый

Преобразователи звукового

Аналого-цифровые преобразователи (АЦП ) предназначены для преобразования аналоговой величины в цифровой код.

Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП ) - это устройство для преобразования цифрового кода в аналоговый сигнал по величине, пропорциональной значению кода.

Преобразование звукового

цифровой сигнал

аналоговый сигнал

1011010110101010011

аналоговый сигнал

Временная дискретизация

Временная дискретизация звука – это преобразование компьютером непрерывного звукового сигнала из аналоговой формы в цифровую дискретную (непрерывная волна разбивается на отдельные маленькие участки, для каждого такого участка устанавливается величина интенсивности звука).

Частота дискретизации - это количество измерений громкости звука за одну секунду.

Чем выше частота дискретизации , тем более точно передаётся звук в аналоговый сигнал или цифровой.

Глубина кодирования звука - это количество информации, которое необходимо для кодирования дискретных уровней громкости цифрового звука.

I - глубина кодирования звука (измеряется в битах)

N- количество уровней громкости звука

Качество оцифрованного звука

Чем больше частота и глубина дискретизации звука, тем более качественным будет звучание оцифрованного звука.

Режим

Качество звука

Моно

Частота дискретизации, ⱴ

Стерео

Глубина кодирования звука, I

Уровни громкости звука, N

Количество звуковых дорожек, n

Информационный объем звукового файла, V (бит)

t (с)– время звучания звукового файла

Звуковые редакторы

Звуковые редакторы позволяют не только записывать и воспроизводить звук, но и редактировать его наглядно с помощью мыши, а также микшировать звуки и применять различные акустические эффекты.

Основные форматы

звуковых файлов

WAV Простое хранилище дискретных данных. Состоит из последовательности отсчётов (дискретных выборок амплитуды сигнала).

МР3 Формат, позволяющий сжимать звуковые файлы без заметной потери качества

MID

Файл, хранящий в себе последовательность MIDI-сообщений.

Задание 1

Звуковая плата производит двоичное кодирование аналогового звукового сигнала. Какое количество информации необходимо для кодирования каждого из 256 уровней интенсивности сигнала?

Задание 2

Оценить информационный объём цифровых звуковых файлов длительностью 30 секунд при глубине кодирования и частоте дискретизации звукового сигнала, обеспечивающих минимальное и максимальное качество звука.

Домашнее задание

Задание 1.9-1.11 письменно (стр. 44)

Интернет-ресурсы

• Автор шаблона: Дьячкова Наталья Анатольевна учитель биологии и ИЗО

МБОУ «Верхнесоленовская СОШ Веселовского района Ростовской области». Сайт « http :// pedsovet . su /»

Из физики известно, что звук – это колебания воздуха. Если преобразовать звук в электрический сигнал (например, с помощью микрофона), то видно плавно изменяющееся с течением времени напряжение. Для компьютерной обработки такой – аналоговый – сигнал нужно каким-то образом преобразовать в последовательность двоичных чисел.

Делается это, например, так – измеряется напряжение через равные промежутки времени и полученные значения записываются в память компьютера. Этот процесс называется дискретизацией (или оцифровкой), а устройство, выполняющее его – аналого-цифровым преобразователем (АЦП).

Чтобы воспроизвести закодированный таким образом звук, нужно сделать обратное преобразование (для этого служит цифро-аналоговый преобразователь – ЦАП), а затем сгладить получившийся ступенчатый сигнал.

Чем выше частота дискретизации и чем больше разрядов отводится для каждого отсчета, тем точнее будет представлен звук, но при этом увеличивается и размер звукового файла. Поэтому в зависимости от характера звука, требований, предъявляемых к его качеству и объему занимаемой памяти, выбирают некоторые компромиссные значения.

Параметры дискретизации.

Важными параметрами дискретизации являются частота и разрядность.

Разрядность указывает, с какой точностью происходят изменения амплитуды аналогового сигнала. Точность, с которой при оцифровке передается значение амплитуды сигнала в каждый из моментов времени, определяет качество сигнала после цифро-аналогового преобразования. Именно от разрядности зависит достоверность восстановления формы волны.

Для кодирования значения амплитуды используют принцип двоичного кодирования. Звуковой сигнал должен быть представленным в виде последовательности электрических импульсов (двоичных нулей и единиц). Обычно используют 8, 16-битное или 20-битное представление значений амплитуды. При двоичном кодировании непрерывного звукового сигнала его заменяют последовательностью дискретных уровней сигнала.

Частота - количество измерений амплитуды аналогового сигнала в секунду.

В новом формате компакт-дисков Audio DVD за одну секунду сигнал измеряется 96 000 раз, т.е. применяют частоту дискретизации 96 кГц. Для экономии места на жестком диске в мультимедийных приложениях довольно часто применяют меньшие частоты: 11, 22, 32 кГц. Это приводит к уменьшению слышимого диапазона частот, а, значит, происходит сильное искажение того, что слышно.

От частоты дискретизации (количества измерений уровня сигнала в единицу времени) зависит качество кодирования. С увеличением частоты дискретизации увеличивается точность двоичного представления информации. При частоте 8 кГц (количество измерений в секунду 8000) качество оцифрованного звукового сигнала соответствует качеству радиотрансляции, а при частоте 48 кГц (количество измерений в секунду 48000) - качеству звучания аудио- CD.

В современных преобразователях принято использовать 20-битное кодирование сигнала, что позволяет получать высококачественную оцифровку звука.

Вспомним формулу К = 2 a . Здесь К - количество всевозможных звуков (количество различных уровней сигнала или состояний), которые можно получить при помощи кодирования звука а битами

Описанный способ кодирования звуковой информации достаточно универсален, он позволяет представить любой звук и преобразовывать его самыми разными способами. Но бывают случаи, когда выгодней действовать по-иному.

Издавна используется довольно компактный способ представления музыки – нотная запись. В ней специальными символами указывается, какой высоты звук, на каком инструменте и как сыграть. Фактически, ее можно считать алгоритмом для музыканта, записанным на особом формальном языке. В 1983 ведущие производители компьютеров и музыкальных синтезаторов разработали стандарт, определивший такую систему кодов. Он получил название MIDI.

Конечно, такая система кодирования позволяет записать далеко не всякий звук, она годится только для инструментальной музыки. Но есть у нее и неоспоримые преимущества: чрезвычайно компактная запись, естественность для музыканта (практически любой MIDI-редактор позволяет работать с музыкой в виде обычных нот), легкость замены инструментов, изменения темпа и тональности мелодии.

Есть и другие, чисто компьютерные, форматы записи музыки. Среди них – формат MP3, позволяющий с очень большим качеством и степенью сжатия кодировать музыку, при этом вместо 18–20 музыкальных композиций на стандартном компакт-диске (CDROM) помещается около 200. Одна песня занимает, примерно, 3,5 Mb, что позволяет пользователям сети Интернет легко обмениваться музыкальными композициями.

Задачи по кодированию текста.

1. Два текста содержат одинаковое количество символов. Первый текст записан на русском языке, а второй на языке племени нагури, алфавит которого состоит из 16 символов. Чей текст несет большее количество информации?

I = К * а (информационный объем текста равен произведению числа символов на информационный вес одного символа).

Т.к. оба текста имеют одинаковое число символов (К), то разница зависит от информативности одного символа алфавита (а).

2 а1 = 32, т.е. а1 = 5 бит,

2 а2 = 16, т.е. а2 = 4 бит.

I1 = К * 5 бит, I2 = К * 4 бит.

Значит, текст, записанный на русском языке в 5/4 раза несет больше информации.

2. Объем сообщения, содержащего 2048 символов, составил 1/512 часть Мбайта. Определить мощность алфавита.

I = 1/512 * 1024 * 1024 * 8 = 16384 бит. - перевели в биты информационный объем сообщения.

а = I / К = 16384 / 2048 = 8 бит - приходится на один символ алфавита.

2 8 = 256 символов - мощность использованного алфавита.

Именно такой алфавит используется в кодировке ASCII.

Задачи по кодированию изображения.

1. Сколько бит требуется, чтобы закодировать информацию о 130 оттенках?

Нетрудно подсчитать, что 8 (то есть 1 байт), поскольку при помощи 7 бит можно сохранить номер оттенка о 0 до 127, а 8 бит хранят от 0 до 255. Легко видеть, что такой способ кодирования неоптимален: 130 заметно меньше 255.

2. Известно, что видеопамять компьютера имеет объем 512 Кбайт. Разрешающая способность экрана 640 на 200. Сколько страниц экрана одновременно разместится в видеопамяти при палитре

а) из 8 цветов;

б) 16 цветов;

в) 256 цветов?

3. В режиме True Color на хранение кода каждого пикселя отводится:

4. Минимальной единицей измерения графического изображения на экране монитора является:

5. Растровый графический файл содержит черно-белое изображение (без градаций серого) размером 100х100 точек. Какой объем памяти требуется для хранения этого файла?

6. Растровый файл, содержащий черно-белый (без оттенков серого) квадратный рисунок, имеет объем 200 байт. Рассчитайте размер стороны квадрата (в пикселях).

7. Объем изображения, размером 40х50 пикселей, составляет 2000 байт. Изображение использует:

256 цветов;

16777216 цветов.

8. Известно, что видеопамять компьютера имеет объем 512 Кбайт. Разрешающая способность экрана 640 на 200 пикселей. Сколько страниц экрана одновременно разместится в видеопамяти при палитре:

из 8 цветов;

16 цветов;

256 цветов?

Задачи по кодированию звука.

а) 44.1 кГц;

и разрядностью 16 бит.

а) Если записывают моносигнал с частотой 44.1 кГц, разрядностью 16 бит (2 байта), то каждую минуту аналого-цифровой преобразователь будет выдавать 44100 * 2 * 60 = 529000 байт (примерно 5 Мб) данных об амплитуде аналогового сигнала, который в компьютере записываются на жесткий диск.

Если записывают стереосигнал, то 1058000 байт (около 10 Мб)

б) для частот 11, 22, 32 кГц расчеты производятся аналогично.

2. Какой информационный объем имеет моноаудиофайл, длительность звучания которого 1 секунда, при среднем качестве звука (16 бит, 24 кГц)?

16 бит * 24000 = 384000 бит = 48000 байт = 47 кБайт

3. Рассчитайте объем стерео аудиофайла длительностью 20 секунд при 20-битном кодировании и частоте дискретизации 44.1 кГц.

20 бит * 20 * 44100 * 2 = 35280000 бит = 4410000 байт = 4.41 Мб

Человеческое ухо воспринимает звук с частотой от 20 колебаний в секунду (низкий звук) до 20 000 колебаний в секунду (высокий звук).

Человек может воспринимать звук в огромном диапазоне интенсивностей, в котором максимальная интенсивность больше минимальной в 10 14 раз (в сто тысяч миллиардов раз). Для измерения громкости звука применяется специальная единица "децибел" (дбл) (табл. 5.1). Уменьшение или увеличение громкости звука на 10 дбл соответствует уменьшению или увеличению интенсивности звука в 10 раз.

Временная дискретизация звука. Для того чтобы компьютер мог обрабатывать звук, непрерывный звуковой сигнал должен быть преобразован в цифровую дискретную форму с помощью временной дискретизации. Непрерывная звуковая волна разбивается на отдельные маленькие временные участки, для каждого такого участка устанавливается определенная величина интенсивности звука.

Таким образом, непрерывная зависимость громкости звука от времени A(t) заменяется на дискретную последовательность уровней громкости. На графике это выглядит как замена гладкой кривой на последовательность "ступенек" (рис. 1.2).

Рис. 1.2. Временная дискретизация звука

Частота дискретизации. Для записи аналогового звука и г го преобразования в цифровую форму используется микрофон, подключенный к звуковой плате. Качество полученного цифрового звука зависит от количества измерений уровня громкости звука в единицу времени, т. е. частоты дискретизации . Чем большее количество измерений производится за I секунду (чем больше частота дискретизации), тем точнее "лесенка" цифрового звукового сигнала повторяет кривую диалогового сигнала.

Частота дискретизации звука - это количество измерений громкости звука за одну секунду.

Частота дискретизации звука может лежать в диапазоне от 8000 до 48 000 измерений громкости звука за одну секунду.

Глубина кодирования звука. Каждой "ступеньке" присваивается определенное значение уровня громкости звука. Уровни громкости звука можно рассматривать как набор возможных состояний N, для кодирования которых необходимо определенное количество информации I, которое называется глубиной кодирования звука.

Глубина кодирования звука - это количество информации, которое необходимо для кодирования дискретных уровней громкости цифрового звука.

Если известна глубина кодирования, то количество уровней громкости цифрового звука можно рассчитать по формуле N = 2 I . 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.

Качество оцифрованного звука. Чем больше частота и глубина дискретизации звука, тем более качественным будет звучание оцифрованного звука. Самое низкое качество оцифрованного звука, соответствующее качеству телефонной связи, получается при частоте дискретизации 8000 раз в секунду, глубине дискретизации 8 битов и записи одной звуковой дорожки (режим "моно"). Самое высокое качество оцифрованного звука, соответствующее качеству аудио-CD, достигается при частоте дискретизации 48 000 раз в секунду, глубине дискретизации 16 битов и записи двух звуковых дорожек (режим "стерео").

Необходимо помнить, что чем выше качество цифрового звука, тем больше информационный объем звукового файла. Можно оценить информационный объем цифрового стереозвукового файла длительностью звучания 1 секунда при среднем качестве звука (16 битов, 24 000 измерений в секунду). Для этого глубину кодирования необходимо умножить на количество измерений в 1 секунду й умножить на 2 (стереозвук):

16 бит × 24 000 × 2 = 768 000 бит = 96 000 байт = 93,75 Кбайт.

Звуковые редакторы. Звуковые редакторы позволяют не только записывать и воспроизводить звук, но и редактировать его. Оцифрованный звук представляется в звуковых редакторах в наглядной форме, поэтому операции копирования, перемещения и удаления частей звуковой дорожки можно легко осуществлять с помощью мыши. Кроме того, можно накладывать звуковые дорожки друг на друга (микшировать звуки) и применять различные акустические эффекты (эхо, воспроизведение в обратном направлении и др.).

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).

Контрольные вопросы

1. Как частота дискретизации и глубина кодирования влияют на качество цифрового звука?

Задания для самостоятельного выполнения

1.22. Задание с выборочным ответом. Звуковая плата производит двоичное кодирование аналогового звукового сигнала. Какое количество информации необходимо для кодирования каждого из 65 536 возможных уровней интенсивности сигнала?
1) 16 битов; 2) 256 битов; 3) 1 бит; 4) 8 битов.

1.23. Задание с развернутым ответом. Оценить информационный объем цифровых звуковых файлов длительностью 10 секунд при глубине кодирования и частоте дискретизации звукового сигнала, обеспечивающих минимальное и максимальное качество звука:
а) моно, 8 битов, 8000 измерений в секунду;
б) стерео, 16 битов, 48 000 измерений в секунду.

1.24. Задание с развернутым ответом. Определить длительность звукового файла, который уместится на дискете 3,5" (учтите, что для хранения данных на такой дискете выделяется 2847 секторов объемом 512 байтов каждый):
а) при низком качестве звука: моно, 8 битов, 8000 измерений в секунду;
б) при высоком качестве звука: стерео, 16 битов, 48 000 измерений в секунду.

Включить эффекты

1 из 11

Отключить эффекты

Смотреть похожие

Код для вставки

ВКонтакте

Одноклассники

Телеграм

Рецензии

Добавить свою рецензию

Аннотация к презентации

Презентация создана для помощи учителю в проведении урока информатики. Подробное и доступное изложение основных вопросов позволит школьникам при необходимости знакомиться со школьным разделом ИКТ на домашнем компьютере. Содержание показа помогает в развитии у школьников умения абстрактно мыслить, сравнивать и анализировать.

1. Звуковая информация
2. Временная дискретизация звука
3. Качество оцифрованного звука
4. Звуковые редакторы

Формат

pptx (powerpoint)

Количество слайдов

Аудитория

Слова

Конспект

Присутствует

Предназначение

• Презентация сделана учеником для получения оценки

Слайд 1

Посмотреть все слайды

Конспект

Цель урока:

Тип урока: Повторение

Оборудование:

Ход урока:

Организационный момент

Постановка учебной задачи:

Мозговой штурм

Конкурс капитанов

Прояви себя

Коллективное творчество

Стенка на стенку

Подведение итогов

Приложение 1

Устройство ввода

Устройство вывода

Память

Система счисления

Логика

Кодирование

Приложение 2

Приложение 3

Примерные вопросы:

Дайте определение понятию «Устройство ввода». Приведите примеры таких устройств.

Дайте определение понятию «Устройство вывода». Приведите примеры таких устройств.

Дайте определение понятию «Память компьютера». Приведите примеры таких устройств.

Дайте определение понятию «Система счисления». Приведите примеры знакомых вам систем. Напомните про алфавит каждой системы.

Дайте определение понятию «Логика». Приведите примеры элементов логики (Нарисуйте таблицу значений)

Дайте определение понятию «Кодирование». Расскажите как закодировать с помощью кодовой таблицы ASCII

Перевести число 001101 в десятичную систему счисления

Перевести число 572 в двоичную систему счисления

Перевести число 011001 в десятичную систему счисления

Перевести число 525 в двоичную систему счисления

Перевести число 010101 в десятичную систему счисления

Перевести число 521 в двоичную систему счисления

Используемая литература:

_1368534147.unknown

_1368534144.unknown

План урока на тему: «Повторение материала пройденного за год»

Цель урока: Повторить материал изученный за год и закрепить наиболее сложные темы.

Тип урока: Повторение

Оборудование: Компьютеры, раздаточный материал (Кодовые таблицы), мультимедийный проектор, доска, учебники, тетради, ручки.

Ход урока:

Организационный момент

Постановка учебной задачи:

Анализ контрольных работ показал, темы вызвавшие наибольшие затруднения.

Сегодня на уроке мы с вами закрепим наиболее трудные моменты и повторим некоторые из редакторов. Предлагаю разбиться на группы и провести соревнования. За каждый полный ответ команда получает 2 балла, за неполный ответ или существенное дополнение к ответу соперника 1 балл. (делятся на 3 группы и выбираются командиры)

Мозговой штурм .(повторение устройств системного блока). Ответы команд на скорость на слайды презентации.

Конкурс капитанов . Повторение теоретического материала

Капитаны команд тянут по 2 вопроса. Команда помогает подготовить ответ на вопрос. Отвечает капитан. (приложение1). В данном приложении находятся примерные вопросы с ответами. Можно взять вопросы которые необходимо повторить.

Прояви себя . Применение теоретических знаний на практике.

Каждая команда должна нарисовать рисунок в графическом редакторе и набрать текст по предлагаемому образцу (раздаются заранее заготовленные карточки) Для этого приглашаются 2 человека от команды. Пока члены вашей команды выполняют предложенное задание, все остальные члены команды продолжают зарабатывать баллы. Вам было дано задание придумать послания своим соперникам. Предлагаю его закодировать с помощью кодовой таблицы ASCII. Обмениваетесь посланиями. Команда соперника должна раскодировать полученное послание. На выполнение этих заданий отводится 10 минут.

Коллективное творчество . Решение задач раздаются таблички в нее можно вписать задачку по логике (приложение 2 и 3)

Стенка на стенку . Команды поочередно задают подготовленные заранее вопросы. Если команды соперников не может ответить на вопрос, отвечаете на заданный вопрос сами.

Подведение итогов . Подсчет баллов. Обсуждение урока.

Приложение 1

Дайте определение понятию «Устройство ввода». Приведите примеры таких устройств.

Устройство ввода – это аппаратные средства для преобразования информации из формы понятной человеку, в форму, воспринимаемую компьютером.

Дайте определение понятию «Устройство вывода». Приведите примеры таких устройств.

Устройство вывода – это аппаратные средства для преобразования компьютерного представления информации в форму, понятную человеку.

Дайте определение понятию «Память компьютера». Приведите примеры таких устройств.

Память – это совокупность устройств для хранения информации.

Дайте определение понятию «Система счисления». Приведите примеры знакомых вам систем. Напомните про алфавит каждой системы.

Система счисления – это совокупность приемов и правил записи чисел с помощью определенного набора символов

Дайте определение понятию «Логика». Приведите примеры элементов логики (Нарисуйте таблицу значений)

Логика – это наука о законах и формах мышления (конъюнкция, дизъюнкция, отрицание, следствие и эквивалентность)

Дайте определение понятию «Кодирование». Расскажите как закодировать с помощью кодовой таблицы ASCII

Кодирование – это процесс представления данных в виде кода.

Приложение 2

Можно предложить любой пример, а в качестве карточки раздать табличку

Приложение 3

Перевести число 001101 в десятичную систему счисления

Перевести число 572 в двоичную систему счисления

Перевести число 011001 в десятичную систему счисления

Перевести число 525 в двоичную систему счисления

Перевести число 010101 в десятичную систему счисления

Перевести число 521 в двоичную систему счисления

Примерные вопросы:

Дайте определение понятию «Устройство ввода». Приведите примеры таких устройств.

Дайте определение понятию «Устройство вывода». Приведите примеры таких устройств.

Дайте определение понятию «Память компьютера». Приведите примеры таких устройств.

Дайте определение понятию «Система счисления». Приведите примеры знакомых вам систем. Напомните про алфавит каждой системы.

Дайте определение понятию «Логика». Приведите примеры элементов логики (Нарисуйте таблицу значений)

Дайте определение понятию «Кодирование». Расскажите как закодировать с помощью кодовой таблицы ASCII

Перевести число 001101 в десятичную систему счисления

Перевести число 572 в двоичную систему счисления

Перевести число 011001 в десятичную систему счисления

Перевести число 525 в двоичную систему счисления

Перевести число 010101 в десятичную систему счисления

Перевести число 521 в двоичную систему счисления

Используемая литература:

С.В. Симонович «Общая информатика»

С.В. Симонович «Практическая информатика»

Н.В. Макарова «Информатика» 7-9 класс

Баллы вручаются в виде звездочек

_1368534147.unknown

_1368534144.unknown