1 из 13

Презентация на тему: Кодирование звуковой информации

№ слайда 1

Описание слайда:

№ слайда 2

Описание слайда:

Аналоговый и дискретный способы представления звука Звук - физическое явление, представляющее собой распространение в виде упругих волн механических колебаний в твёрдой, жидкой или газообразной среде. При аналоговом представлении физическая величина принимает бесконечное множество значений, причем ее значения изменяются непрерывно. В аналоговой форме звук представляет собой волну, которая характеризуется: Высота звука определяется частотой колебаний вибрирующего тела. Громкость звука определяется энергией колебательных движений, то есть амплитудой колебаний. Длительность звука - продолжительность колебаний. Тембром звука называется окраска звука.

№ слайда 3

Описание слайда:

Дискретное представление звуковой волны В процессе кодирования непрерывного звукового сигнала производится его временная дискретизация. Непрерывная звуковая волна разбивается на отдельные маленькие временные участки, причем для каждого такого участка устанавливается определенная величина амплитуды. При дискретном представлении физическая величина принимает конечное множество значений, причем ее величина изменяется скачкообразно.

№ слайда 4

Описание слайда:

Качество кодирования звуковой информации зависит от: Частотой дискретизации, т.е. количества измерений уровня сигнала в единицу времени. Чем большее количество измерений производится за 1 секунду (чем больше частота дискретизации), тем точнее процедура двоичного кодирования. Частота дискретизации измеряется в Гц- единица измерения частоты периодических процессов 1 Гц=1/с

№ слайда 5

Описание слайда:

Глубина кодирования звука Глубиной кодирования - это количество информации необходимое для кодирования дискретных уровней громкости цифрового звука. N = 2i где N-количество уровней громкости цифрового звука где i - глубина кодирования звука. Современные звуковые карты обеспечивают 16-битную глубину кодирования звука. Количество различных уровней сигнала (состояний при данном кодировании) можно рассчитать по формуле: N = 2i = 216 = 65536, В процессе кодирования каждому уровню громкости звука присваивается свой 16-битовый двоичный код, наименьшему уровню звука будет соответствовать код 0000000000000000, а наибольшему - 1111111111111111.

№ слайда 6

Описание слайда:

Качество оцифрованного звука Чем больше частота дискретизации и глубина кодирования звука, тем более качественным будет звучание оцифрованного звука и тем лучше можно приблизить оцифрованный звук к оригинальному звучанию. 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.

№ слайда 7

Описание слайда:

Звуковые редакторы Звуковые редакторы позволяют не только записывать и воспроизводить звук, но и редактировать его. Наиболее видными можно смело назвать, такие как Sony Sound Forge, Adobe Audition, GoldWave и другие. Оцифрованный звук представляется в звуковых редакторах в наглядной визуальной форме, поэтому операции копирования, перемещения и удаления частей звуковой дорожки можно легко осуществлять с помощью компьютерной мыши. Кроме того, можно накладывать, перехлёстывать 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 объём конечного звукового файла путём изменения частоты дискретизации и глубины кодирования. Оцифрованный звук можно сохранять без сжатия в звуковых файлах в универсальном формате WAV (формат компании Microsoft) или в форматах со сжатием OGG, МР3 (сжатие с потерями).

Чтобы пользоваться предварительным просмотром презентаций создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него: https://accounts.google.com

Подписи к слайдам:

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.

1 слайд

2 слайд

С начала 90-х годов ПК получили возможность работать со звуковой информацией. Каждый ПК, имеющий звуковую плату, микрофон, наушники или колонки, может записывать, сохранять и воспроизводить звуковую информацию. * С графической информацией мы работаем посредством графических редакторов, то со звуковой информацией с помощью редакторов аудиофайлов. С графической информацией мы работаем посредством графических редакторов, то со звуковой информацией с помощью редакторов аудиофайлов.

3 слайд

Звуковая информация Звук представляет собой распространяющуюся в воздухе, воде или другой среде волну с непрерывно меняющейся интенсивностью и частотой. *

4 слайд

В процессе кодирования звуковой информации происходит временная дискретизация, когда звуковая волна разбивается на отдельные маленькие временные участки. Для каждого такого участка устанавливается определенная величина интенсивности звука. По окончании процесса дискретизации, звуковая информация хранится в памяти компьютера в виде двоичных кодов. *

5 слайд

6 слайд

С помощью микрофона звук превращается в колебания электрического тока, которые имеют определённую амплитуду. Устройство для выполнения дискретизации (АЦП) измеряет электрическое напряжение в определённом диапазоне и переводит числовое значение напряжения в многоразрядное двоичное число. Обратный процесс: ЦАП преобразует двоичные числа в электрическое напряжение. Полученный на выходе ЦАП ступенчатый сигнал преобразуется в звук с помощью усилителя и динамика. * Устройства обработки звуковой информации

7 слайд

8 слайд

На качество воспроизведения звука влияют два параметра: частота дискретизации и глубина кодирования звука. Глубина кодирования звука – это размер ячейки, отводимый под запись значения амплитуды (громкости) в двоичном коде. Современные звуковые карты могут обеспечить кодирование 65 536 различных уровней сигнала или состояний (65 536=2i, i=16 бит). Таким образом, современные звуковые карты обеспечивают 16-битное кодирование звука (глубина кодирования). При каждой выборке значению амплитуды звукового сигнала присваивается 16 битный код. * Параметры звуковой информации

9 слайд

Частота дискретизации – это количество измерений громкости звука, производимых прибором за 1 секунду. Частота измеряется в герцах (Гц). Одно измерение за одну секунду соответствует частоте 1 Гц. 1000 измерений за одну секунду – 1 килогерц (кГц). Количество выборок в секунду может быть в диапазоне от 8 000 до 48 000, т.е. частота дискретизации аналогового звукового сигнала может принимать значения от 8 до 48 кГц. *

10 слайд

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

11 слайд

Самое высокое качество оцифрованного звука, соответствующее качеству аудио-CD, достигается при частоте дискретизации 48 000 раз в секунду, глубине кодирования 16 битов и записи двух звуковых дорожек (режим "стерео"). *

Кодирование и обработка звуковой информации

Звук – это волна с непрерывно меняющейся амплитудой и частотой

Чем больше амплитуда, тем громче звук Чем больше частота, тем больше тон

Звук
Громкость в
децибелах
Нижний предел
чувствительности
человеческого уха
0
Шорох листьев
10
Разговор
60
Гудок автомобиля
90
Реактивный двигатель
120
Болевой порог
140

Для того чтобы компьютер мог обрабатывать звук, непрерывный звуковой сигнал должен быть преобразован в цифровую дискретную форму с помощь

Для того чтобы компьютер мог
обрабатывать звук,
непрерывный звуковой сигнал
должен быть преобразован в
цифровую дискретную форму
с помощью временной
дискретизации

Временная дискретизация звука

A(t)
Временная дискретизация звука
t

Качество полученного цифрового звука зависит от количества измерений уровня громкости звука в единицу времени, т. е. частоты дискретизаци

Качество полученного 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 диалогового сигнала.

Характеристики цифрового звука: 1. частота 2. глубина

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. (Гц)

Глубина кодирования звука (i) - это количество информации, которое необходимо для кодирования дискретных уровней громкости цифрового звука

Глубина кодирования звука
(i) - 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 = 2i, где i - глубина кодиров

Если известна глубина кодирования,
то количество уровней громкости
цифрового звука можно рассчитать
i
по формуле N = 2 ,
где i - глубина кодирования и
N - количество уровней громкости цифрового звука
Пусть глубина кодирования звука
составляет 16 битов, тогда
количество уровней громкости звука
равно:
N = 2i = 216 = 65 536.

Качество оцифрованного звука

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

Звуковые редакторы позволяют не только записывать и воспроизводить звук, но и редактировать его

Звуковые редакторы позволяют изменять качество цифрового звука и объем звукового файла путем изменения частоты дискретизации и глубины к

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.

Самое низкое качество оцифрованного звука, соответствующее качеству телефонной связи, получается при частоте дискретизации 8000 раз в секу

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").

Режимы

Объем файла V (бит) = частота  (Гц) * глубина i (бит) * время t (сек) * режим R (моно = 1, стерео = 2) V =  * i * t * R

Объем файла V (бит) =
частота (Гц) *
глубина i (бит) *
время t (сек) *
режим R (моно = 1, стерео = 2)
V= *i*t*R

Задача 1

Задача 2

Оцените информационный объем высокачественного
стереоаудиофайла длительностью звучания 1 минута,
если "глубина" кодирования 16 бит, а частота
дискретизации 48 кГц.
Информационный
объем
длительностью в 1 секунду равен:
звукового
файла
16 бит 48 000 2 = 1 536 000 бит = 187,5 Кбайт
Информационный
объем
длительностью 1 минута равен:
звукового
187,5 Кбайт/с 60 с 11 Мбайт
файла