Чем определяется двоичное кодирование звука

Чем определяется двоичное кодирование звука

Использование компьютера для обработки звука началось позднее, нежели чисел, текстов и графики.

Звук – волна с непрерывно изменяющейся амплитудой и частотой. Чем больше амплитуда, тем он громче для человека, чем больше частота, тем выше тон.

Звуковые сигналы в окружающем нас мире необычайно разнообразны. Сложные непрерывные сигналы можно с достаточной точностью представлять в виде суммы некоторого числа простейших синусоидальных колебаний.

Причем каждое слагаемое, то есть каждая синусоида, может быть точно задана некоторым набором числовых параметров – амплитуды, фазы и частоты, которые можно рассматривать как код звука в некоторый момент времени.

В процессе кодирования звукового сигнала производится его временная дискретизация – непрерывная волна разбивается на отдельные маленькие временные участки и для каждого такого участка устанавливается определенная величина амплитуды.

Таким образом непрерывная зависимость амплитуды сигнала от времени заменяется на дискретную последовательность уровней громкости.

Каждому уровню громкости присваивается его код. Чем большее количество уровней громкости будет выделено в процессе кодирования, тем большее количество информации будет нести значение каждого уровня и тем более качественным будет звучание.

Качество двоичного кодирования звука определяется глубиной кодирования и частотой дискретизации.

Частота дискретизации– количество измерений уровня сигнала в единицу времени.

Количество уровней громкости определяет глубину кодирования. Современные звуковые карты обеспечивают 16-битную глубину кодирования звука. При этом количество уровней громкости равно N = 2 16 = 65536.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Учись учиться, не учась! 11143 — | 8282 — или читать все.

Звуковая информация в естественных условиях имеет аналоговую (непрерывную) форму представления.Компьютер же, как известно,способен работать с информацией, представленной в дискретном виде. Поэтому необходимо преобразование звуковой аналоговой формы в дискретную путем дискретизации.

Дискретизация — это процесс преобразования непрерывного звука в набор дискретных значений в форме кодов. Чтобы перевести музы­кальный звук в числовую форму, можно, например, через небольшие промежутки времени измерять интенсивность звука на определенных частотах, представляя результаты каждого измерения в числовой форме.

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

Поступим следующим образом. Будем измерять напряжение через равные промежутки времени и записывать полученные значения в память компьютера. Этот процесс и есть дискретизация (или оциф­ровка). Для того чтобы воспроизвести закодированный таким образом звук, нужно выполнить обратное преобразование, а затем сгладить получившийся ступенчатый сигнал.

Читайте также:  Что означает степень защиты ip54

Итак, в процессе кодирования звуковой информации происходит временная дискретизация звука (когда звуковая волна разбивается на отдельные маленькие временные участки). Для каждого такого участка устанавливается определенная величина амплитуды. Таким образом, непрерывная зависимость амплитуды сигнала от времени заменяется дискретной последовательностью уровней громкости. Уровни громкости звука можно рассматривать как набор возможных состояний. Чем больше уровней громкости может быть выделено в процессе оцифрования, тем более качественным будет звучание.

Современные звуковые карты позволяют для кодирования каждого значения амплитуды звукового сигнала выделить 16 бит (это так взываемая глубина звука). Количество различных уровней сигнала можно вычислить по формуле: N = 2′, где i — глубина звука. Таким образом, для современных звуковых карт количество различных уровней сигнала равно N = 2 16 = 65538.

Ясно, что качество кодирования будет напрямую зависеть от количества измерений уровня сигнала в единицу времени. Этот показатель называется частотой дискретизации. Чем выше частота дискретизации (т. е. количество отсчетов за секунду) и чем больше разрядов отводится для каждого отсчета, тем точнее будет представлен звук. Но при этом увеличивается и размер звукового файла.

Итак, по окончании процесса дискретизации, звуковая информация хранится в памяти компьютера в виде двоичных кодов. При этом качество двоичного кодирования звуковой информации определяется двумя показателями: глубиной кодирования и частотой дискретизации.

Описанный способ кодирования звуковой информации достаточно универсален, он позволяет представить любой звук и преобразовывать его самыми разными способами. С помощью программ для компьютера можно выполнить, например, такое преобразование полученной информации, как «наложение» друг на друга звуков от разных источ­ников, изменение музыкального темпа и т. д.

1. Двоичное кодирование графической информации.

2. Пространственная дискретизация.

3. Растр и пиксель.

4. Глубина цвета.

1. Двоичное кодирование графической информации.

Графическая информация в естественных условиях имеет аналоговую (непрерывную) форму представления.Компьютер же, как известно,способен работать с информацией, представленной в дискретном виде. Поэтому необходимо преобразование графической аналоговой формы в дискретную путем дискретизации.

Дискретизация — это процесс преобразования непрерывных изображений в набор дискретных значений в форме кодов. В результате процесса дискретизации, графическую информацию можно хранить в памяти компьютера в виде двоичных кодов (в цифровом виде).

При оцифровке изображения оно делится на такие крошечные ячейки, что глаз человека их не видит, воспринимая все изображение как целое. Сама сетка получила название растровой карты (или растра), а ее единичный элемент называется пикселем.Пиксели подобны зернам фотографии и при значительном увеличении они становятся заметными.

Качество кодирования изображения зависит от размера точки и соответственно от количества точек, составляющих изображение, а также от количества цветов. Например, качествоизображения на экране монитора определяется количеством точек, из которых оно складывается. Этот показатель называется разрешающей способностью. Чем больше разрешающая способность, т. е. чем большее количество прок растра и точек в строке, тем выше качество изображения. В современных персональных компьютерах обычно используются следующие разрешающие способности экрана: 800×600, 1024×768, ::30х1024 точки.

Читайте также:  Где найти значок звука если он пропал

Для черно-белого изображения (без полутонов) пиксель может принимать только два значения: белый и черный (светится/не светится), для его кодирования достаточно одного бита памяти: 1 — белый, 1 — черный. Такое изображение называют монохромным (черно-белым).

Пиксель на цветном изображении может иметь различную окраску, такому одного бита на пиксель недостаточно. Если для кодировки отвести четыре бита, то можно закодировать 2 4 =16 различных цветов. Если отвести 8 бит, то такой рисунок может содержать 2 8 =256 различных цветов (от 00000000 до 11111111), 16 бит — 2 16 =65 536 различных цветов И, наконец, если отвести 24 бита, то потенциально рисунок может содержать 2 24 =16 777 216 различных цветов и оттенков.

Количество различных цветов — К и количество битов для их кодировки — N связаны между собой простой формулой: 2 N = К.

Таким образом, цвет каждого пикселя кодируется определенным числом битов, то есть элементарных единиц информации, с которыми может иметь дело компьютер. Количество битов, используемых для кодирования цвета точки, называется глубиной цвета.

Ясно, что качество кодирования изображения определяется разрешающей способностью экрана и глубиной цвета.

Совокупность всех используемых цветов называется палитрой цветов. Для получения богатой палитры цветов базовым цветам могут быть заданы различные интенсивности. Так, например, при глубине цвета 24 бита на кодирование каждого из цветов выделяется по 8 бит, т. е. для каждого из цветов возможны n = 2 8 = 256 уровней интенсивности.

Временная дискретизация звука. Звук представляет собой звуковую волну с непрерывно меняющейся амплитудой и частотой. Чем больше амплитуда сигнала, тем он громче для человека, чем больше частота сигнала, тем выше тон. Для того чтобы компьютер мог обрабатывать звук, непрерывный звуковой сигнал должен быть превращен в последовательность электрических импульсов (двоичных нулей и единиц).

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.

Таким образом, непрерывная зависимость амплитуды сигнала от времени A(t) заменяется на дискретную последовательность уровней громкости. На графике это выглядит как замена гладкой кривой на последовательность "ступенек" — рис. 1.9.

Рис. 1.9 Временная дискретизация звука
Читайте также:  Xiaomi mi band 3 nfc 4pda

Каждой "ступеньке" присваивается значение уровня громкости звука, его код (1, 2, 3 и так далее). Уровни громкости звука можно рассматривать как набор возможных состояний, соответственно, чем большее количество уровней громкости будет выделено в процессе кодирования, тем большее количество информации будет нести значение каждого уровня и тем более качественным будет звучание.

Современные звуковые карты обеспечивают 16-битную глубину кодирования звука. Количество различных уровней сигнала (состояний при данном кодировании) можно рассчитать по формуле (2.1):

N = 2 I = 216 = 65536, где I — глубина звука.

Таким образом, современные звуковые карты могут обеспечить кодирование 65536 уровней сигнала. Каждому значению амплитуды звукового сигнала присваивается 16-битный код.

При двоичном кодировании непрерывного звукового сигнала он заменяется последовательностью дискретных уровней сигнала. Качество кодирования зависит от количества измерений уровня сигнала в единицу времени, то есть частоты дискретизации. Чем большее количество измерений производится за 1 секунду (чем больше частота дискретизации), тем точнее процедура двоичного кодирования.

Качество двоичного кодирования звука определяется глубиной кодирования и частотой дискретизации.

Количество измерений в секунду может лежать в диапазоне от 8000 до 48 000, то есть частота дискретизации аналогового звукового сигнала может принимать значения от 8 до 48 кГц. При частоте 8 кГц качество дискретизированного звукового сигнала соответствует качеству радиотрансляции, а при частоте 48 кГц — качеству звучания аудио-CD. Следует также учитывать, что возможны как моно-, так и стерео-режимы.

Можно оценить информационный объем стереоаудиофай-ла длительностью звучания 1 секунда при высоком качестве звука (16 битов, 48 кГц). Для этого количество битов, приходящихся на одну выборку, необходимо умножить на количество выборок в 1 секунду и умножить на 2 (стерео):

16 бит × 48 000 × 2 = 1 536 000 бит = 192 000 байт = 187,5 Кбайт.

Стандартное приложение Звукозапись играет роль цифрового магнитофона и позволяет записывать звук, то есть ди-скретизировать звуковые сигналы, и сохранять их в звуковых файлах в формате WAV. Эта программа позволяет редактировать звуковые файлы, микшировать их (накладывать друг на друга), а также воспроизводить.

1. Запустить Звукозапись. Для установки параметров дискретизации звука ввести команду [Файл-Свойства]. На панели Свойства объекта "Звук" щелкнуть по кнопке Преобразовать.

2. На панели Выбор звука из раскрывающегося списка выбрать режим кодирования звука (глубина кодирования, частота дискретизации, моно/стерео).

1. В чем состоит принцип двоичного кодирования звука?

2. От каких параметров зависит качество двоичного кодирования звука?

1.33. С помощью программы Звукозапись записать при 16-битном кодировании и частоте дискретизации 44 кГц моноаудиофайл длительностью 10 секунд. Сравнить его реальный объем с вычисленным.

Ссылка на основную публикацию
Фум лента в стоматологии фото
Автор: G. Freedman Перевод: Александр Зыбайло Автор: G. Freedman Перевод: Александр Зыбайло Ограничение количества цемента для фиксации и использование определенной...
Усики для автомобильной антенны
Убираясь в бардачке я наткнулся на ремкомплект антенных усиков — лежит наверно уже полгода, всё наклеить не могу, то забываю,...
Усиление сигнала интернета на даче своими руками
С наступление дачного сезона, я озадачился установкой хорошего скоростного интернет на даче, у нас голосовая связь работает без проблем, а...
Функции жесткого диска в компьютере
Жесткий диск, он же винчестер, является основным местом, где хранится вся информация. В отличие от оперативной памяти, он энергетически независим,...
Adblock detector