Система задач на кодирование звуковой информации
При решении задач данной группы учащиеся должны опираться на следующие понятия:
Глубина звука (глубина кодирования)- количество бит на кодировку звука.
Уровни громкости (уровни сигнала, уровни квантования, уровней дискретизации) – звук может иметь разные уровни громкости. Количество различных уровней громкости рассчитывается по формуле N=2i- где i- глубина звука.
Временная дискретизация – процесс разбиения звуковой волны на отдельные маленькие временные участки во время кодирования непрерывного звукового сигнала. Для каждого такого участка устанавливается определенная величина амплитуды. Чем больше амплитуда сигнала, тем громче звук.
Частота дискретизации – количество измерений уровня входного сигнала в единицу времени (за 1секунду). Чем больше частота дискретизации, тем точнее процедура двоичного кодирования. Частота измеряется в герцах (Гц).
Качество двоичного кодирования – величина, которая определяется глубиной кодирования и частотой дискретизации.
Общая формула вычисления информационного объема звукового файла.
V=Сh×ν×t×i, где
Сh- количество каналов (обычно 1(моно), 2(стерео), 4(квадро)),
ν- частота дискретизации в герцах, t- время звучания / звукозаписи в секундах,
i- число бит разрешения (разрядность регистра)
V – объем памяти для хранения звукового фрагмента в байтах.
Аудиоадаптер (звуковая плата) – устройство, преобразующее электрические колебания звуковой частоты в числовой двоичный код при вводе звука и из числового кода в электрические колебания при воспроизведении звука.
Характеристики аудиоадаптера – частота дискретизации и разрядность регистра.
Разрядность регистра - число бит в регистре аудиоадаптере. Чем больше разрядность тем меньше погрешность каждого отдельного преобразования величины электрического тока в число и обратно. Если разрядность равна I, то при измерении входного сигнала может быть получено 2i=N различных значений.
Решение задач на кодирование звуковой информации
Задача 1. Производится четырех канальная (квадро) звукозапись с частой дискретизации 32кГц и 16 битным разрешением. Запись длится две минуты, ее результаты записываются в файл, сжатие данных не производится. Каков размер полученного звукового файла?
Решение. Воспользуемся формулой вычисления информационного объема звукового файла. V=Сh×ν×t×i.
Из условия задачи имеем: Сh=4 (квадро запись).
Частота дискретизации ν=32кГц=32000Гц, т.к. 1кГц=1000Гц .
Время записи t=2мин=120сек.
Число бит разрешения i= 16 бит.
Подставим данные задачи в формулу. V=4×32000×120×16=245760000бит=30720000байт=30000Кбайт=29,3Мбайт
245760000бит:8=30720000байт
30720000байт:1024=30000Кбайт
30000Кбайт:1024≈29,3Мбайт
Ответ: размер полученного звукового файла равен 29,3Мбайт
Задача 2. Записанный звуковой файл занимает на диске 5,25Мбайт. Разрядность звуковой платы - 16бит. Какова длительность звучания звукового аудиофайла, записанного с частотой дискретизации 22,05 кГц.
Решение. Выведем из формулы вычисления объема звукового файла время звучания аудиофайла.
V=Сh×ν×t×i,
Из условия задачи имеем:
Размер звукового файла V=5,25Мбайт=550524байт
Количество каналов Сh=1, так это обычный аудиофайл.
Частота дискретизации ν=22,05кГц=22050Гц.
Разрядность i=16бит=2байт.
Подставим данные задачи в формулу нахождения времени.
Ответ: время звучания данного звукового файла 124,8с.
Задача 3. Одна минута записи цифрового стерео аудиофайла занимает на диске 2,6 Мбайт, разрядность звуковой платы -16 бит. С какой частотой дискретизации записан звук? Решение. Выведем из формулы вычисления объема звукового файла частоту дискретизации .
V=Сh×ν×t×i,
Из условия задачи имеем:
Размер звукового файла V=2,6Мбайт=2726297,6байт
Количество каналов Сh=2, так это стерео аудиофайл (двухканальный).
Разрядность i=16бит=2байт.
Время звучания t=1мин=60сек.
Подставим данные значения в формулу нахождения частоты дискретизации.
Ответ: звук записан с частотой дискретизации 11,3кГц
Задача 4. Производится одноканальная (моно) звукозапись с частотой дискретизации 256 Гц. При записи использовались 128 уровней дискретизации. Запись длится 8 минут, её результаты записываются в файл, причём каждый сигнал кодируется минимально возможным и одинаковым количеством битов. Каков размер полученного файла?
Решение. Воспользуемся общей формулой вычисления размера звукового файла. V=Сh×ν×t×i.
Из условия задачи имеем:
Количество каналов Сh =1 так производится одноканальная звукозапись.
Частота дискретизации ν =256Гц.
Время записи 8 мин=480сек.
При записи использовалось N= 128 уровней дискретизации.
Число бит разрешения (i) вычислим по формуле N=2i. 2i=128, 27=128, i=7бит.
Подставив данные задачи в формулу V=Сh×ν×t×i получим:
V=1×256×480×7=860160бит=107520байт=105Кбайт
Ответ. Размер файла 105Кбайт
Задача 5. Музыкальный фрагмент был оцифрован и записан в виде файла без использования сжатия данных. Получившийся файл был передан в город А по каналу связи за 50 секунд. Затем тот же музыкальный фрагмент был оцифрован повторно с разрешением в 3 раза выше и частотой дискретизации в 5 раз меньше, чем в первый раз. Сжатие данных не производилось. Полученный файл был передан в город Б; пропускная способность канала связи с городом Б в 6 раз выше, чем канала связи с городом А. Сколько секунд длилась передача файла в город Б? В ответе запишите только целое число, единицу измерения писать не нужно.
Решение. Обозначим первоначальный объем музыкального фрагмента записанного в виде файла через V1=Х.
Далее файл был передан в город А по каналу связи за 50 сек., тогда скорость передачи данного файла υ1=Х/50.
Так как после передачи звуковой файл был оцифрован повторно с разрешением в 3 раза выше и частотой дискретизации в 5 раз меньше, чем в первый раз. Тогда объем полученного файла будет равен: V2=3/5X .
После файл объемом V2=3/5X, был передан в город Б по каналам связи с пропускной способностью в 6 раз выше, чем с канала связи с городом А, следовательно скорость передачи будет равна:
Вычислим сколько секунд длилась передача файла в город Б по формуле ,
Ответ: 5сек. длилась передача звукового файла из города А в город Б.
Задачи для самостоятельного решения
| 
