Конспект урока информатики на тему "Кодирование звуковой информации"

МОБУ Байкибашевская СОШ

Конспект урока информатики

в 9 классе

Кодирование и обработка звуковой информации

Учитель Самигуллина Д.М.

Байкибашево-2016

Цели урока: I Образовательные: познакомиться с технологией двоичного кодирования звуковых файлов; научиться решать задачи на определение объема звукового файла формата.

II Развивающие: учащиеся должны усвоить навыки и умения

- воспроизводить определение звука;

- определять от чего зависит тон и громкость звука;

- различать на графике громкий, тихий, низкий и высокий звуки;

- воспроизводить определение частоты дискретизации и глубины кодирования звука;

- вычислять объем звуковой информации.

III Воспитательные: воспитание информационной культуры.

IV Коррекционные: выполнение упражнений для снятия мышечной усталости и усталости глаз.

Тип урока: комбинированный.

Оборудование:

Компьютер, учебник Угринович Н.Д. Информатика и ИКТ для 9 класса - М.: БИНОМ, 2014.

План урока

1. Актуализация знаний (2 мин)
2. Изучение нового материала: (18 мин)

            -  звуковая информация;

- временная дискретизация звука;

- частота дискретизации;

- глубина кодирования звука;

- звуковые редакторы;

3. Повторение и закрепление изученного (18 мин)
4. Подведение итогов урока, домашнее задание.(2 мин)

Ход  урока

1. Немая сцена и показ знаками: здравствуйте. Открой тетрадь. Запиши тему урока. Кодирование и обработка звука.

Вероятно, в начале нашего урока нам не хватало звуковой информации. Возможность использования и обработки звука давно привлекала разработчиков компьютеров и программного обеспечения. Я попрошу  перед началом работы над новой темой назвать мне и другие виды информации. (Звуковая, графическая, текстовая, числовая, видео.)

Правильно! А какой форме она хранится внутри ЭВМ? (Дискретной, двоичной.)

А в каком месте она может храниться? (ОЗУ, Винчестер, Диск)

2.    О какой информации пойдет сегодня речь на уроке? (Звуковой.) Как мы уже вспомнили, вся информация в ПК представлена в дискретной, двоичной форме. Звук не является исключением.

Но, что такое звук? (Используется презентация )

Звук представляет собой распространяющуюся в воздухе, воде или другой среде волну с непрерывно меняющейся интенсивностью и частотой. (записываем в тетрадь)

Звук можно представить в виде графика

Человек может воспринимать звук в огромном диапазоне интенсивностей, в котором максимальная интенсивность больше минимальной в 10¹⁴ раз (в сто тысяч миллиардов раз). Для измерения громкости звука применяется специальная единица "децибел" (дбл). Уменьшение или увеличение громкости звука на 10 дбл соответствует уменьшению или увеличению интенсивности звука в 10 раз.

Звук это непрерывный  сигнал (Аналоговый, как его называют.)

Как же его преобразуют?

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.

Вначале звук при помощи микрофона преобразуется в электрический сигнал. Чтобы перевести непрерывный звуковой сигнал (вукозапись) в числовую форму применяют специальное устройство, входящее в состав звуковой платы - его называют АЦП (аналого - цифровой преобразователь). Именно это устройство, через очень маленькие, равные промежутки времени измеряет электрический сигнал, результат измерения преобразует в двоичное число и передает в оперативную память ПК.

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".

Частота, с которой производится измерение сигнала, называется частотой дискретизации.

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.

Измерение сигнала производят с ограниченной точностью. И для хранения каждого измеренного значения выделяют ячейку памяти.

  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 = 2¹⁶ = 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.

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).

Физкультминутка: Для улучшения мозгового кровообращения
1. Исходное положение – сидя на стуле. 1–2. Плавно наклонить голову назад, наклонить голову вперед, не поднимая плеч. Повторить 4–6 раз. Темп медленный.
2. Исходное положение – сидя, руки на поясе. 1. Поворот головы вправо. 2. Исходное положение. 3. Поворот головы влево. 4. Исходное положение. Повторить 6–8 раз. Темп медленный.
3. Исходное положение – стоя или сидя, руки на поясе. 1–2. Взмахом левую руку занести через правое плечо, голову повернуть влево.
4. Исходное положение. 4–5. То же повторить правой рукой, поворачивая голову вправо. 6. Исходное положение. Повторить 4–6 раз. Темп медленный.

3.Подсчитываем объем и время звучания звуковых файлов

Одна из задач информатики -уметь подсчитывать объем информации. Подскажите, объем каких файлов вы уже подсчитывали? (Графических файлов) Практически ничем не отличается от предыдущей и задача нахождения объема информации, содержащейся в звуковом файле, и сейчас мы попробуем подсчитать количество информации содержащейся в звуковом файле формата WAV.

 Алгоритм 1 (Вычислить информационный объем звукового файла):

1) выяснить, сколько всего значений считывается в память за время звучания файла;

2) выяснить разрядность кода (сколько бит в памяти занимает каждое измеренное значение);

3) перемножить результаты;

4) перевести результат в байты;

5) перевести результат в К байты;

6) перевести результат в М байты;

Решаем задачу № 1

Подсчитать объем файла с 10 минутной речью записанного с частотой дискретизации 11025 Гц и разрядностью кода 4 бита на 1 измерение. (Ответ = 3,154277 Мбайт)

Читаем алгоритм: Алгоритм 2 (Вычислить время звучания файла.)

1) Информационный объем файла перевести в К байты.

2) Информационный объем файла перевести в байты.

3) Информационный объем файла перевести в биты.

4) Выяснить, сколько значений всего измерялось (Информационный объем в битах поделить на разрядность кода).

5) Вычислить количество секунд звучания. (Предыдущий результат поделить на частоту дискретизации.)

Физкультминутка: Для глаз

1. Быстро поморгать, закрыть глаза и посидеть спокойно, медленно считая до 5. Повторить 4–5 раз.
2. Крепко зажмурить глаза (считать до 3), открыть глаза и посмотреть вдаль (считать до 5). Повторить 4–5 раз.
3. Вытянуть правую руку вперед. Следить глазами, не поворачивая головы, за медленными движениями указательного пальца вытянутой руки влево и вправо, вверх и вниз. Повторить 4–5 раз.
4. Посмотреть на указательный палец вытянутой руки на счет 1–4, потом перевести взор вдаль на счет 1–6. Повторить 4–5 раз.
5. В среднем темпе проделать 3–4 круговых движения глазами в правую сторону, столько же в левую сторону. Расслабив глазные мышцы, посмотреть вдаль на счет 1–6. Повторить 1–2 раза.

Решаем задачу № 2

Подсчитать время звучания звукового файла объемом 3.5 Мбайт, содержащего стереозапись с частотой дискретизации 44 100 Гц и разрядностью кода 16 бит на 1 измерение. (Ответ= 20,805 сек)

Дается время на самостоятельное решение

4. На этом  завершаем наш урок, объявляем оценки и домашнее задание (стр.40-44, задача №1.10)