Презентация к уроку "Представление звуковой информации"

• 1 слайд

  Представление и кодирование звуковой информации
  

• 2 слайд

  Цель:
  Познакомить учащихся с принципом кодирования звуковой информации.
  
  Требования к знаниям и умениям:
  
  Учащиеся должны знать:
  - что такое пространственная дискретизация, глубина кодирования, частота дискретизации;
  - принцип кодирования звуковой информации.
  
  Учащиеся должны уметь:
  - находить информационный объем звуковой информации;
  - записывать и воспроизводить звуковую информацию.
  

• 3 слайд

  Постановка целей урока:
  Оцифровка звука: как это делается;
  Как улучшить качество звуковой информации.
  Как рассчитать объем звуковых данных?
  

• 4 слайд

  Актуализация знаний
  Что представляет собой звук?
  Каким по типу является звуковой сигнал?
  Как аналоговый звуковой сигнал преобразовать в дискретный?
  

• 5 слайд

  Кодирование звуковой информации
  Звук представляет собой гармонические колебания в определенном диапазоне частот, распространяющихся в определенной среде.
  

• 6 слайд

  Сигнал – способ передачи информации
  СИГНАЛЫ
  Аналоговые
  (непрерывные)
  (могут изменяться
  в любой момент
  времени)
  Дискретные
  (цифровые)
  (могут изменяться
  только в
  определенный момент
  времени и принимать
  заранее определенное
  значение)
  Речь человека, пение птиц
  , кардиограмма
  
  Сигналы светофора,
  азбука Морзе,
  
  

• 7 слайд

  Кодирование звуковой информации
  Сигналы, несущие звук являются аналоговыми. Поэтому для представления звука двоичным кодом необходимо преобразовать аналоговый сигнал в дискретный (двоичный).
  

• 8 слайд

  Кодирование звуковой информации
  Выполняют это преобразование специальные устройства, находящиеся на звуковой плате компьютера.
  
  

• 9 слайд

  Мы выяснили:
  Звук представляет собой звуковую волну с непрерывно меняющейся амплитудой и частотой. Для человека звук тем, громче, чем больше амплитуда сигнала, и тем выше тон, чем больше частота сигнала.
  1. Оцифровка звука
  

• 10 слайд

  Мы выяснили:
  Непрерывный сигнал не несет в себе информации, поэтому он должен быть превращен в последовательность двоичных нулей и единиц – двоичный (цифровой) код.
  

• 11 слайд

  Мы выяснили:
  Оцифровку звука выполняет специальное устройство на звуковой плате. Называется оно аналогово-цифровой преобразователь (АЦП).
  

• 12 слайд

  Мы выяснили:
  Обратный процесс – воспроизведение закодированного звука производится с помощью цифро-аналогового преобразователя (ЦАП).
  
  

• 13 слайд

  Рассмотрим эти процессы:
  В процессе кодирования непрерывного звукового сигнала производится его дискретизация по времени, или, как говорят, «временная дискретизация»
  

• 14 слайд

  Звуковая волна разбивается на отдельные маленькие временные участки и для каждого участка устанавливается определенная величина амплитуды.
  

• 15 слайд

  Данный метод называется импульсно-амплитудной модуляцией PCM (Pulse Code Modulation). Гладкая кривая разбивается на последовательность «ступенек». Каждой «ступеньке» присваивается значение громкости звука (1, 2, 3 и т.д.).
  Чем больше «ступенек», тем большее количество уровней громкости будет выделено в процессе кодирования, и тем большее количество информации будет нести значение каждого уровня и более качественным будет звучание.
  
  

• 16 слайд

  2. Характеристики оцифрованного звука
  Качество звука зависит
  от двух характеристик
  Частота
  дискретизации
  Глубина
  кодирования
  звука
  

• 17 слайд

  Глубина кодирования звука (I)
  Количество бит, используемое для кодирования различных уровней сигнала или состояний.
  Общее количество таких состояний или уровней (N) можно вычислить по формуле:
  N = 2
  I
  Современные звуковые карты обеспечивают 16-битную глубину кодирования звука, и тогда общее количество различных уровней будет N = 216 = 65536.
  

• 18 слайд

  Частота дискретизации (M)
  Количество измерений уровней звукового сигнала в единицу времени. Эта характеристика показывает качество звучания и точность процедуры двоичного кодирования. Измеряется в герцах (Гц).
  1 измерения за 1 сек-1 Гц
  1000 измерений за 1 сек-1 килогерц (кГц)
  

• 19 слайд

  Частота дискретизации звукового сигнала может принимать значения от 8 до 48 кГц.
  При частоте 8 кГц качество дискретизированного звукового сигнала соответствует качеству радиотрансляции.
  При частоте 48 кГц – качество дискретизированного звукового сигнала соответствует качеству звучания аудио-CD.
  

• 20 слайд

  Высокое качество звучания достигается при частоте дискретизации 44,1 кГц и глубины кодирования звука, равной 16 бит.
  Для мрачного, приглушенного звука характерны следующие параметры: частота дискретизации – 11 кГц, глубина кодирования – 8 бит.
  

• 21 слайд

  Для того, чтобы найти объем звуковой информации, необходимо воспользоваться следующей формулой:
  V = M * I * t,
  Где
  М – частота дискретизации (в Гц),
  I – глубина кодирования (в битах),
  t – время звучания (в секундах).
  

• 22 слайд

  Пример:
  Звук воспроизводится в течении 10 секунд при частоте дискретизации 22,05 кГц и глубине звука 8 бит. Определите его размер (в байтах)
  Решение:
  M = 22,05*1000 = 22050 Гц;
  I = 8/8 = 1 байт;
  T = 10 секунд;
  V = 22050*10*1 =
  = 220500 байт.
  
  Ответ: 220500 байт.
  

• 23 слайд

  Весь процесс кодирования можно представить в виде следующей схемы:
  Звуковая
  волна
  Микрофон
  Переменный
  ток
  Звуковая
  плата
  Память ЭВМ
  Двоичный
  код
  

• 24 слайд

  Весь процесс декодирования можно представить в виде следующей схемы:
  Память ЭВМ
  Двоичный
  код
  Звуковая
  плата
  Переменный
  ток
  Динамик
  Звуковая
  волна
  

• 25 слайд

  Закрепление изученного. Решение задач.
  Определить объем памяти для хранения моноаудиофайла, время звучания которого составляет пять минут при частоте дискретизации 44 кГц и глубине кодирования 16 бит.
  Какой должна быть частота дискретизации и глубина кодирования для записи звуковой информации длительностью 2 минуты, если в распоряжении пользователя имеется память объемом 5,1 Мбайт.
  Объем свободной памяти на диске – 5,25 Мбайт, глубина кодирования – 8. Звуковая информация записана с частотой дискретизации 44,1 кГц. Какова длительность звучания такой информации?
  Одна минута записи звуковой информации занимает на диске 1,3 Мбайт, глубина кодирования равна 16. С какой частотой дискретизации записан звук?
  Какой объем памяти требуется для хранения звуковой информации высокого качества при условии, что время звучания составляет 3 минуты.
  Какова длительность звучания звуковой информации низкого качества (звук мрачный и приглушенный) и объеме 1200 Кбайт.
  
  
  

• 26 слайд

  Решение задач:
  Определить объем памяти для хранения моноаудиофайла, время звучания которого составляет пять минут при частоте дискретизации 44 кГц и глубине кодирования 16 бит.
  Решение:
  V = M * I * t = 44000Гц * 16 * 5*60 = 211200000бит =25781,25Кб = 25,177Мб
  Ответ: 25,177 Мб
  

• 27 слайд

  Решение задач:
  2. Какой должна быть частота дискретизации и глубина кодирования для записи звуковой информации длительностью 2 минуты, если в распоряжении пользователя имеется память объемом 5,1 Мбайт.
  Решение:
  M*I = V/t;
  M*I = 5,1 * 1024 * 1024 * 8 / 2 /60 = 356516 (Гц*бит)
  Вариант 1
  356516 (Гц*бит)≈44,1 кГц * 8 бит
  Ответ: 44,1 кГц и 8 бит
  Вариант 2
  356516 (Гц*бит) ≈ 22,05 кГц* 16 бит
  Ответ: 22,05 кГц и 16 бит
  

• 28 слайд

  Решение задач:
  3. Объем свободной памяти на диске – 5,25 Мбайт, глубина кодирования – 8. Звуковая информация записана с частотой дискретизации 44,1 кГц. Какова длительность звучания такой информации?
  Решение:
  T = V / M / I = 5,25*1024*1024*8/44100/8 = 124,8 сек.
  Ответ: 124,8 сек.
  
  

• 29 слайд

  Решение задач:
  4. Одна минута записи звуковой информации занимает на диске 1,3 Мбайт, глубина кодирования равна 16. С какой частотой дискретизации записан звук?
  Решение:
  M = V / I / t = 1,3*1024*1024*8 / 16 / 60 ≈ 11359,57Гц ≈ 11 кГц.
  Ответ: 11 кГц
  

• 30 слайд

  Решение задач:
  5. Какой объем памяти требуется для хранения звуковой информации высокого качества при условии, что время звучания составляет 3 минуты.
  Решение:
  Высокое качество записи звука соответствует частоте дискретизации 44,01 кГц и глубине кодирования 16 бит. Поэтому:
  V = M * I * t = 44,01 * 1000 * 16 * 180 = 126748800 бит ≈ 14,75 Мбайт.
  Ответ: 14,75 Мбайт.
  

• 31 слайд

  Решение задач:
  6. Какова длительность звучания звуковой информации низкого качества (звук мрачный и приглушенный) и объеме 1200 Кбайт.
  Решение:
  Низкое качество записи звука соответствует частоте дискретизации 11 кГц и глубине кодирования 8 бит. Поэтому:
  t=V / M / I = 1200 * 1024 * 8 / 11000 / 8 = 111,7 сек.
  Ответ: 111,7 сек.
  

• 32 слайд

  Домашнее задание:
  Уровень знания:
  Поясните принцип кодирования звуковой информации.
  Назовите параметры, влияющие на качество звука.
  Уровень понимания: определите качество звука (качество радиостанции, среднее качество или качество аудио-CD), если известно, что объем звуковой информации с длительностью звучания в 10 секунд равен:
  а) 940 Кбайт;б) 157 Кбайт.
  Уровень применения: аналоговый звуковой сигнал был дискретизации сначала с использованием глубины кодирования равной 8 бит, а затем с использованием глубины кодирования 16 бит. Во сколько раз различаются информационные объемы оцифрованного звука?
  Творческий уровень: вычислите информационный объем оцифрованного звука длительностью звучания 1 минута, если глубина кодирования и частота дискретизации равны соответственно:
  а) 16 бит и 8 кГц;б) 16 бит и 24 кГц.