Урок по информатике на тему "Двоичное кодирование звуковой информации"

Кодирование звуковой информации

---

Временнáя 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 временнáя дискретизация. Непрерывная звуковая 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».

 

Чем большее количество «ступенек» будет выделено в процессе кодирования, тем большее количество информации будет нести дискретизация и тем более качественным будет звучание. 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.

Современные звуковые карты обеспечивают 16-битную глубину кодирования звука.

Качество двоичного кодирования звука определяется глубиной кодирования и частотой дискретизации.

Количество измерений в секунду может лежать в диапазоне от 8000 до 48000, то есть частота дискретизации 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.

Пример. Оцените информационный объем высококачественного стереоаудиофайла длительностью звучания 1 минута, если глубина кодирования 16 бит, а частота дискретизации 48 кГц.

Решение. Информационный объем звукового файла длительностью в 1 секунду равен:  

16 бит ´ 48 000 ´ 2 = 1 536 000 бит = 187,5 Кбайт

Информационный объем  звукового файла длительностью 1 минута равен:

187,5 Кбайт/с ´ 60 с » 11 Мбайт.

Стандартное приложение Звукозапись играет роль цифрового магнитофона и позволяет записывать звук, то есть дискретизировать 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.

Конспект урока по информатике в 7 классах

Тема урока: Обработка звуковой информации. Фонограф.

Тип урока: урок усвоения новых знаний.

Вид урока: учебно-исследовательская работа.

Технология: исследовательская.

Оборудование: компьютеры, наушники, микрофон, колонки, раздаточный материал с теоретическими сведениями по изучаемой теме; бланки заданий для оформления учебно-исследовательской работы.

Цели урока:

• Формирование представления о временной дискретизации звука, качестве двоичного кодирования звука.
• Формирование умения оценивать информационный объем аудиофайла; записывать звук с помощью компьютера, сохранять его в звуковых файлах в формате WAV, воспроизводить; использовать приобретенные умения в практической и повседневной жизни.
• Развитие навыков и умений применения современных компьютерных технологий.
• Активизация навыков групповой работы.
• Развитие познавательного интереса, творческой активности учащихся.
• Формирование навыков делового взаимодействия и принятия групповых решений.
• Связь информатики с повседневной жизнью, другими предметами (физика, музыка).
• Развитие мышления, умения применять полученные знания при решении задач практической направленности.

Задачи урока:

• Учебная: познакомиться с понятием временной дискретизации звука, установить зависимость между качеством кодирования звука, глубиной кодирования и частотой дискретизации; уметь оценивать информационный объем аудиофайла; записывать звук с помощью компьютера, сохранять его в звуковых файлах в формате WAV, воспроизводить.
• Развивающая: развитие мышления, умения применять полученные знания при решении задач в практической и повседневной жизни.
• Воспитательная: развитие познавательного интереса, творческой активности учащихся.

Подготовительный этап:

Учащиеся делятся на группы (по 2-3 человека в группе). В группах распределяются функции между учащимися: организатор, спикер, секретарь.

Ход урока

1. Организационная ситуация.
2. Мотивационное начало урока. Постановка цели.

Сегодня мы познакомимся с понятием временной дискретизации звука, экспериментальным путем установим зависимость между качеством кодирования звука, глубиной кодирования и частотой дискретизации; научимся оценивать информационный объем аудиофайла; вспомним, как записывать звук с помощью компьютера, сохранять его в звуковых файлах в формате WAV и воспроизводить.

3. Изучение нового материала (15 минут)

Работа учащихся в группах по изучаемой теме с выделением главных понятий и зависимостей. Составление опорного конспекта (в тетради должны быть основные понятия, формулы и примеры).

Контрольные вопросы:

• Что представляет собой временнaя дискретизация звука?
• Чем заменяется непрерывный звуковой сигнал при двоичном кодировании?
• От чего зависит качество двоичного кодирования?
• Какие значения может принимать частота дискретизации, глубина звука?
• Какие существуют режимы записи звуковых файлов в приложении Звукозапись?

   4. Выполнение исследовательских заданий (15 минут).

   5. Подведение итогов работы в группах (10 минут).

Каждая группа демонстрирует записанные аудиофайлы, анализирует полученные в ходе эксперимента результаты. Отвечают на теоретические вопросы, демонстрируют оформленные конспекты.

6        Домашнее задание: стр. 187-191, готовиться к пятиминутке.

Задание для экспериментальной работы.

Группы № 1 - 6.

Гипотеза. Информационный объем аудиофайла зависит от качества кодирования звука, режима записи и не зависит от содержания.

Задача: Установить зависимость между качеством двоичного кодирования звука и информационным объемом аудиофайла для звуковой информации различного содержания (монологическая речь, диалогическая речь, стихотворение, песня); зависимость между информационным объемом файла и режимом записи (моно, стерео).

Тексты для записи аудиофайлов:

1 и 5 группа.
Умен ты или глуп,
Велик ты или мал,
Не знаем мы, пока
Ты слова не сказал.
(Саади)

2 группа.
Во поле березка стояла,
Во поле кудрявая стояла.

3 и 6 группа.
- Что трудно?
- Познать самого себя.
- Что легко?
- Давать советы другим.
(Фалес)

4 группа.
Гибкость ума может заменить красоту.
(Стендаль)

Схема фиксирования задания в тетради

1. Записываемый текст

___________________________________________________________________________________

2. Результаты, полученные в ходе эксперимента:

№ п/п	Глубина кодирования	Частота дискретизации	Режим записи	Информационный объем
1
2
3
4

3. Выводы:
   ___________________________________________________________________________________
   
   

Инструкция для выполнения исследовательского задания

1. Запишите звуковой файл 4 раза, с разными установками, сохраняя каждый вариант:

• "глубина" кодирования 8 бит, частота дискретизации 8 кГц, монорежим;
• "глубина" кодирования 16 бит, частота дискретизации 24 кГц, стереорежим;
• "глубина" кодирования 16 бит, частота дискретизации 48 кГц, монорежим;
• "глубина" кодирования 16 бит, частота дискретизации 48 кГц, стереорежим.

2. Воспроизведите каждый аудиофайл.

3. Сравните его информационный объем с качеством звучания.

4. Сравните информационные объемы файлов, записанных с одинаковой глубиной кодирования, частотой дискретизации в различных режимах записи.

5. Сделайте выводы.

Подсказка по выполнению практических действий:

	Запись звукового файла с помощью стандартного приложения Звукозапись.
1	Выбрать команду [Программы-Стандартные-Развлечения-Звукозапись].
2	В появившемся окне приложения Звукозапись ввести команду [Файл-Свойства].
3	На появившейся диалоговой панели Свойства: Звук щелкнуть по кнопке Преобразовать.
4	В появившемся диалоговом окне Выбор звука с помощью раскрывающегося списка Формат: выбрать стандартный формат PCM. В раскрывающемся списке Атрибуты: выбрать нужное качество дискретизации, например, 8 000 Гц; 8 бит; Моно.
5	Запишите звуковой файл с выбранным качеством, сохраните его [Файл –Сохранить как] в папке Мои документы с именем N1.
6	Повторить действия 1-5 для других атрибутов (имена файлов соответственно N2, N3, N4).
	Воспроизведение и оценка информационного объема аудиофайла.
1	Открыть и прослушать созданный звуковой файл.
2	Кликнуть правой кнопкой мыши по аудиофайлу, из раскрывшегося меню выбрать Свойства. Записать размер файла.

Письменная проверочная работа «Обработка звуковой информации на ПК»

1 вариант

1. Какие стандартные программы Windows предназначены для работы со звуком? Перечисли их.

2. Что такое «временная дискретизация звука»?

3. При частоте дискретизации 8 кГц качество звукового сигнала соответствует:

а) качеству звучания аудио-CD;

б) качеству радиотрансляции;

в) среднему качеству.

4. Зависит ли размер аудиофайла от качества кодирования звука, и если да, то как именно?

Письменная проверочная работа «Обработка звуковой информации на ПК»

2 вариант

1. Укажи устройство ввода звуковой информации в компьютер.

2.  В каком формате сохраняются звуковые файлы:

а) DOC;

б) WAV;

в) BMP.

3. Расскажи об Универсальном проигрывателе. Для чего он предназначен?

4. Что значит «Частота дискретизации звука»?

Письменная проверочная работа «Обработка звуковой информации на ПК»

3 вариант

1. Опиши назначение программы Лазерный проигрыватель.

2. Какую глубину кодирования обеспечивают современные звуковые карты? (укажи ответ в битах)

3. Качество кодирования непрерывного звукового сигнала зависит:

а) от частоты дискретизации и глубины кодирования;

б) от глубины цвета и разрешающей способности монитора;

в) от международного стандарта кодирования.

4. Укажи порядок запуска программы для записи голоса с микрофона.

Письменная проверочная работа «Обработка звуковой информации на ПК»

4 вариант

1. Каково максимальное время записи голоса на микрофон в программе Звукозапись (Фонограф)?

2. От чего зависит качество записанного на компьютере звука?

3. Что называется «временной дискретизацией звука»?

4. Какое устройство компьютера позволяет воспроизводить звук?

Письменная проверочная работа «Обработка звуковой информации на ПК»

5 вариант

1. Как называется стандартная программа Windows для записи звука?

2. Два звуковых файла записаны с одинаковой частотой дискретизации и глубиной кодирования. Информационный объем файла, записанного в стереорежиме, больше информационного объема файла, записанного в монорежиме:

а) в 4 раза;

б) объемы одинаковые;

в) в 2 раза.

3. От чего зависит качество звука?

4. Определи размер звукового файла, записанного в монорежиме, длительностью звучания 20 с, если глубина кодирования и частота дискретизации равны соответственно 8 бит и 8 кГц.

Письменная проверочная работа «Обработка звуковой информации на ПК»

6 вариант

1. Какова зависимость между качеством звука и объемом звукового файла?

2. Стандартное приложение Звукозапись (Фонограф) позволяет:

а) записывать, сохранять звуковые файлы;

б) записывать, воспроизводить, редактировать звуковые файлы;

в) записывать, редактировать, микшировать, воспроизводить звуковые
файлы.

3. Что нужно сделать, чтобы настроить определенные параметры записи звука в программе Звукозапись (режим, глубину кодирования и проч.)?

4. Определи размер звукового файла, записанного в стереорежиме, длительностью звучания 30 с, если глубина кодирования и частота дискретизации равны соответственно 8 бит и 8 кГц.