Кодирование звуковой информации

 
Кодирование звуковой информации  

Звук

 

• Звук представляет собой распространяющуюся чаще всего в воздухе, воде или другой среде волну с непрерывно изменяющейся интенсивностью и частотой.

 

• Человек может воспринимать звуковые волны (колебания воздуха) с помощью слуха в форме звука различая при этом громкость и тон.

 

• Чем больше интенсивность звуковой волны, тем громче звук, чем больше частота волны, тем выше тон звука.

Зависимость громкости, а  также высоты тона звука от  интенсивности и частоты звуковой  волны.

Чтобы измерять громкость  звука применяют специальную  единицу "децибел" (дБ)

 

Характерный звук 

 

Громкость, измеренная в децибелах 

 

Нижний предел чувствительности  человеческого уха

 

0

 

Шорох листьев

 

10

 

Разговор

 

60

 

Гудок автомобиля

 

90

 

Реактивный двигатель

 

120

 

Болевой порог

 

140

Преобразование непрерывного  звукового сигнала в цифровую  дискретную форму.

Качество оцифрованного  звука

 

• Частота дискретизации звука, гц - это количество измерений громкости звука за одну секунду. 
  
• Герц (обозначается Гц или Hz) — единица измерения частоты периодических процессов (например колебаний).  
  1 Гц означает одно исполнение такого процесса за одну секунду: 1 Гц= 1/с.  
  
• 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 рассчитывать по общей формуле N = 2^I.

7

 

MP3 - (формат кодирования звуковой  дорожки MPEG) — лицензируемый формат файла для хранения аудио-информации.

 

Вообще то, формат .МР3 основан на  обмане человеческого уха.

 

Человеческому слуху свойственно  адаптироваться к появлению новых  звуков, что выражается в повышении  порога слышимости. Поэтому одни  звуки способны маскировать (то  есть, делать субъективно неслышимыми) другие.

 

Вот и в этом формате часть звуков, которые, как считает соответствующая теория, делаются неслышимыми, просто убираются из общего звучания. После чего получившийся «полуфабрикат» кодируется

MIDI (англ. Musical Instrument Digital  Interface —

В отличие от других форматов, хранит не оцифрованный звук, а наборы команд (проигрываемые  ноты, ссылки на проигрываемые  инструменты, значения изменяемых  параметров звука), которые могут  воспроизводиться по-разному в  зависимости от устройства воспроизведения.

 

Удобство формата MIDI как формата  представления данных позволяет  реализовывать устройства, производящие  автоматическую аранжировку по  заданным аккордам, а также приложения 3D-визуализации звука.

 

 Кроме того, такие файлы, как правило, имеют на несколько порядков меньший размер, чем оцифрованный звук сравнимого качества.

 

8

Качество оцифрованного  звука.

 

• Чем больше частота дискретизации и глубина кодирования звука, тем более качественным будет звучание оцифрованного звука и тем лучше можно приблизить оцифрованный звук к оригинальному звучанию.
• Самое низкое качество оцифрованного звука, соответствующее качеству телефонной связи, получается при частоте дискретизации 8000 раз в секунду, глубине дискретизации 8 битов и записи одной звуковой дорожки (режим "моно").
• Самое высокое качество оцифрованного звука, соответствующее качеству аудио-CD, достигается при частоте дискретизации 48 000 раз в секунду, глубине дискретизации 16 битов и записи двух звуковых дорожек (режим "стерео").  
  Необходимо помнить, что чем выше качество цифрового звука, тем больше информационный объем звукового файла.  
   
  

Алгоритм вычисления информационного  объема 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;

Задача № 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)

Алгоритм вычисления времени  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.)

Задача № 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)