Кодирование звука. С.В.Салопова

Консультационный центр
по подготовке
выпускников к
Государственной
(итоговой) аттестации
Кодирование звука
А(8)
Учитель информатики
МБОУ «СОШ №83»
Салопова Светлана Вячеславовна
Звук – это распространяющиеся в упругих средах механические
колебания с непрерывно меняющейся амплитудой и частотой,
воспринимаемые органами слуха.
Чем больше амплитуда сигнала, тем громче звук, чем больше
частота сигнала, тем выше тон.
Дискретизация – это преобразование непрерывных сигналов
в набор дискретных значений, каждому из которых
присваивается число.
Частота дискретизации - количество измерений за 1 секунду (Гц)
Для кодировки выбирают одну из трех частот: 44,1 КГц, 22,05 КГц,
11,025 КГц.
Диапазон частот, которые слышит человек, составляет от 20 Гц до
20 кГц.
Глубина кодирования – это количество бит, которые выделяются на одно
измерение.
Качество двоичного кодирования звука определяется глубиной
кодирования и частотой дискретизации.
Количество уровней громкости рассчитываем по формуле, где I –
глубина звука.
N=2I
Звуковой файл - файл, хранящий звуковую информацию в числовой
двоичной форме.
Качество
звука
Глубина
Частота
кодирования дискретизации
Радиотрансляция
8 бит
До 8 кГц
Среднее
качество
8, 16 бит
8 - 48 кГц
Звучание
CD - диска
16 бит
До 48 кГц
Аудиоадаптер (звуковая плата) – устройство,
преобразующее звуковые электрические колебания в
числовой двоичный код при вводе звука и обратно при
воспроизведении звука.
Характеристики аудиоадаптера: частота
дискретизации и разрядность регистра.
Разрядность регистра -число бит в регистре
аудиоадаптера. Если разрядность равна I, то при
измерении входного сигнала может быть получено 2I =N
различных значений.
Размер цифрового моноаудиофайла
V (в битах) определяется по формуле:
V = f * t * I,
где f –частота дискретизации (Гц),
t – время звучания или записи звука,
I - разрядность регистра (разрешение).
Размер цифрового стереоаудиофайла
V (в битах)
определяется по формуле:
V = 2 * f * t * I,
так как кодируются два канала звучания.
Единицы измерения
информации
1 байт = 8 бит = 23 бит
1 Кбайт = 1024 байт= 210 байт= 213 бит
1 Мбайт = 1024 Кбайт = 210 Кбайт = 220 байт= 223 бит
1 Гбайт = 1024 Мбайт = 210 Мбайт = 220 Кбайт = 230 байт= 233 бит
1 Тбайт = 210 Гбайт=1024 Гбайт
1 Пбайт = 210 Тбайт=1024 Тбайт
A8 (демо-версия 2012)
Производится одноканальная (моно) звукозапись с частотой
дискретизации 16кГц и 24-битным разрешением. Запись длится 1
минуту, ее результаты записываются в файл, сжатие данных не
производится. Какая из приведенных ниже величин наиболее близка к
размеру полученного файла?
1) 0.2 Мб
2) 2 Мб
3) 3 Мб
4) 4 Мб
Решение:
За 1 минуту произведено 16000*60 измерений.
Каждое измерение занимает 24 бита.
Тогда объем файла:
V=16000*60*24 бит.
Т.к. ответы в Мб, а 1 Мб=210Кб=220б=223 бит, то преобразуем формулу для V:
16000*60*24:223=(16*8*125)*(4*15)*(8*3):223 = 24*23*125*22*15*23*3:223 =
212*125*15*3:223 = 125*45:211 = 5625 : 2048  2,7 Мб
Ответ: 3
A8 (2012)
Производится одноканальная (моно) звукозапись с частотой
дискретизации 64Гц. При записи использовались 32 уровня
дискретизации. Запись длится 4 минуты 16 секунд, её результаты
записываются в файл, причём каждый сигнал кодируется минимально
возможным и одинаковым количеством битов. Какое из приведённых
ниже чисел наиболее близко к размеру полученного файла,
выраженному в килобайтах?
1) 10
2) 64
3) 80
4) 512
Решение:
Используется 32 = 25 уровня дискретизации, поэтому одно измерение
занимает в памяти 5 бит (разрешение).
Время записи 4 мин 16 с = 4 * 60 + 16 = 256 с
1Кб=213 бит
Тогда V файла:
64*5*256 бит=26*5*28 бит=214*5 бит=213*2*5 = 10Кб
Ответ: 1
A8 (2012)
Производится одноканальная (моно) звукозапись с частотой
дискретизации 16 кГц. Запись длится 2 минуты 8 секунд, её результаты
записываются в файл, сжатие данных не производится. Получен файл
размером 4000 Кбайт. Определить глубину звука (разрешение) в битах.
1) 2
2) 8
3) 16
3) 16
4) 24
Решение:
Измерение звука производится 16000 раз в секунду 128 секунд.
Из формулы: V = f*t*I выразим I = V:f:t.
4000 :16000:128 Кб= 1:4:128 Кб = 1024:4:128 байт= 2 байта=16 бит
Ответ: 3
A8 (2012)
Производится одноканальная (моно) звукозапись с 24-битным
разрешением. Запись длится 1 минуту 4 секунды, её результаты
записываются в файл, сжатие данных не производится. Получен файл
размером 3000 Кбайт. Определить частоту дискретизации в кГц.
1) 2
2) 6
3) 16
4) 44,1
Решение:
1 минута 4 секунды = 64 секунды
24 бита = 3 байта
3000 Кбайт =3000*210 байт
Из формулы: V = f*t*I выразим f = V:t:I
3000*210:64:3 = 3000*210:26:3 =1000*24=1000*16=16000 Гц=16 кГц
Ответ: 3
A8 (Вариант 2 - 2013)
Производится двухканальная (стерео) звукозапись с частотой
дискретизации 16 кГц и 24-битным разрешением. Запись длится 3
минуты, ее результаты записываются в файл, сжатие данных не
производится. Какая из приведенных ниже величин наиболее близка к
размеру полученного файла?
1) 8 Мб
2) 12 Мб
3) 16 Мб
4) 24 Мб
Решение:
За 3 минуты произведено 16000*60*3 измерений. Каждое измерение занимает
24 бита. Тогда объем стерео файла:
V=2*16000*60*3*24 бит.
Т.к. ответы в Мб, а 1 Мб=210Кб=220б=223 бит, то преобразуем формулу для V:
2*16000*60*3*24:223=2*(16*8*125)*(4*15*3)*(8*3):223 =
2*24*23*125*22*15*3*23*3:223 = 213*125*15*9:223 =16875:210 =16875 : 1024  16Мб
Ответ: 3
A8 (Вариант 6 - 2013)
Производится одноканальная (моно) звукозапись с частотой
дискретизации 16 кГц и 24-битным разрешением. Результаты
записываются в файл, размер которого не может превышать 4 Мбайта,
сжатие данных не производится. Какая из приведенных ниже величин
наиболее близка к максимально возможной длительности
записываемого звукового фрагмента?
1) 30 секунд
3) 90 секунд
2) 60 секунд
4) 120 секунд
Решение:
1 Мб=210Кб=220б=223 бит

4 Мб=4*223=22*223=225 бит
Из формулы V = f*t*I выразим время t = V:(f*I)
225:(16000*24)=225:((16*8*125)*(8*3))=225:(24*23*125*23*3)=225:(210*375) =
215:375= 1024*32:375  87 секунд
Ответ: 3
Литература:
-Информатика и ИКТ: ЕГЭ: Контрольные тренировочные материалы с
ответами и комментариями (Серия «Итоговый контроль: ЕГЭ»)/ С.М.Авдошин,
Р.З.Ахметсафина, О.В.Максименкова.- М.;СПб.: Просвящение, 2012.-338с.:
ил.
-Информатика. Оптимальный банк заданий для подготовки учащихся. Единый
государственный экзамен 2013. Информатика. Учебное пособие./
В.Р.Лещинер, С.С.Крылов, А.П. Якушкин. – Москва: Интеллект-Центр, 2013. –
136 с.
-ЕГЭ-2013. Информатика и ИКТ : типовые экзаменационные варианты: 10
вариантов / С.С.Крылов, Т.Е.Чуркина. – М.: Издательство «Национальное
образование», 2012. – 176 с. – (ЕГЭ-2013. ФИПИ – школе).
-http://www.alleng.ru