Кодирование звуковой информации. Итоговый контроль

Тест. 

Ответы необходимо вносить в специальный бланк для ответов.

Блок 1. Теория

1) Звук представляет собой:

1- механическую волну

2 - частотный спектр

3- электромагнитную волну

4 - колебательное движение

2) Гиперзвук - это звук 

5 - с частотой ниже 20 Гц

6 - с частотой выше 20 кГц

7 - с частотой выше 1 ГГц

8- с частотой ниже 1 Гц

3) Чем выше амплитуда колебаний  тем

1 - ниже звук 

2 - ниже громкость звука

3 - выше звук

4 - выше громкость звука

4) Частота дискретизации звукового кода должна быть

4 - равна частоте звука

5 - максимум в два раза выше частоты звука

6 - минимум в два раза выше частоты звука

7 - независима от частоты звука

5) Линейное квантование амплитуды - это

1 - квантование амплитуды с равным шагом квантования

2 - разбиение шкалы времени на равные временные отрезки

3 - процесс замены реальных значений амплитуды сигнала значениями, приближенными с некоторой точностью

4 - разбиение амплитуды на уровни произвольной длинны 

Блок 2. Практические задания

6) Для того чтобы разбить амплитуду на 4096 уровней необходима

1 - глубина кадрирования 16 бит

2 - частота дискретизации 12 КГц

3 - количество звуковых дорожек - 4

4 - частота кадрирования 48 кГц

5 - глубина кадрирования 12 бит

7) Информационный объем квадроаудиофайла по сравнению со стериоаудиофайлом той же продолжительности звучания

1 - в 2 раза больше

2 - в 4 раза больше

3 - в 2 раза меньше

4 - в 4 раза меньше

5 - не отличается

8) Увеличение числа уровней квантования в 2 раза приводит к 

1 - увеличению всего аудиофайла в 2 раза

2 - увеличению всего аудиофайла на 1 бит

3 - увеличению всего аудиофайла на 2 бита

4 - увеличению памяти, отводимой на один отсчет в 2 раза

5 - увеличению памяти, отводимой на один отсчет на 1 бит

9) Информационный объем 8 секунд моноаудиофайла с глубиной кадрирования 8 бит и частотой дискретизации 8 кГц

1 - 64000 байт

2 - 64000 бит

3 - 64 кбайт

4 - 64 Мбайт

10) Рассчитайте информационный объем в Мб моноаудиофайла  и квадроаудиофайла длительностью 11 с с частотой дискретизации 48 кГц и глубиной кадрирования 16 бит. Оба ответа округлите до целых и занесите в бланк.

11) Рассчитать продолжительность звучания стереоаудиофайла в минутах, если его информационный альбом 30000 кбайт, частота дискретизации 32 кГц, глубина кадрирования 16 бит.

12 ) Рассчитать количество звуковых дороже аудиофайла если количество уровней 1024, частота дискретизации 16кГц, продолжительность звучания 4 мин 20 с. информационный объем около 20 Мб.

Результаты необходимо занести в бланк и соединить контрольные точки согласно инструкции в бланке.

Ключ для проверки

Кодирование звуковой информации. Практические задания.

http://reshuege.ru/
1. Про­во­ди­лась од­но­ка­наль­ная (моно) зву­ко­за­пись с ча­сто­той дис­кре­ти­за­ции 16 кГц и 24-бит­ным раз­ре­ше­ни­ем. В ре­зуль­та­те был по­лу­чен файл раз­ме­ром 3 Мбайт, сжа­тие дан­ных не про­из­во­ди­лось. Какая из при­ве­ден­ных ниже ве­ли­чин наи­бо­лее близ­ка к вре­ме­ни, в те­че­ние ко­то­ро­го про­во­ди­лась за­пись?

1) 30 сек    
2) 60 сек
3) 90 сек
4) 120 сек

2. Про­из­во­дит­ся двух­ка­наль­ная (сте­рео) зву­ко­за­пись с ча­сто­той дис­кре­ти­за­ции 16 кГц и 24-бит­ным раз­ре­ше­ни­ем. За­пись длит­ся 8 минут, ее ре­зуль­та­ты за­пи­сы­ва­ют­ся в файл, сжа­тие дан­ных не про­из­во­дит­ся. Какая из при­ве­ден­ных ниже ве­ли­чин наи­бо­лее близ­ка к раз­ме­ру по­лу­чен­но­го файла?

1) 5 Мбайт
2) 20 Мбайт
3) 35 Мбайт
4) 50 Мбайт

3. Про­из­во­дит­ся четырёхка­наль­ная (квад­ро) зву­ко­за­пись с ча­сто­той дис­кре­ти­за­ции 48 кГц и 32-бит­ным раз­ре­ше­ни­ем. За­пись длит­ся 2 ми­ну­ты, её ре­зуль­та­ты за­пи­сы­ва­ют­ся в файл, сжа­тие дан­ных не про­из­во­дит­ся. Какая из при­ведённых ниже ве­ли­чин наи­бо­лее близ­ка к раз­ме­ру по­лу­чен­но­го файла?

1) 15 Мбайт
2) 27 Мбайт
3) 42 Мбайт
4) 88 Мбайт

4. Про­во­ди­лась од­но­ка­наль­ная (моно) зву­ко­за­пись с ча­сто­той дис­кре­ти­за­ции 16 кГц и 32-бит­ным раз­ре­ше­ни­ем. В ре­зуль­та­те был по­лу­чен файл раз­ме­ром 1 Мбайт, сжа­тие дан­ных не про­из­во­ди­лось. Какая из при­ве­ден­ных ниже ве­ли­чин наи­бо­лее близ­ка к вре­ме­ни, в те­че­ние ко­то­ро­го про­во­ди­лась за­пись?

1) 10 сек
2) 30 сек
3) 50 сек
4) 75 сек

5. Про­из­во­дит­ся двух­ка­наль­ная (сте­рео) зву­ко­за­пись с ча­сто­той дис­кре­ти­за­ции 16 кГц и 24-бит­ным раз­ре­ше­ни­ем, ре­зуль­та­ты за­пи­сы­ва­ют­ся в файл, сжа­тие дан­ных не ис­поль­зу­ет­ся. Раз­мер файла с за­пи­сью не может пре­вы­шать 8 Мбайт. Какая из при­ведённых ниже ве­ли­чин наи­бо­лее близ­ка к мак­си­маль­но воз­мож­ной про­дол­жи­тель­но­сти за­пи­си?

1) 19 се­кунд
2) 35 се­кунд
3) 87 се­кунд
4) 115 се­кунд

6. Про­из­во­ди­лась четырёхка­наль­ная (квад­ро) зву­ко­за­пись с ча­сто­той дис­кре­ти­за­ции 16 кГц и 24-бит­ным раз­ре­ше­ни­ем. В ре­зуль­та­те был по­лу­чен файл раз­ме­ром 48 Мбайт, сжа­тие дан­ных не про­из­во­ди­лось. Какая из при­ве­ден­ных ниже ве­ли­чин наи­бо­лее близ­ка к вре­ме­ни, в те­че­ние ко­то­ро­го про­во­ди­лась за­пись?

1) 1 мин.
2) 2 мин.
3) 3 мин.
4) 4 мин.

Кодирование звуковой информации. Теория.

1. Природа звука.

2. Основные характеристики звука.

3. Дискретизация.

4. Частота дискретизации звукового кода.

5. Глубина кадрирования.
6. Расчет информационного объема аудиофайла.
7. Расчет времени звучания аудиофайла.

1. ПРИРОДА ЗВУКА

Звук — физическое явление, представляющее собой распространение в виде упругих волн механических колебаний в твёрдой, жидкой или газообразной среде. В узком смысле под звуком имеют в виду эти колебания, рассматриваемые по отношению к тому, как они воспринимаются органами чувств животных и человека^[1].

2. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЗВУКА

Частота.

Свойства звука зависят от частоты. Человек может слышать колебания с частотой от 20 Гц до 20 кГц (с возрастом верхняя граница частоты слышимого звука снижается). Звук с частотой более низкой, чем 20 Гц (соответствует ноте ми субконтроктавы), называется инфразвуком^[2]. Инфразвуковые колебания, хотя и не слышны, могут ощущаться осязательно. Звук с частотой выше 20 кГц называется ультразвуком, а с частотой выше 1 ГГц — гиперзвуком.


Амплитуда
Амплиту́да — максимальное значение смещения или изменения переменной величины от среднего значения при колебательном или волновом
движении. Грубо говоря, от амплитуды зависит громкость звука.

Выполнить задание:

3. ДИСКРЕТИЗАЦИЯ

Дискретизация (квантование) – это преобразование непрерывного (аналогового) сигнала в набор дискретных значений в форме кода. 

Выполнить задание:

4. ЧАСТОТА ДИСКРЕТИЗАЦИИ ЗВУКОВОГО КОДА

Частота дискретизации (или частота семплирования, англ. sample rate) — частота взятия отсчетов непрерывного во времени сигнала при его дискретизации (в частности, аналого-цифровым преобразователем). Измеряется в герцах.

Чем выше частота дискретизации, тем более широкий спектр сигнала может быть представлен в дискретном сигнале. Для того, чтобы однозначно восстановить исходный сигнал, частота дискретизации должна более чем в два раза превышать наибольшую частоту в спектре сигнала.

Некоторые из используемых частот дискретизации звука:

• 8 000 Гц — телефон, достаточно для речи
• 11 025 Гц;
• 12 000 Гц (на практике встречается редко);
• 16 000 Гц;
• 22 050 Гц — радио;
• 32 000 Гц;
• 44 100 Гц — используется в Audio CD;
• 48 000 Гц — DVD, DAT;
• 96 000 Гц — DVD-Audio (MLP 5.1);
• 192 000 Гц — DVD-Audio (MLP 2.0);
• 2 822 400 Гц — SACD, процесс однобитной дельта-сигма модуляции, известный как DSD — Direct Stream Digital, совместно разработан компаниями Sony и Philips;
• 5 644 800 Гц — DSD с удвоенной частотой дискретизации, однобитный Direct Stream Digital с частотой дискретизации вдвое больше, чем у SACD. Используется в некоторых профессиональных устройствах записи DSD.

5. ГЛУБИНА КАДРИРОВАНИЯ

Линейное (однородное) квантование амплитуды

Отведём для записи одного значения амплитуды сигнала в памяти компьютера N бит. Значит, с помощью одного N -битного слова можно описать 2^N разных положений. Вся амплитуда делится на 2^N уровней — квантов. Теперь, для записи каждого отдельного значения амплитуды, его необходимо округлить до ближайшего уровня квантования. Этот процесс носит название квантования по амплитуде. Квантование по амплитуде — процесс замены реальных значений амплитуды сигнала значениями, приближенными с некоторой точностью. Каждый из 2^N возможных уровней называется уровнем квантования, а расстояние между двумя ближайшими уровнями квантования называется шагом квантования. Если амплитудная шкала разбита на уровни линейно, квантование называют линейным (однородным).
Точность округления зависит от выбранного количества (2^N) уровней квантования, которое, в свою очередь, зависит от количества бит (N), отведенных для записи значения амплитуды. Число N называют глубиной кадрирования или разрядностью квантования, а полученные в результате округления значений амплитуды числа —отсчетами или семплами (от англ. « sample» — «замер»). 

Принимается, что погрешности квантования, являющиеся результатом квантования с разрядностью 16 бит, остаются для слушателя почти незаметными. Этот способ оцифровки сигнала — дискретизация сигнала во времени в совокупности с методом однородного квантования — называется импульсно-кодовой модуляцией, ИКМ (англ. Pulse Code Modulation — PCM).
Оцифрованный сигнал в виде набора последовательных значений амплитуды уже можно сохранить в памяти компьютера. В случае, когда записываются абсолютные значения амплитуды, такой формат записи называется PCM (Pulse Code Modulation). Стандартный аудио компакт-диск (CD-DA), применяющийся с начала 80-х годов 20-го столетия, хранит информацию в формате PCM с частотой дискретизации 44.1 кГц и разрядностью квантования 16 бит.

6. РАСЧЕТ ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЪЕМА АУДИОФАЙЛА 

Частота дискретизации показывает сколько раз в секунду измеряется значение амплитуды. Глубина кадрирования - сколько бит "весит" одно такое значение. Следовательно, чтобы вычислить информационный объем 1 с аудиофайла необходимо перемножить эти два значения.
 Легко догадаться, что если как отдельный множитель добавить время звучания, то получится рассчитать информационный объем 1 звуковой дорожки. Для получения информационного объема всего аудиофайла необходимо умножить это значение на количество звуковых дорожек. 

I = n∙B∙F∙t,              (1)

где n - количество звуковых дорожек (n=1 - моно, n=2 - стерео, n=4 - квадро)

      B - глубина кадрирования, бит

      F - частота дискретизации, Гц

      t - время звучания, с

При расчете по данной формуле значение информационного объема получается в битах. При необходимости перевести в кб необходимо разделить его на 2¹³, в Мб - на 2²³.

7. РАСЧЕТ ВРЕМЕНИ ЗВУЧАНИЯ АУДИОФАЙЛА

Из формулы (1) несложно выразить время:

t = I / (n∙B∙F),          (2)

где I - информационный объем, бит