Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Практическое занятие
Работа со звуковой системой ПК. Вычисление информационного объёма закодированного звука
Цель работы: Ознакомиться с компьютерными акустическими системами. Научиться находить информационный объём закодированного звука.
уметь :
Выбирать рациональную конфигурацию оборудования в соответствии с решаемой задачей;
Определять совместимость аппаратного и программного обеспечения;
Осуществлять модернизацию аппаратных средств.
В результате выполнения практической работы обучающийся должен знать :
Основные конструктивные элементы средств вычислительной техники;
Периферийные устройства вычислительной техники;
Нестандартные периферийные устройства.
Теоретическая часть
Звуковое оборудование - обязательный элемент каждого аудиовизуального комплекса. Система звукового сопровождения обязательно включает в себя источники звука и акустические системы. В её состав также может входить оборудование для усиления, микширования и обработки звуковых сигналов. К системе звукового сопровождения могут быть отнесены элементы систем конференцсвязи, конгресс-систем, системы протоколирования.
Источниками аудиоинформации могут служить:
· аппараты воспроизведения (DVD-проигрыватели, TV-тюнеры и т.д.);
· компьютерная техника (ноутбуки, медиа серверы и т.д.);
· проводные и радиомикрофоны, микрофонные пульты конгресс-систем, оборудование для синхронного перевода;
· системы аудио - и видеоконференцсвязи;
· устройства протоколирования.
Для корректной записи и воспроизведения звука в состав системы звукового сопровождения входят устройства для усиления сигналов, микширования и обработки.
Цифровая аудио платформа представляет собой небольшой модуль, который заменяет целый шкаф с аналогичными аналоговыми устройствами, избавляет от сложной системы коммутации, имеет удобный интерфейс настройки и управления, и значительно дешевле аналогового решения.
Тюнер - персональное абонентское устройство, служащее для выделения и демодуляции сигнала. ТВ-тюнер - род тюнера, предназначенный для приёма телевизионного сигнала в различных форматах вещания с показом на компьютере или просто на отдельном мониторе.
По конструктивному исполнению ТВ-тюнеры бывают внешние (подключаются к компьютеру либо через USB, либо между компьютером и дисплеем через видеокабель) и внутренние (вставляются в слот ISA, или PCI, или PCI-Express).
Звуковая карта - дополнительное оборудование ПК, позволяющее обрабатывать звук. В современных компьютерах звуковые карты представлены интегрированного в материнскую плату кодека.
Звуковые файлы - файлы, содержащие цифровую запись аудиоданных. Существует два основных типа звуковых файлов: с оцифрованным звуком и нотной записью . Звуковые файлы представляют собой составную часть мультимедиа.
Существуют звуковые файлы различных форматов:
· MIDI - запись музыкальных произведений в виде команд синтезатору; музыкальные файлы компактны, голос человека не воспроизводят.
· WAV - универсальный звуковой формат, в котором хранится полная информация об оцифрованном звуке.
· MP 3 - формат сжатия аудиоинформации с регулируемой потерей информации, позволяющий сжимать файлы в несколько раз в зависимости от заданного битрейта. Даже при самом высоком битрейте - 320Кби/с - обеспечивает четырёхкратное сжатие по сравнению с компакт-дисками.
· APE -формат сжатия аудиоинформации без потери информации.
Файлы с оцифрованным звуком - звуковые файлы, в которых исходная непрерывная (аналоговая) форма сигнала записана в виде последовательности коротких дискретных значений амплитуд звукового сигнала, измеренных через одинаковые промежутки времени и имеющих между собой весьма малый интервал. Процесс замены непрерывного сигнала последовательностью его значений называют дискретизацией, а такую форму записи - импульсно-кодовой. Файлы с оцифрованным звуком бывают двух видов: с заголовком и без заголовка.
Файлы с нотной записью - звуковые файлы, которые содержат последовательность команд, сообщающих, какую ноту, каким инструментом и как долго нужно воспроизводить в тот или иной момент времени.
Рассмотрим основные стандарты многоканального звука .
DolbyStereo - стандарт на технологию цифровой записи звукового сопровождения фильмов для кинотеатров, позволяющий кодировать на двух звуковых дорожках киноплёнки четыре канала: левый, центральный, правый и тыловой. Считанный с киноплёнки сигнал преобразуется декодером в четырёхканальный, дающий эффект окружающего звука. Без декодера звук воспроизводиться как обычный двухканальный стерео.
DolbySurround (DSS) - система, позволяющая из закодированного двухканального сигнала выделять три звуковых канала: левый, правый и тыловой. Считанный с киноплёнки сигнал декодируется в трёхканальный. При отсутствии декодера воспроизводится обычный двухканальный стереозвук.
DolbyPro-Logic (DPL) - система, позволяющая из закодированного двухканального сигнала выделять четыре звуковых канала: левый, центральный, правый и тыловой. Система использует дополнительный громкоговоритель центрального канала, который «привязывает» диалоги к экрану, а эффект окружающего звучания воспроизводится через тыловые каналы.
DolbyDigital -- это стандарт для декодирования многоканального звука, в котором звук представляется шестью отдельными каналами: пятью каналами окружающего звука (левым, правым, центральным и двумя фронтальными) и одним низкочастотным каналом (сабвуфером). Представление звука изначально было цифровым, а частотный диапазон был расширен с 20 Гц до 20 кГц (на данный момент частотный диапазон составляет от 3 Гц до 20 кГц для пяти каналов и от 3 Гц до 120 кГц для канала сабвуфера). Данный стандарт является сегодня одним из самых распространенных.
DolbiDigital (AC-3) - самый популярный на сегодняшний день формат многоканального звука, принятый в качестве звукового стандарта для видеодисков формата DVD. Этот полностью цифровой формат содержит 6 независимых каналов звука, из них 5 полно диапазонных (30 - 20 000 Гц): три фронтальных (левый, центральный и правый) и два тыловых, плюс один низкочастотный (20-120 Гц) канал сабвуфера. Звучание фонограмм, записанное в формате DolbiDigital, характеризуется очень высоким качеством звука - полностью отсутствует шум носителя (как это явно присутствует, например, в аудио кассетах).
DolbySurround AC3 -- упрощенный вариант стандарта DolbyDigital, предназначенный для систем домашних кинотеатров. От стандарта DolbyDigital данный стандарт отличается сниженными скоростями потока данных.
DTS (DigitalTheaterSystem) представляет собой стандарт шестиканального звука, только с гораздо более высоким качеством. Коэффициент сжатия составляет здесь 4:1, а скорость потока данных (битрейт) -- 882 Кбит/с (алгоритм apt-X100). Благодаря меньшей степени сжатия и более совершенному алгоритму, качество звука, закодированного в DTS, гораздо выше, чем у DolbyDigital, однако последний стандарт более распространен в связи с широким распространением DVD.
DolbyProLogic II , представляет собой дальнейшее развитие стандартов DolbyStereoProLogic, позволяет декодеру раскладывать обычный стереозвук на шесть каналов.
DolbyProLogicIIx -- это следующий шаг в развитии стандарта DolbyProLogic II. В данном случае подразумевается возможность разложения стереозвука на семь или на восемь каналов. Возможны три режима декодирования:
* фильм (Movie) -- дублирование центрального канала или тыловых каналов;
* игра (Play) -- сигнал всего лишь дополнительно направляется на «новые каналы»;
* музыка (Music).
Ни в одном из режимов не используется информация с фронтальных каналов (только с центрального и тыловых).
DolbyDigital EX - вариант стандарта DolbyProLogicIIx, предназначенный для домашних кинотеатров.
DolbyDigitalSurround EX -- это относительно новый, расширенный до 7 каналов вариант стандарта DolbyDigitalSurround. В данном стандарте имеется еще один задний канал, который дублирует существующий центральный канал, если исходный звук записан в формате 5+1. Если же исходный файл представлен в формате 6+1, то дополнительный канал становится еще одним полноценным каналом окружающего звука.
DTS-ES -- это полноценный аналог стандарта DolbyDigital EX, но от компании DTS. Данный стандарт также позволяет кодировать звук в форматах 6+1 и 7+1 и раскладывать звук формата 5+1, закодированный в DTS, соответственно на семь или восемь каналов.
Звук - это волновые колебания в упругой среде. Звук характеризуется частотой (измеряется в герцах, 1 Гц=1колебание в секунду, человек воспринимает звуки в диапазоне от 16 Гц до 20 кГц) и амплитудой (сила звука, звуковое давление измеряется в Паскалях, воспринимаемая человеком громкость звука - от 20мкПа до 200 Па).
Временная дискретизация - это процесс, при котором звуковая волна разбивается на отдельные маленькие временные участки, причём для каждого устанавливается определённая амплитуда.
Частота дискретизации показывает, сколько раз в секунду измеряется моментальное значение сигнала. Если сигнал оцифровывается при частоте дискретизации 44 кГц, то измерения производятся 44 000 раз в секунду.
Количество уровней громкости выражается глубиной звука - количеством бито, используемых для кодирования одного уровня.
Битрейт - скорость передачи данных, задаваемая при кодировании. Может изменяться от 8 до 320Кбит/с. Чем больше битов информации записано в секунду, тем с меньшими потерями будет воспроизведён исходный материал - тем больше места в памяти компьютера занимает MP3 - файл. Уменьшение битрейта ведёт к ухудшению качества звучания и уменьшению информационного объёма звукового файла.
1 кГц=1000 Гц
1 мГц=1000000 Гц
Количество уровней громкости
где i - глубина звука (бит).
Рассмотрим пример расчёта информационного объёма закодированного звука моно звукового файла.
Решение.
Для расчёта информационного объёма закодированного звука будем использовать следующую формулу:
где D - частота дискретизации, Гц; i - глубина звука, бит; T - время звучания, с.
Получаем: звук аудиоинформация компьютер закодированный
V=5Гц*4бит*1с=20бит
Рассмотрим пример расчёта информационного объёма закодированного звука стерео файла.
V = DiNT ,
где D - частота дискретизации, Гц; i - глубина звука, бит; N - число каналов (1 - моно, 2 - стерео);T - время звучания, с.
Практическая часть
1. Перерисуйте структуру звуковой системы ПК в тетрадь и отметьте на ней основные модули.
2. Заполните таблицу, описав модули звуковой системы ПК.
|
Модуль звуковой системы |
Описание, основные характеристики |
|
|
Записи и воспроизведения |
a) Частота дискретизации . Определяет максимальную частоту записываемого или воспроизводимого сигнала. Человеческий голос - 6-8 КГц. Музыка невысокого качества - 20-25 КГц. Высококачественное звучание - не менее 44 КГц, в идеале 48 КГц; b) Тип и разрядность АЦП и ЦАП . Определяет разрядность представления цифрового сигнала (8, 16, 18, 20 или 24 бит), динамический диапазон (в децибелах от 90 дБА) и уровень шумов квантования. Разрядность АЦП и ЦАП от 16 и больше бит позволяет обеспечить студийное качественное звучание; c) Способ кодирования аудиоданных , т.е. точность воспроизведения исходного звука, уровень искажения, качество сжатия звукового сигнала; d) Возможность работы в режиме FullDuplex . Т.е. возможность одновременной записи и воспроизведения звукового сигнала. Существует три режима передачи данных по какому либо каналу определяющие направление передачи сигнала: симплекс (и), полу дуплекс (иили з) и дуплекс (полный дуплекс FullDuplex ). |
|
|
Синтезатора |
a) Метод синтеза звука . Определяет не только качество звука, но и ее состав. Звуковая система ПК может содержать несколько синтезаторов. Выделяют 2 метода синтеза звука: ·FM-синтез (FrequencyModulationSynthesis- частотная модуляция ) - синтезатор используется во всех недорогих звуковых картах. Обеспечивает приемлемое качество звука. Полифония составляет 20 голосов. Звуковые эффекты не реализуются. ·WT-синтез (WaveTableSynthesis- таблица синтеза звуковых волн ). Звук генерируется с высоким качеством, так как для его генерации используется специальная таблица, в которой содержатся предварительно оцифрованные образцы звучания реальных музыкальных инструментов и других звуков. Полифония - от 20 и больше голосов ? b) Объем памяти . Зависит от модели звуковой карты. Используется для хранения патчей. Может быть изменен за счет установки дополнительных модулей памяти (RAMили ROM). Это позволяет загружать дополнительные банки инструментов, что может значительно изменить звучание MIDI-файлов, как в лучшую, так и в худшую сторону. c) Возможность аппаратной обработки сигнала для создания звуковых эффектов . Для создания звуковых эффектов используется специальный эффект-процессор . В зависимости от типа эффект-процессора можно осуществлять обработку всех звуковых каналов синтезатора одновременно, обработку отдельных MIDI-каналов или звучание отдельных голосов синтезатора (общие, поканальные и голосовые эффект-процессоры ). Данный эффект-процессор позволяет снять с центрального процессора большую нагрузку по обработке звука. d) Полифония - максимальное количество одновременно воспроизводимых элементарных звуков. Для каждого типа звуковой карты значение полифонии может быть свое. (от 20 и больше голосов). |
|
|
Интерфейсов |
Обеспечивает обмен данными между звуковой системой и другими устройствами - как внешними, так и внутренними. Включает в себя следующие типы интерфейсов: a) Системный интерфейс . Подключение звуковой карты может осуществляться через шину ISA(8-и разрядная, пропускная способность 2-6 Мбит/с) и через шину PCI(16-ти разрядная, пропускная способность от 100 до 260 Мбит/с). Звуковые карты с интерфейсом ISAна сегодняшний день уже устарели, так как они не обеспечивают реализации нестандартных функций обработки и передачи звуковых данных и имеют низкую пропускную способность. Шина PCIимеет достаточно широкую полосу пропускания и обеспечивает параллельную передачу потока звуковых данных. b) MIDI-интерфейс. (MusicalInstrumentDigitalInterface) - это цифровой интерфейс музыкальных инструментов. Позволяет MIDI-инструментам подключаться друг к другу, а также обмениваться информацией и работать совместно. На самой звуковой карте MIDI-порты отсутствуют, поэтому подключение к ПК MIDI-инструментов и устройств осуществляется с помощью специального MIDI-адаптера. c) Интерфейс для подключения дочерних карт. Звуковая система ПК может иметь специальный интерфейс для подключения дочерних плат. Путем установки дочерней платы можно увеличивать полифонию звуковой системы и качественно изменять метод синтеза. Например, если раньше применялся только FM-синтез, то можно добавить WT-синтез. Дочерняя плата обычно устанавливается в специальный 26-контактный разъем расположенный на звуковой карте. d) Интерфейс для подключения приводов CD-ROM . Входит в состав звуковой карты. Через специальный разъем на звуковой карте и специальный выход на приводе CD-ROMа они соединяются с помощью гибкого кабеля. Совсем недавно - это был единственный способ подключения привода CD-ROMк компьютеру. |
|
|
Модуль микшера звуковой карты производит: a) Коммутацию (подключение/отключение) источников и приемников звуковых сигналов; b) Регулирование уровня входных и выходных звуковых сигналов; Микширование (смешивание) нескольких звуковых сигналов и регулирование уровня результирующего сигнала. Управление микшером осуществляется программно средствами Windows или с помощью специальных программ-микшеров. Включает в себя наушники и колонки. Они непосредственно преобразуют звуковой электрический сигнал в акустические колебания и, тем самым, в значительной степени влияют на качество звука. |
||
|
Акустической системы |
По количеству каналов звучания акустическая система может быть: Монофоническая (1 канал); Стереофоническая (2 канальная); DolbyDigital(от 6 и более каналов). |
3. Решите задачи по вариантам.
4. Ответьте на контрольные вопросы.
Вариант 1
1. Рассчитайте информационный объём закодированного звука, если записано звучание 3 секунд речи с частотой дискретизации 5 Гц и глубиной звука 4 бит.
Вариант 2
1. Рассчитайте информационный объём закодированного стерео звука, если записано звучание 10 с с частотой дискретизации 20 Гц и глубиной звука 5 бит.
2. Определите объем памяти для хранения цифрового аудиофайла, время звучания которого составляет 2 минуты при частоте дискретизации 44,1 кГц и разрешении 16 бит.
Вариант 3
1. Рассчитайте информационный объём закодированного звука, если записано звучание 7 с речи с частотой дискретизации 5 Гц и глубиной звука 4 бит.
2. Объем звукового файла 5,25 Мб, разрядность звуковой платы - 16. Какова длительность звучания этого файла, записанного с частотой дискретизации 22,05 кГц?
Вариант 4
1. Рассчитайте информационный объём закодированного стерео звука, если записано звучание 15 с с частотой дискретизации 15 Гц и глубиной звука 4 бит.
2. Одна минута записи цифрового аудиофайла занимает на диске 1,3 Мб, разрядность звуковой платы - 8. С какой частотой дискретизации записан звук?
Вариант 5
1. Рассчитайте информационный объём закодированного звука, если записано звучание 3 с речи с частотой дискретизации 5 Гц и глубиной звука 3 бит.
2. Рассчитайте время звучания звукового файла объемом 3.5 Мбайт, содержащего стерео запись с частотой дискретизации 44 100 Гц и разрядностью кода 16 бит.
Вариант 6
1. Рассчитайте информационный объём закодированного стерео звука, если записано звучание 10 секунд с частотой дискретизации 25 Гц и глубиной звука 6 бит.
2. Определить размер (в байтах) цифрового аудиофайла, время звучания которого составляет 10 секунд при частоте дискретизации 22,05 кГц и разрешении 8 бит.
13-П Оле гВариант 7
1. Рассчитайте информационный объём закодированного звука, если записано звучание 5 секунд речи с частотой дискретизации 3 Гц и глубиной звука 4 бит.=60 бит.
2. Рассчитайте информационный объём закодированного стерео звука, если записано звучание 20 секунд с частотой дискретизации 15 Гц и глубиной звука 3 бит.=900 бит.
Вариант 8
1. Определить объем памяти для хранения цифрового аудиофайла, время звучания которого составляет две минуты при частоте дискретизации 44,1 кГц и разрешении 16 бит.
2. Рассчитайте информационный объём закодированного звука, если записано звучание 12 секунд речи с частотой дискретизации 5 Гц и глубиной звука 4 бит.
Вариант 9
1. Рассчитайте информационный объём закодированного стерео-звука, если записано звучание 30 секунд с частотой дискретизации 15 Гц и глубиной звука15 бит.
2. Две минуты записи цифрового аудиофайла занимают на диске 5,1 Мб. Частота дискретизации -- 22050 Гц. Какова разрядность аудио адаптера.
Вариант 10
1. Рассчитайте информационный объём закодированного звука, если записано звучание 17 секунд речи с частотой дискретизации 16 Гц и глубиной звука 14 бит.
3. 16 бит и 8 кГц.
Вариант 11
1. Рассчитайте информационный объём закодированного стереозвука, если записано звучание 150 секунд с частотой дискретизации 20 Гц и глубиной звука 4 бит.
Вариант 12
1. Рассчитайте информационный объём закодированного звука, если записано звучание 13 с речи с частотой дискретизации 8 Гц и глубиной звука 12 бит.
2. Рассчитайте время звучания моно аудиофайла, если при 16-битном кодировании и частоте дискретизации 32 кГц его объем равен 6300 Кбайт.
Вариант 13
1. Рассчитайте информационный объём закодированного стереозвука, если записано звучание 25 секунд с частотой дискретизации 25 Гц и глубиной звука 16 бит.
2. Рассчитайте информационный объём закодированного звука, если записано 55 секунд речи с частотой дискретизации 15 Гц и глубиной звука 5 бит.
Вариант 14
1. Чему равно время звучания при 16-битном кодировании, частоте дискретизации 32 кГц и объёме моно аудиофайла 700 Кбайт.
2. Рассчитайте информационный объём закодированного стереозвука, если записано звучание 120 секунд с частотой дискретизации 15 Гц и глубиной звука 23 бит.
2. Рассчитайте информационный объём закодированного звука, если записано звучание 38 с речи с частотой дискретизации 15 Гц и глубиной звука 3 бит.
Вариант 16
1. Рассчитайте информационный объём закодированного стереозвука, если записано звучание 100 секунд с частотой дискретизации 27 Гц и глубиной звука 15 бит.
2. Рассчитайте объём монофонического аудиофайла длительностью 10 с при 16-битном кодировании и частоте дискретизации 44,1 к Гц.
Вариант 17
1. Рассчитайте информационный объём закодированного звука, если записано звучание 70 с речи с частотой дискретизации 25 Гц и глубиной звука 4 бит.
Вариант 18
1. Рассчитайте информационный объём закодированного стереозвука, если записано звучание 215 секунд с частотой дискретизации 5кГц и глубиной звука 3 бит.
Вариант 19
1. Рассчитайте информационный объём закодированного звука, если записано звучание 34 с речи с частотой дискретизации 45 Гц и глубиной звука 7 бит.
2. Рассчитайте время звучания моно аудиофайла, если при 4-битном кодировании и частоте дискретизации 16 кГц его объем равен 350 Кбайт.
Вариант 20
1. Рассчитайте информационный объём закодированного стереозвука, если записано звучание 126 секунд с частотой дискретизации 32 Гц и глубиной звука 6 бит.
2. Определить объем памяти для хранения цифрового аудиофайла, время звучания которого составляет 4 минуты при частоте дискретизации 55 кГц и расширении 32 бит.
Вариант 21
1. Рассчитайте информационный объём закодированного звука, если записано звучание 14 с речи с частотой дискретизации 13 Гц и глубиной звука 12 бит.
2. Объем свободной памяти на диске - 512 Мбайт, разрядность звуковой платы - 32. Какова длительность звучания цифрового аудиофайла, записанного с частотой дискретизации 66100 Гц.
Вариант 22
1. Рассчитайте информационный объём закодированного стереозвука, если записано звучание 25 секунд с частотой дискретизации 15 Гц и глубиной звука 16 бит.
2. Определить объем памяти для хранения стерео-аудиофайла, время звучания которого составляет 2 минуты, если известно, что частота дискретизации равна 40 000 Гц, а глубина кодирования звука равна 16 бит.
Контрольные вопросы
1. Дайте определения понятиям «звук» и «звуковая система ПК»?
2. Какие основные функции выполняет звуковая система ПК?
3. Каковы основные этапы аналого-цифрового и цифроаналогового преобразования?
4. Какие применяют методы синтеза звука?
5. Какие функции выполняет модуль микшера и что относится к числу его основных характеристик?
6. Дайте определения понятиям «временная дискретизация» и «битрейт»?
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Исследование понятия звука, его скорости, длины волны, порогов слышимости. Описание программ для обработки звука, позволяющих записывать музыку, менять тембр звучания, высоту, темп. Особенности звуковых редакторов, реставраторов и анализаторов аудио.
реферат , добавлен 03.11.2013
Формат звукового файла wav, способ его кодирования. Реализация возможностей воспроизведения звука в среде программирования MATLAB. Составление функциональной схемы программы. Апробирование информационной технологии воспроизведения звуковых файлов.
курсовая работа , добавлен 13.02.2016
Цифровое представление звуковых сигналов. Устройства вывода звуковой информации: колонки, динамик и наушники. Устройства ввода звуковой информации. Частота и интенсивность звука. Амплитуда звуковых колебаний, мощность источника звука, диапазон колебаний.
реферат , добавлен 08.02.2011
Анализ процесса оцифровки зависимости интенсивности звукового сигнала от времени. Характеристика технологии создания музыкальных звуков в современных электромузыкальных цифровых синтезаторах. Изучение основных звуковых форматов, способов обработки звука.
курсовая работа , добавлен 23.11.2011
Рассмотрение основ поддержки звука в современных компьютерах и основных аудиоустройств. Изучение правил установки звуковой карты и драйверов, выбор колонок. Описание проблем, связанных с аппаратным и программным обеспечением. Алгоритм обработки звука.
курсовая работа , добавлен 16.03.2014
Восприятие звуковых раздражений. Частота, амплитуда, фаза как характеристики звука. Представление и способы передачи цифровой информации. Особенности дискретизации звука. Способы записи информации: бит в бит; сжатие; структура болванки CD-R; запись CD-R.
реферат , добавлен 10.11.2009
Генерирование и сохранение мелодии в виде звукового файла формата wav. Проведение частотного анализа полученного сигнала. Зависимость объема wav-файлов от разрядности кодирования сигнала. Спектр нот записанного wav-файла с заданной разрядностью.
лабораторная работа , добавлен 30.03.2015
Модели звуковых карт, их возможности, качество звука и размеры. Устройство звуковых карт и принципы их функционирования. Методы генерации звука, применяющиеся в звуковых платах. Особенности системы пространственного звуковоспроизведения Dolby Digital.
реферат , добавлен 13.03.2011
Техническая характеристика сигналов в системах цифровой обработки. Описание программ для обработки цифровой и синтезированной звуковой информации, шумоподавление звука. Профессиональная обработка звука и звуковой волны: сжатие, запись, сэмплирование.
курсовая работа , добавлен 01.03.2013
История компьютеризации музыкального обучения. Функциональные возможности компьютера по организации обмена музыкальной информацией. Рассмотрение технологий и средств обработки звуковой информации. Применение технологии создания позиционируемого 3D звука.
Основные понятия
Частота дискретизации(f) определяет количество отсчетов, запоминаемых за 1 секунду;
1 Гц (один герц) – это один отсчет в секунду,
а 8 кГц – это 8000 отсчетов в секунду
Глубина кодирования (b) – это количество бит, которое необходимо для кодирования 1 уровня громкости
Время звучания (t)
Объем памяти для хранения данных 1 канала (моно)
I=f·b·t
(для хранения информации о звуке длительностью t секунд, закодированном с частотой дискретизации f Гц и глубиной кодирования b бит требуется I бит памяти)При двухканальной записи (стерео) объем памяти, необходимый для хранения данных одного канала, умножается на 2
I=f·b·t·2
Кодирование звуковой информации
Основные теоретические положения
Временная дискретизация звука. Для того чтобы компьютер мог обрабатывать звук, непрерывный звуковой сигнал должен быть преобразован в цифровую дискретную форму с помощью временной дискретизации. Непрерывная звуковая волна разбивается на отдельные маленькие временные участки, для каждого такого участка устанавливается определенная величина интенсивности звука.
Таким образом, непрерывная зависимость громкости звука от времени A(t) заменяется на дискретную последовательность уровней громкости. На графике это выглядит как замена гладкой кривой на последовательность "ступенек".
Частота дискретизации. Для записи аналогового звука и его преобразования в цифровую форму используется микрофон, подключенный к звуковой плате. Качество полученного цифрового звука зависит от количества измерений уровня громкости звука в единицу времени, т.е. частоты дискретизации. Чем большее количество измерений производится за 1 секунду (чем больше частота дискретизации), тем точнее "лесенка" цифрового звукового сигнала повторяет кривую аналогового сигнала.
Частота дискретизации звука - это количество измерений громкости звука за одну секунду, измеряется в герцах (Гц). Обозначим частоту дискретизации буквой f.
Частота дискретизации звука может лежать в диапазоне от 8000 до 48 000 измерений громкости звука за одну секунду. Для кодировки выбирают одну из трех частот: 44,1 КГц, 22,05 КГц, 11,025 КГц.
Глубина кодирования звука. Каждой "ступеньке" присваивается определенное значение уровня громкости звука. Уровни громкости звука можно рассматривать как набор возможных состояний N, для кодирования которых необходимо определенное количество информации b , которое называется глубиной кодирования звука
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 рассчитать по формуле N = 2 b . Пусть глубина кодирования звука составляет 16 битов, тогда количество уровней громкости звука равно:
N = 2 b = 2 16 = 65 536.
В процессе кодирования каждому уровню громкости звука присваивается свой 16-битовый двоичный код, наименьшему уровню звука будет соответствовать код 0000000000000000, а наибольшему - 1111111111111111.
Качество оцифрованного звука. Чем больше частота и глубина дискретизации звука, тем более качественным будет звучание оцифрованного звука. 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.
Задачи для самостоятельной подготовки .
1. Рассчитайте объём монофонического аудиофайла длительностью 10 с при 16-битном кодировании и частоте дискретизации 44,1 к Гц. (861 Кбайт)
2. Производится двухканальная (стерео) звукозапись с частотой дискретизации 48 кГц и 24-битным разрешением. Запись длится 1 минуту, ее результаты записываются в файл, сжатие данных не производится. Какое из приведенных ниже чисел наиболее близко к размеру полученного файла, выраженному в мегабайтах?
1)0,3 2) 4 3) 16 4) 132
3. Производится одноканальная (моно) звукозапись с частотой дискретизации 11 кГц и глубиной кодирования 24 бита. Запись длится 7 минут, ее результаты записываются в файл, сжатие данных не производится. Какое из приведенных ниже чисел наиболее близко к размеру полученного файла, выраженному в мегабайтах?
1) 11 2) 13 3) 15 4) 22
4. Производится двухканальная (стерео) звукозапись с частотой дискретизации 11 кГц и глубиной кодирования 16 бит. Запись длится 6 минут, ее результаты записываются в файл, сжатие данных не производится. Какое из приведенных ниже чисел наиболее близко к размеру полученного файла, выраженному в мегабайтах?
1) 11 2) 12 3) 13 4) 15
Кодирование звуковой информации
Звук – это распространяющиеся в воздухе, воде или другой среде волны с непрерывно меняющейся интенсивностью и частотой.
Чем больше амплитуда сигнала, тем он громче для человека; чем больше частота сигнала, тем выше тон.
Типичные значения громкости:
Оцифровка звука
Цифровой звук – это аналоговый звуковой сигнал, представленный посредством дискретных численных значений его амплитуды.
Оцифровка звука - технология преобразования аналогового звукового сигнала в цифровой вид.
Заключается в осуществлении замеров амплитуды сигнала с определенным временным шагом и последующей записи полученных значений в численном виде. Другое название оцифровки звука - аналогово-цифровое преобразование звука.
Частота дискретизации звука - это количество измерений громкости звука за одну секунду.
Частота дискретизации звука может лежать в диапазоне от 8000 до 48 000 измерений громкости звука за одну секунду.
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 рассчитать по формуле N = 2 R . Пусть глубина кодирования звука составляет 16 битов, тогда количество уровней громкости звука равно:
N = 2 R = 2 16 = 65 536.
В процессе кодирования каждому уровню громкости звука присваивается свой 16-битовый двоичный код, наименьшему уровню звука будет соответствовать код 0000000000000000, а наибольшему - 1111111111111111.
Размер звукового файла
I=f×R×N×t , где
f - частота дискретизации (Гц)
R – глубина кодирования (разрядность)
N – количество каналов (1 – моно, 2 – стерео …)
t – время звучания (с)
Можно оценить информационный объем стереоаудиофайла длительностью 1 секунда при высоком качестве звука 16 бит, 48 кГц.
48000 Гц ×16 бит ×2×1=1536000бит=192000 байт=187,5 кБайт
Домашняя работа:
1. Производится одноканальная (моно) звукозапись с частотой дискретизации 22 кГц и глубиной кодирования 16 бит. Запись длится 2 минуты, ее результаты записываются в файл, сжатие данных не производится. Каков размер файла?
2. Двухканальная (стерео) звукозапись с частотой дискретизации 16 кГц и 32-битным разрешением велась в течение 5 минут. Сжатие данных не производилось. Каков размер полученного файла?
3. Производилась двухканальная (стерео) звукозапись с частотой дискретизации 64 кГц и 24-битным разрешением. В результате был получен файл размером 72 Мбайт, сжатие данных не производилось. Определите приблизительно, сколько времени (в минутах) проводилась запись. В качестве ответа укажите ближайшее к времени записи целое число.
Вариант 1
Лабораторная работа
«Кодирование и обработка звуковой информации»
Цели:
образовательная
воспитательная –
развивающая –
Ход работы:
Решите
Имя файла
f- частота дискретизации
k -глубина звука
t- время звучания
Тип файла
44,1 кГц
16 бит
1 мин
стерео
1.wav
8 кГц
8 бит
1 мин
моно
2 .wav
16 кГц
16 бит
1 мин
стерео
3 .wav
24 кГц
16 бит
1 мин
моно
4 .wav
32 кГц
16 бит
1 мин
стерео
для заданий 7-9
5.wav
Покажите заполненную частично таблицу учителю.
Запустите звуковой редактор Audacity .
Выполните обрезку звучания предложенного вам файла до 1 минуты, выделив нужный отрезок времени, выполните команду Правка - Обрезать по краям.
Конвертируйте wav .
В звуковом редактореAudacity Например
Сравните
Сдайте отчет учителю для проверки.
Вариант 2
Лабораторная работа
«Кодирование звуковой информации»
Цели:
образовательная
- обеспечить формирование и использование учащимися знаний о кодировании звуковой информации с помощью компьютера, а также навыков по её обработке c
использованием прикладного программного обеспечения;
воспитательная –
воспитывать внимательность, аккуратность, самостоятельность;
развивающая –
навыки использования прикладного программного обеспечения; умение решать информационные задачи.
Требования к оборудованию и ПО : наушники, звуковые файлы для учащихся, звуковой редактор Audacity , программа Звукозапись OC Windows .
Ход работы:
Решите задачи из приведенной таблицы.
Найдите объем звуковой информации по формуле V = f *k *t , где
f - частота дискретизации, k - глубина звука, t - время звучания
Решение задач представьте в виде таблицы.
В столбце «Расчетный объем звукового файла» самостоятельно запишите ответы решенных задач. Ответ дать в мегабайтах.
Имя файла
f- частота дискретизации
k -глубина звука
t- время звучания
Тип файла
Расчетный объем звукового файла
Реальный объем звукового файла
44,1 кГц
16 бит
45 с
стерео
1.wav
8 кГц
8 бит
45 с
стерео
2 .wav
1 1,025 кГц
16 бит
45 с
моно
3 .wav
24 кГц
Запустите звуковой редактор Audacity .
Выполните обрезку звучания предложенного вам файла до 45секунд, выделив нужный отрезок времени, выполните команду Правка - Обрезать по краям.
Конвертируйте предложенный вам файл в файл с расширением wav . Сохраните этот файл с этим же именем.
В звуковом редактореAudacity создайте эффекты для предложенного вам звукового файла. Например , последние 10 секунд файла сделать с затуханием
Разделите стереодорожку, а затем удалите одну из дорожек. Преобразуйте данный файл из стерео в моно. Сохраните данный файл с новым именем и расширением wav.
Сравните объемы файлов. Заполните таблицу данными.
Сдайте отчет учителю для проверки.
Расчёт информационного объёма аудио-файла можно производить по следующей формуле (4):
V audio = D * T * n каналов * i / k сжатия, (4)
где V – это информационный объём аудио-файла, измеряющийся в байтах, килобайтах, мегабайтах; D – частота дискретизации (количество точек в секунду для описания аудио-записи); T – время аудио-файла; n каналов – число каналов аудио-файла (стерео - 2 канала, система 5.1 - 6 каналов); i – глубина звука, которая измеряется в битах, k сжатия – коэффициент сжатия данных, без сжатия он равен 1.
Расчёт иформационного объема анимации
Расчёт информационного объёма анимации можно производить по следующей формуле (5):
V anim = K * T * v * i / k сжатия, (5)
где V anim – это информационный объём растрового графического изображения, измеряющийся в байтах, килобайтах, мегабайтах; K – количество пикселей (точек) в изображении, определяющееся разрешающей способностью носителя информации (экрана монитора, сканера, принтера); T – время анимации; v – частота смены кадров в секунду; i – глубина цвета, которая измеряется в битах на один пиксель, k сжатия – коэффициент сжатия данных, без сжатия он равен 1.
Расчёт иформационного объема видео-файла
Расчёт информационного объёма видео-файла можно производить по следующей формуле (5):
V video = V anim + V audio + V sub , (5)
где V video – это информационный объём видео-файла, измеряющийся в байтах, килобайтах, мегабайтах; V anim – это информационный объём анимации (видео-ряда), измеряющийся в байтах, килобайтах, мегабайтах; V audio – это информационный объём аудео-файла, измеряющийся в байтах, килобайтах, мегабайтах (в видео-ролике могут содержатся файлы аудио-дорожек для нескольких языков, тогда умножаем объем аудио-файла на количество языковых дорожек); V sub – это информационный объём файла субтитров, измеряющийся в байтах, килобайтах, мегабайтах (если несколько файлов субтитров, то надо сложить размеры каждого файла).
Практическая часть
|
Параметры / Варианты | ||||||||||
|
Частота кадров | ||||||||||
|
Размер изображения | ||||||||||
|
Глубина цвета, бит | ||||||||||
|
Коэффициент сжатия изображения | ||||||||||
|
Аудио-дорожка | ||||||||||
|
Число языков | ||||||||||
|
Глубина звука, бит | ||||||||||
|
Частота дискретизации аудио-потока, Гц | ||||||||||
|
Коэффициент сжатия аудио-дорожки | ||||||||||
|
Число субтитров, шт. | ||||||||||
|
Кодировка текста субтитров | ||||||||||
|
Число символов в файле субтитров, шт. | ||||||||||
|
Коэффициент сжатия текста |
