Кодирование и обработка звуковой информации.

Звук - это волна с непрерывно меняющейся амплитудой и частотой Интенсивность громкость Частота высота тона

Чем больше амплитуда, тем громче звук Чем больше частота, тем больше тон

Человеческое ухо воспринимает звук с частотой от 20 колебаний в секунду (низкий звук) до колебаний в секунду (высокий звук).

Для измерения громкости звука применяется специальная единица "децибел" (дбл)

Звук Громкость в децибелах Нижний предел чувствительности человеческого уха 0 Шорох листьев 10 Разговор60 Гудок автомобиля 90 Реактивный двигатель 120 Болевой порог 140

Для того чтобы компьютер мог обрабатывать звук, непрерывный звуковой сигнал должен быть преобразован в цифровую дискретную форму с помощью временной дискретизации.

Временная дискретизация звука Непрерывная звуковая волна разбивается на отдельные маленькие временные участки Ступеньки Частота дискретизации звука – это количество измерений громкости звука за одну секунду. Диапазон частоты дискретизации звука от 8000 до измерений за одну секунду.

Непрерывный аналоговый сигнал заменяется на дискретную последовательность уровней громкости.

Для записи аналогового звука и его преобразования в цифровую форму используется микрофон, подключенный к звуковой плате. Звуковая карта обеспечивают 16-битную глубину кодирование звука. 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 Характеристика цифрового звука:

Глубина кодирования звука - это количество информации, которое необходимо для кодирования дискретных уровней громкости цифрового звука.

Искажение информации при оцифровке

N – количество уровней громкости I – глубина кодирования Если известна глубина кодирования, то количество уровней громкости цифрового звука можно рассчитать по формуле N = 2 I. Пример. Глубина кодирования звука составляет 16 битов, тогда количество уровней громкости звука равно: N = 2 = 2 = I16 16-битовый двоичный код наименьший уровень звука наибольший уровень звука

Качество оцифрованного звука Чем больше частота и глубина дискретизации звука, тем более качественным будет звучание оцифрованного звука Низкое качество: телефонная связь при частоте дискретизации 8000 раз в секунду глубине дискретизации 8 битов и записи одной звуковой дорожки (моно) Самое высокое качество: аудио-CD при частоте дискретизации раз в секунду глубине дискретизации 16 битов и записи двух звуковых дорожек (стерео)

Оцифровка звука. Процесс получения цифровой формы звука называется оцифровкой. Устройство, выполняющее оцифровку звука называется АЦП - аналого-цифровой преобразователь (ACD); Устройство, выполняющее обратное преобразование – ЦАП – цифро-аналоговый преобразователь (DAC);

Можно оценить информационный объем стереоаудиофайла длительностью 1 секунда при высоком качестве звука 16 бит, 48 кГц. Для этого количество бит на одну выборку необходимо умножить на количество выборок в 1 с и умножить на бит*48000 Гц*2= бит = = байт=187,5 кбайт.

Пример. Оценить информационный объем цифрового стерео-звукового файла длительностью звучания 1 секунда при среднем качестве звука (16 битов, измерений в секунду) 16 бит * * 2 = бит = ( :8) байт = байт = (96000:1024) Кбайт = 93,75 Кбайт

Форматы звуковых файлов WAV – универсальный звуковой формат, в нем хранится полная информация об оцифрованном звуке ( соответствует формату bmp в графике ). Занимает очень большой объем памяти (15 Мбайт на 1 минуту звучания). MP3 – формат сжатия аудиоинформации с регулируемой потерей информации, позволяет сжимать файлы в несколько раз (в среднем в 11 раз). Звуковые редакторы осуществляют запись, воспроизведение, редактирование звука, микширование (наложение звуковых дорожек друг на друга), применение звуковых эффектов (эхо, воспроизведение в обратном направлении и т.д.)