1.8.3. Кодирование звуковой информации

1.8.3.1. Оцифровка звука

Звук представляет собой звуковую волну с непрерывно меняющейся амплитудой и частотой. Для человека звук тем громче, чем больше амплитуда сигнала, и тем выше тон, чем больше частота сигнала. Непрерывный сигнал не несет в себе информации, поэтому он должен быть превращен в последовательность двоичных нулей и единиц – двоичный (цифровой) код.

Оцифровку звука выполняет специальное устройство на звуковой плате. Называется оно аналого-цифровой преобразователь (АЦП). Обратный процесс — воспроизведение закодированного звука производится с помощью цифро-аналогового преобразователя (ЦАП):

В процессе кодирования непрерывного звукового сигнала производится его дискретизация по времени, или, как говорят, «временная дискретизация». Звуковая волна разбивается на отдельные маленькие временные участки и для каждого участка устанавливается определенная величина амплитуды. Данный метод называется импульсно-амплитудной модуляцией РСМ I Pulse Code Modulation).

A (t)

t

Время

Таким образом, гладкая кривая заменяется на последовательность «ступенек». Каждой «ступеньке» присваивается значение громкости звука (1, 2, 3 и т.д.). Чем больше «ступенек», тем большее количество уровней громкости будет выделено в процессе кодирования, и тем большее количество информации будет нести значение каждого уровня и более качественным будет звучание.

1.8.3.2. Характеристики оцифрованного звука

Качество звука зависит от двух характеристик - глубины кодирования звука и частоты дискретизации.

Глубина кодирования звука (I) - это количество бит, используемое для кодирования различных уровней сигнала или состояний. Тогда общее количество таких состояний или уровней (N) можно вычислить по формуле: N = 2^I.

Современные звуковые карты обеспечивают 16-битную глубину кодирования звука, и тогда общее количество различных уровней будет: N = 2^I6 = 65536.

Частота дискретизации (М) — это количество измерений уровня звукового сигнала в единицу времени. Эта характеристика показывает качество звучания и точность процедуры двоичного кодирования. Измеряется в герцах (Гц). Одно измерение за одну секунду соответствует частоте 1 Гц, 1000 измерений за одну секунду - 1 килогерц (кГц). Частота дискретизации звукового сигнала может принимать значения от 8 до 48 кГц. При частоте 8 кГц качество дискретизированного звукового сигнала соответствует качеству радиотрансляции, а при частоте 48 кГц - качеству звучания аудио-CD.

Параметр

Качество звука	Глубина кодирования	Частота дискретизации
Радиотрансляция	8 бит	До 8 кГц
мрачный, приглушенный звук	8 бит.	11 кГц
Среднее качество	8 бит или 16 бит	8 - 48 кГц
Высокое качество звучание	16 бит	44,1 кГц
Звучание CD-диска	16 бит	До 48 кГц

Для того, чтобы найти объем звуковой информации, необходимо воспользоваться следующей формулой:

V= MIt, где М - частота дискретизации (в Гц), I - глубина кодирования (в битах), t - время звучания (в секундах).

Пример

Звук воспроизводится в течение 10 секунд при частоте дискретизации 22,05 кГц и глубине звука 8 бит. Определить его размер (в байтах).

Решение:

М = 22,051000 = 220500 Гц;

I = 8/8 = 1 байт;

Т= 10 секунд;

V = 220500101= 2205000 байт.

Ответ: 2205000 байт.

Весь процесс кодирования и декодирования можно представить в виде следующей схемы:

Схема кодирования звука.

з вуковая микрофон переменный звуковая двоичный память ЭВМ

волна ток плата код

Cхема декодирования звука.

п амять двоичный звуковая переменный динамик звуковая

код плата ток волна

Задачи