-
- 0
-
Подсчитать время звучания звукового файла размера 3,5 МБайт,содержащего стереозапись с частотой дискритизации 44100Гц,и если глубина кодирования 16 бит.
-
Комментариев (0)
-
- 0
-
3.5 МБайт = 3.5 · 1024 КБайт · 1024 Байт = 3670016 Байт
16 Бит = 16 / 8 Байт = 2 Байт
V = ν · i · t · N
где ν — частота дискретизации, i — глубина кодирования, t — время звучания, N — количество каналов (так как у нас по условию стерео, значит канала два)
t = V / (ν · i · N) = 3670016 / (44100 · 2 · 2) = 20.8 секунд.
-
Комментариев (0)
1. Подсчитать время звучания
звукового файла объемом 3.5 Мбайт, содержащего стереозапись с частотой
дискретизации 44 100 Гц и разрядностью кода 16 бит
Светило науки – 44 ответа – 1581 помощь
Объем = частота дискретизации * время * разрядность кода * кол-во дорожек
В монозаписи 1 дорожка, в стереозаписи 2.
Из формулы выводим формулу для времени
время = объем / (частота дискретизации * разрядность кода * кол-во дорожек)
переводим объем в байты
3,5 Мбайт = 3584 кбайт = 3670016 байт
переводим разрядность в байты
16 бит = 2 байта
Считаем время
t = 3670016 / (44100 * 2 * 2) = 3670016 / 176400 = 20,8 сек
Решение задач на кодирование звуковой информации.
- Теоретическая часть
При решении задач учащиеся опираются на следующие понятия:
Временная дискретизация – процесс, при котором, во время кодирования непрерывного звукового сигнала, звуковая волна разбивается на отдельные маленькие временные участки, причем для каждого такого участка устанавливается определенная величина амплитуды. Чем больше амплитуда сигнала, тем громче звук.
Глубина звука (глубина кодирования) – количество бит на кодировку звука.
Количество различных уровней громкости рассчитываем по формуле N= 2I , где I – глубина звука.
Частота дискретизации – количество измерений уровня входного сигнала в единицу времени (за 1 сек). Чем больше частота дискретизации, тем точнее процедура двоичного кодирования. Частота измеряется в герцах (Гц).
Качество двоичного кодирования – величина, которая определяется глубиной кодирования и частотой дискретизации.
Разрядность регистра – число бит в регистре аудио адаптера. Чем больше разрядность, тем меньше погрешность каждого отдельного преобразования величины электрического тока в число и обратно. Если разрядность равна I, то при измерении входного сигнала может быть получено 2I =N различных значений.
- Практическая часть. Разбор и решение задачи.
Задача 1. Оцените информационный объём цифрового звукового стерео файла длительностью 20 секунд при глубине кодирования 16 бит и частоте дискретизации 10000 Гц? Результат представить в Кбайтах, округлить до сотых.
При решении таких задач надо не забывать следующее:
Что моно – 1 канал, стерео – 2 канала
|
Дано: I = 16 бит t = 20 сек η =10000 Гц |
I – разрядность звуковой карты, t – время звучания аудиофайла, η – частота дискретизации |
Решение: V =2· I · η ·t V = 2* 16 * 10000*20 = 6400000 бит 6400000/8 = 800000 байт 800000/1024 = 781,25 Кбайт Ответ:V(Инфор.) = 781,25 Кбайт |
|
Найти: V(информационный объём)-? |
Задача 2. Определить размер (в байтах) цифрового аудиофайла, время звучания которого составляет 10 секунд при частоте дискретизации 22,05 кГц и разрешении 8 бит.
|
Дано: I = 8 бит=1 байт t = 10 сек η = 22,05 кГц = 22,05 * 1000 Гц = 22050 Гц |
I – разрядность звуковой карты, t – время звучания аудиофайла, η – частота дискретизации |
Решение: V(Инфор.) = I · η ·t V(Инфор.) = 22050 *10 *1 = 220500 байт Ответ: V(Инфор.) = 220500 байт |
|
Найти: V(информационный объём)-? |
Задача 3. Объем свободной памяти на диске — 5,25 Мб, разрядность звуковой платы — 16. Какова длительность звучания цифрового аудиофайла, записанного с частотой дискретизации 22,05 кГц?
|
Дано: I = 16 бит = 2 байт V(Инфор.) = 5,25Мб = 5505024 байт η = 22,05 кГц =22,05 * 1000 Гц =22050 Гц |
Решение: V(Инфор.) = I · η ·t t = V(Инфор.)/( η · I) t = 5505024/( 22050 *2 = 124,8 сек Ответ: t = 124,8 секунды |
|
|
Найти: t-? |
Методические рекомендации:
Кодирование информации – это представление информации в той или иной стандартной форме.
Количество различных уровней звука рассчитывается по формуле:
Объем цифрового моно-аудиофайла вычисляется по формуле:
Объем цифрового стерео-диофайла вычисляется по формуле:
-
объем видеопамяти,
-
графический режим,
-
глубина цвета,
-
разрешающая способность экрана,
-
палитра.
Во всех подобных задачах требуется найти ту или иную величину.
Видеопамять – это специальная оперативная память, в которой формируется графическое изображение.
Объем видеопамяти рассчитывается по формуле: V=I*X*Y, где I – глубина цвета отдельной точки, X, Y –размеры экрана по горизонтали и по вертикали (произведение х на у – разрешающая способность экрана).
Экран дисплея может работать в двух основных режимах: текстовом и графическом.
В графическом режиме экран разделяется на отдельные светящиеся точки, количество которых зависит от типа дисплея, например 640 по горизонтали и 480 по вертикали. Светящиеся точки на экране обычно называют пикселями, их цвет и яркость может меняться. Графические режимы характеризуются такими показателями как:
– разрешающая способность (количество точек, с помощью которых на экране воспроизводится изображение) – типичные в настоящее время уровни разрешения 800*600 точек или 1024*768 точек.
– глубина цвета (количество бит, используемых для кодирования цвета точки), например, 8, 16, 24, 32 бита. Каждый цвет можно рассматривать как возможное состояние точки, Тогда количество цветов, отображаемых на экране монитора может быть вычислено по формуле K=2I , где K – количество цветов, I – глубина цвета или битовая глубина.
Кроме перечисленных выше знаний учащийся должен иметь представление о палитре:
– палитра (количество цветов, которые используются для воспроизведения изображения).
Виды информации и способы представления ее в компьютере.
В компьютере все виды информации кодируются на машинном языке, в виде логических последовательностей нулей и единиц.
Информация в компьютере представлена в двоичном коде, алфавит которого состоит из двух цифр (0 и 1). Каждая цифра машинного двоичного кода несет количество информации, равное 1 бит.
Например. Латинская буква А представлена в двоичном коде – 01000001.
Русская буква А представлена в двоичном коде – 10000000.
0 – 00110000
1 – 00110001
Задачи на кодирование информации:
-
уровень 1 – легкие (элементарные)
-
уровень 2 – простые
-
уровень 3 – средней сложности
- уровень 4 – сложные
Уровень 1 – легкие (элементарные)
1. Определить размер (в байтах) цифрового аудио-файла, время звучания которого составляет 10 секунд при частоте дискретизации 22,05 кГц и разрешении 8 бит. Файл сжатию не подвержен.
Решение:
Формула для расчета размера (в байтах) цифрового аудиофайла (монофоническое звучание): (частота дискретизации в Гц)*(время записи в секундах)*(разрешение в битах)/8.
Таким образом файл вычисляется так:
22050*10*8/8 = 220500 байт.
Ответ: 220500 байт.
2. В распоряжении пользователя имеется память объемом 2,6 Мб. Необходимо записать цифровой аудио-файл с длительностью звучания 1 минута. Какой должна быть частота дискретизации и разрядность?
3. Объем свободной памяти на диске — 5,25 Мб, разрядность звуковой платы — 16. Какова длительность звучания цифрового аудио-файла, записанного с частотой дискретизации 22,05 кГц?
4. Определить объем памяти для хранения цифрового аудио-файла, время звучания которого составляет две минуты при частоте дискретизации 44,1 кГц и разрешении 16 бит.
Решение:
44100*(2*60)*16=~10МБайт
Ответ:
5. Одна минута записи цифрового аудио-файла занимает на диске 1,3 Мб, разрядность звуковой платы — 8. С какой частотой дискретизации записан звук?
6. Две минуты записи цифрового аудио-файла занимают на диске 5,1 Мб. Частота дискретизации — 22050 Гц. Какова разрядность аудио-адаптера?
7. Объем свободной памяти на диске — 0,01 Гб, разрядность звуковой платы — 16. Какова длительность звучания цифрового аудио-файла, записанного с частотой дискретизации 44100 Гц?
8. Оцените информационный объем моноаудиофайла длительностью звучания 1 мин. если “глубина” кодирования и частота дискретизации звукового сигнала равны соответственно:
а) 16 бит и 8 кГц;
б) 16 бит и 24 кГц.
Решение:
а).
1) Информационный объем звукового файла длительностью в 1 секунду равен:
16 бит х 8 000 = 128000 бит = 16000 байт = 15,625 Кбайт/с
2) Информационный объем звукового файла длительностью 1 минута равен:
15,625 Кбайт/с х 60 с = 937,5 Кбайт
б).
1) Информационный объем звукового файла длительностью в 1 секунду равен:
16 бит х 24 000 = 384000 бит = 48000 байт = 46,875 Кбайт/с
2) Информационный объем звукового файла длительностью 1 минута равен:
46,875 Кбайт/с х 60 с =2812,5 Кбайт = 2,8 Мбайт
Ответ: а) 937,5 Кбайт; б) 2,8 Мбайт
9. Какой объем памяти требуется для хранения цифрового аудио-файла с записью звука высокого качества при условии, что время звучания составляет 3 минуты? (таблица)
10. Цифровой аудио-файл содержит запись звука низкого качества (звук мрачный и приглушенный). Какова длительность звучания файла, если его объем составляет 650 Кб? (таблица)
Уровень 2 – простые
1. Определить размер (в байтах) цифрового аудиофайла, время звучания которого составляет 10 секунд при частоте дискретизации 22,05 кГц и разрешении 8 бит. Файл сжатию не подвержен. ([1], стр. 156, пример 1)
Решение:
Формула для расчета размера (в байтах) цифрового аудио-файла: A=D*T*I/8.
Для перевода в байты полученную величину надо разделить на 8 бит.
22,05 кГц =22,05 * 1000 Гц =22050 Гц
A=D*T*I/8 = 22050 х 10 х 8 / 8 = 220500 байт.
Ответ: размер файла 220500 байт.
2. Определить объем памяти для хранения цифрового аудиофайла, время звучания которого составляет две минуты при частоте дискретизации 44,1 кГц и разрешении 16 бит.
3. В распоряжении пользователя имеется память объемом 2,6 Мб. Необходимо записать цифровой аудио-файл с длительностью звучания 1 минута. Какой должна быть частота дискретизации и разрядность?
4. Объем свободной памяти на диске — 5,25 Мб, разрядность звуковой платы — 16. Какова длительность звучания цифрового аудио-файла, записанного с частотой дискретизации 22,05 кГц?
Решение:
Формула для расчета длительности звучания: T=A/D/I
(объем памяти в байтах) : (частота дискретизации в Гц) : (разрядность звуковой платы в байтах):
5,25 Мбайт = 5505024 байт
5505024 байт: 22050 Гц : 2 байта = 124,8 сек
Ответ: 124,8 секунды
5. Одна минута записи цифрового аудио-файла занимает на диске 1,3 Мб, разрядность звуковой платы — 8. С какой частотой дискретизации записан звук?
6. Две минуты записи цифрового аудио-файла занимают на диске 5,1 Мб. Частота дискретизации — 22050 Гц. Какова разрядность аудио-адаптера?
7. Объем свободной памяти на диске — 0,01 Гб, разрядность звуковой платы — 16. Какова длительность звучания цифрового аудио-файла, записанного с частотой дискретизации 44100 Гц?
8. Оцените информационный объем моноаудиофайла длительностью звучания 1 мин. если “глубина” кодирования и частота дискретизации звукового сигнала равны соответственно:
а) 16 бит и 8 кГц;
б) 16 бит и 24 кГц.
Решение:
а).
1) Информационный объем звукового файла длительностью в 1 секунду равен:
16 бит х 8 000 = 128000 бит = 16000 байт = 15,625 Кбайт/с
2) Информационный объем звукового файла длительностью 1 минута равен:
15,625 Кбайт/с х 60 с = 937,5 Кбайт
б).
1) Информационный объем звукового файла длительностью в 1 секунду равен:
16 бит х 24 000 = 384000 бит = 48000 байт = 46,875 Кбайт/с
2) Информационный объем звукового файла длительностью 1 минута равен:
46,875 Кбайт/с х 60 с =2812,5 Кбайт = 2,8 Мбайт
Ответ: а) 937,5 Кбайт; б) 2,8 Мбайт
Используется таблица
9. Какой объем памяти требуется для хранения цифрового аудио-файла с записью звука высокого качества при условии, что время звучания составляет 3 минуты?
10. Цифровой аудио-файл содержит запись звука низкого качества (звук мрачный и приглушенный). Какова длительность звучания файла, если его объем составляет 650 Кб?
Уровень 3 – средней сложности
1. Аналоговый звуковой сигнал был дискретизирован сначала с использованием 256 уровней интенсивности сигнала (качество звучания радиотрансляции), а затем с использованием 65536 уровней интенсивности сигнала (качество звучания аудио-CD). Во сколько раз различаются информационные объемы оцифрованного звука?
Решение:
Длина кода аналогового сигнала с использованием 256 уровней интенсивности сигнала равна 8 битам, с использованием 65536 уровней интенсивности сигнала равна 16 битам. Так как длина кода одного сигнала увеличилась вдвое, то информационные объемы оцифрованного звука различаются в 2 раза.
Ответ: в 2 раза.
2. Запишите код красного цвета в двоичном, шестнадцатеричном и десятичном представлении.
3.Установить графический режим экрана монитора, исходя из объема установленной видеопамяти и параметров монитора.
4. Для хранения растрового изображения размером 128 x 128 пикселей отвели 4 КБ памяти. Каково максимально возможное число цветов в палитре изображения.
Решение:
Определим количество точек изображения. 128*128=16384 точек или пикселей.
Объем памяти на изображение 4 Кб выразим в битах, так как V=I*X*Y вычисляется в битах. 4 Кб=4*1024=4 096 байт = 4096*8 бит =32768 бит
Найдем глубину цвета I =V/(X*Y)=32768:16384=2
N=2I , где N – число цветов в палитре. N=4
Ответ: 4
5.Черно-белое (без градаций серого) растровое графическое изображение имеет размер 10 * 10 точек. Какой объем памяти займет это изображение?
6. Определить требуемый объем видеопамяти для различных графических режимов экрана монитора, если известна глубина цвета на одну точку.
нужно вставить таблицу, а как блин!
7.Определить марку монитора, разрешение экрана, глубину цвета собственного компьютера, объем видеопамяти.
8. Сколько бит видеопамяти занимает информация об одном пикселе на ч/б экране (без полутонов)?
Решение:
Если изображение Ч/Б без полутонов, то используется всего два цвета –черный и белый, т.е. К=2, 2i =2, I= 1 бит на пиксель.
Ответ: 1 пиксель
9. Какой объем видеопамяти необходим для хранения четырех страниц изображения, если битовая глубина равна 24, а разрешающая способность дисплея- 800 х 600 пикселей?
10.Текст занимает 0, 25 Кбайт памяти компьютера. Сколько символов содержит этот текст?
Решение:
Переведем Кб в байты: 0, 25 Кб * 1024 =256 байт. Так как текст занимает объем 256 байт, а каждый символ – 1 байт, то в тексте 256 символов.
Ответ: 256 символов.
Уровень 4 – сложные
1. Определить объем видеопамяти компьютера, который необходим для реализации графического режима монитора High Color с разрешающей способностью 1024 х 768 точек и палитрой цветов из 65536 цветов.
Решение:
По формуле K=2I , где K – количество цветов, I – глубина цвета определим глубину цвета. 2I =65536
Глубина цвета составляет: I = log265 536 = 16 бит (вычисляем с помощью программы Wise Calculator)
Количество точек изображения равно: 1024´768 = 786 432
Требуемый объем видеопамяти равен: 16 бит ´ 786 432 = 12 582 912 бит = 1572864 байт = 1536 Кб =1,5 Мб (»1,2 Мбайта. Ответ дан в практикуме Угринович). Приучаем учеников, переводя в другие единицы, делить на 1024, а не на 1000.
Ответ: 1,5 Мб
2. В процессе преобразования растрового графического изображения количество цветов уменьшилось с 65536 до 16. Во сколько раз уменьшится объем занимаемой им памяти?
3. Достаточно ли видеопамяти объемом 256 Кбайт для работы монитора в режиме 640 ´ 480 и палитрой из 16 цветов?
4. Укажите минимальный объем памяти (в килобайтах), достаточный для хранения любого растрового изображения размером 256 х 256 пикселей, если известно, что в изображении используется палитра из 216 цветов. Саму палитру хранить не нужно.
1. 128
2. 512
3. 1024
4. 2048
Решение:
Найдем минимальный объем памяти, необходимый для хранения одного пикселя. В изображении используется палитра из 216 цветов, следовательно, одному пикселю может быть сопоставлен любой из 216 возможных номеров цвета в палитре. Поэтому, минимальный объем памяти, для одного пикселя будет равен log2 216 =16 битам. Минимальный объем памяти, достаточный для хранения всего изображения будет равен 16*256*256 =24 * 28 * 28 =220 бит=220 : 23 =217 байт = 217 : 210 =27 Кбайт =128 Кбайт, что соответствует пункту под номером 1.
Ответ: 1
5. Сколько секунд потребуется модему, передающему сообщения со скоростью 28800 бит/с, чтобы передать цветное растровое изображение размером 640 х 480 пикселей, при условии, что цвет каждого пикселя кодируется тремя байтами?
6. Сколько секунд потребуется модему, передающему сообщения со скоростью 14400 бит/сек, чтобы передать цветное растровое изображение размером 800 х 600 пикселей, при условии, что в палитре 16 миллионов цветов?
7. Монитор работает с 16 цветной палитрой в режиме 640*400 пикселей. Для кодирования изображения требуется 1250 Кбайт. Сколько страниц видеопамяти оно занимает?
8. Страница видеопамяти составляет 16000 байтов. Дисплей работает в режиме 320*400 пикселей. Сколько цветов в палитре? (Задание 3,Тест I-6)
Решение:
1. V=I*X*Y – объем одной страницы, V=16000 байт = 128000 бит по условию. Найдем глубину цвета I.
I=V/(X*Y).
I= 128000 / (320*400)=1.
2. Определим теперь, сколько цветов в палитре. K=2I , где K – количество цветов, I – глубина цвета. K=2
Ответ: 2 цвета.
9. Сканируется цветное изображение размером 10´10 см. Разрешающая способность сканера 600 dpi и глубина цвета 32 бита. Какой информационный объем будет иметь полученный графический файл.
10. Объем видеопамяти равен 256 Кб. Количество используемых цветов -16. Вычислите варианты разрешающей способности дисплея. При условии, что число страниц изображения может быть равно 1, 2 или 4.
Решение задач на кодирование звуковой информации
Введение
Данное электронное пособие содержит группу
задач по теме «Кодирование звуковой информации». Сборник задач разбит на типы
задач исходя из указанной темы. Каждый тип задач рассматривается с учетом дифференцированного
подхода, т. е. рассматриваются задачи минимального уровня (оценка «3»), общего
уровня (оценка «4»), продвинутого уровня (оценка «5»). Приведенные задачи взяты
из различных учебников (список прилагается). Подробно рассмотрены решения всех задач,
даны методические рекомендации для каждого типа задач, приведен краткий
теоретический материал. Для удобства пользования пособие содержит ссылки на
закладки.
Типы задач:
1. Размер цифрового аудиафайла (моно и
стерео).
2. Определение качества
звука.
3. Двоичное кодирование звука.
При решении задач учащиеся опираются на следующие
понятия:
Временная дискретизация – процесс, при котором, во время
кодирования непрерывного звукового сигнала, звуковая волна разбивается на
отдельные маленькие временные участки, причем для каждого такого участка
устанавливается определенная величина амплитуды. Чем больше амплитуда сигнала,
тем громче звук.
Глубина звука (глубина кодирования) – количество бит на кодировку
звука.
Уровни громкости (уровни сигнала) – звук может иметь различные уровни
громкости. Количество различных уровней громкости рассчитываем по формуле N=
2I где I – глубина звука.
Частота
дискретизации – количество измерений уровня входного сигнала в
единицу времени (за 1 сек). Чем больше частота дискретизации, тем точнее
процедура двоичного кодирования. Частота измеряется в герцах (Гц). 1 измерение
за 1 секунду -1 ГЦ.
1000
измерений за 1 секунду 1 кГц. Обозначим частоту дискретизации буквой D. Для кодировки выбирают одну из трех
частот: 44,1 КГц, 22,05 КГц, 11,025 КГц.
Считается, что диапазон
частот, которые слышит человек, составляет от 20 Гц до 20 кГц.
Качество двоичного кодирования – величина, которая определяется
глубиной кодирования и частотой дискретизации.
Аудиоадаптер (звуковая плата) – устройство, преобразующее
электрические колебания звуковой частоты в числовой двоичный код при вводе
звука и обратно (из числового кода в электрические колебания) при воспроизведении
звука.
Характеристики аудиоадаптера: частота дискретизации и
разрядность регистра.).
Разрядность регистра –число бит в регистре
аудиоадаптера. Чем больше разрядность, тем меньше погрешность каждого
отдельного преобразования величины электрического тока в число и обратно. Если
разрядность равна I, то при измерении входного сигнала может быть получено 2I =N различных значений.
Размер цифрового моноаудиофайла ( A)
измеряется по формуле:
A=D*T*I/8, где D –частота дискретизации (Гц), T – время звучания или записи звука, I разрядность регистра
(разрешение). По этой формуле размер измеряется в байтах.
Размер цифрового стереоаудиофайла ( A)
измеряется по формуле:
A=2*D*T*I/8, сигнал записан для двух колонок, так
как раздельно кодируются левый и правый каналы звучания.
Учащимся полезно выдать таблицу 1, показывающую, сколько Мб будет
занимать закодированная одна минута звуковой информации при разной частоте
дискретизации:
|
Тип сигнала |
Частота дискретизация, КГц |
||
|
44,1 |
22,05 |
11,025 |
|
|
16 бит, стерео |
10,1 Мб |
5,05 Мб |
2,52 Мб |
|
16 бит, моно |
5,05 Мб |
2,52 Мб |
1,26 Мб |
|
8 бит, моно |
2,52 Мб |
1,26 Мб |
630 Кб |
1. Размер
цифрового файла
Уровень «3»
1. Определить размер (в
байтах) цифрового аудиофайла, время звучания которого составляет 10 секунд при
частоте дискретизации 22,05 кГц и разрешении 8 бит. Файл сжатию не подвержен. ([1],
стр. 156, пример 1)
Решение:
Формула
для расчета размера (в байтах) цифрового аудио-файла: A=D*T*I/8.
Для перевода в байты полученную величину
надо разделить на 8 бит.
22,05 кГц =22,05
* 1000 Гц =22050 Гц
A=D*T*I/8 = 22050
х 10 х 8 / 8 = 220500 байт.
Ответ: размер
файла 220500 байт.
2. Определить объем памяти
для хранения цифрового аудиофайла, время звучания которого составляет две
минуты при частоте дискретизации 44,1 кГц и разрешении 16 бит. ([1], стр. 157,
№88)
Решение:
A=D*T*I/8. – объем памяти для хранения
цифрового аудиофайла.
44100 (Гц) х 120 (с) х 16 (бит) /8 (бит) =
10584000 байт= 10335,9375 Кбайт= 10,094 Мбайт.
Ответ: ≈ 10 Мб
Уровень «4»
3. В
распоряжении пользователя имеется память объемом 2,6 Мб. Необходимо записать
цифровой аудиофайл с длительностью звучания 1 минута. Какой должна быть частота
дискретизации и разрядность? ([1], стр. 157, №89)
Решение:
Формула
для расчета частоты дискретизации и разрядности: D* I =А/Т
(объем
памяти в байтах) : (время звучания в секундах):
2, 6
Мбайт= 2726297,6 байт
D* I =А/Т= 2726297,6 байт: 60 = 45438,3 байт
D=45438,3 байт : I
Разрядность
адаптера может быть 8 или 16 бит. (1 байт или 2 байта). Поэтому частота
дискретизации может быть либо 45438,3 Гц = 45,4 кГц ≈ 44,1
кГц –стандартная характерная частота дискретизации, либо 22719,15 Гц = 22,7
кГц ≈ 22,05 кГц – стандартная характерная частота дискретизации
Ответ:
|
Частота дискретизации |
Разрядность |
|
|
1 вариант |
22,05 КГц |
16 бит |
|
2 вариант |
44,1 КГц |
8 бит |
4. Объем свободной памяти на
диске — 5,25 Мб, разрядность звуковой платы — 16. Какова длительность звучания
цифрового аудиофайла, записанного с частотой дискретизации 22,05 кГц? ([1],
стр. 157, №90)
Решение:
Формула для расчета
длительности звучания: T=A/D/I
(объем памяти в байтах)
: (частота дискретизации в Гц) : (разрядность звуковой платы в байтах):
5,25 Мбайт = 5505024 байт
5505024 байт: 22050 Гц
: 2 байта = 124,8 сек
Ответ: 124,8 секунды
5. Одна минута записи
цифрового аудиофайла занимает на диске 1,3 Мб, разрядность звуковой платы — 8.
С какой частотой дискретизации записан звук? ([1], стр. 157, №91)
Решение:
Формула для расчета
частоты дискретизации : D =А/Т/I
(объем памяти в байтах) : (время записи в
секундах) : (разрядность звуковой платы в байтах)
1,3 Мбайт = 1363148,8 байт
1363148,8 байт : 60 : 1 = 22719,1 Гц
Ответ: 22,05 кГц
6. Две минуты записи
цифрового аудиофайла занимают на диске 5,1 Мб. Частота дискретизации — 22050
Гц. Какова разрядность аудиоадаптера? ([1], стр. 157, №94)
Решение:
Формула для расчета разрядности: (объем
памяти в байтах) : (время звучания в секундах): (частота дискретизации):
5, 1 Мбайт= 5347737,6 байт
5347737,6 байт: 120 сек : 22050 Гц= 2,02
байт =16 бит
Ответ: 16 бит
7. Объем свободной памяти на диске — 0,01 Гб,
разрядность звуковой платы — 16. Какова длительность звучания цифрового
аудиофайла, записанного с частотой дискретизации 44100 Гц? ([1], стр. 157,
№95)
Решение:
Формула для расчета
длительности звучания T=A/D/I
(объем памяти в байтах) : (частота
дискретизации в Гц) : (разрядность звуковой платы в байтах)
0,01 Гб = 10737418,24 байт
10737418,24 байт : 44100 : 2 = 121,74 сек
=2,03 мин
Ответ: 20,3 минуты
8. Оцените информационный объем
моноаудиофайла длительностью звучания 1 мин. если “глубина”
кодирования и частота дискретизации звукового сигнала равны соответственно:
а) 16 бит и 8 кГц;
б) 16 бит и 24 кГц.
([2],
стр. 76, №2.82)
Решение:
а).
1) Информационный объем звукового файла длительностью в
1 секунду равен:
16 бит х 8 000 = 128000 бит = 16000 байт = 15,625 Кбайт/с
2) Информационный объем звукового файла длительностью 1 минута равен:
15,625 Кбайт/с х 60 с = 937,5 Кбайт
б).
1) Информационный объем звукового файла длительностью в
1 секунду равен:
16 бит х 24 000 = 384000 бит = 48000 байт = 46,875 Кбайт/с
2) Информационный объем звукового файла длительностью 1 минута равен:
46,875 Кбайт/с х 60 с =2812,5 Кбайт = 2,8 Мбайт
Ответ: а) 937,5 Кбайт; б) 2,8 Мбайт
Уровень «5»
Используется таблица 1
9. Какой объем памяти
требуется для хранения цифрового аудиофайла с записью звука высокого качества
при условии, что время звучания составляет 3 минуты? ([1], стр. 157, №92)
Решение:
Высокое качество звучания достигается при
частоте дискретизации 44,1КГц и разрядности аудиоадаптера, равной 16.
Формула для расчета объема памяти: (время записи в секундах) x (разрядность
звуковой платы в байтах) x (частота дискретизации):
180 с х 2 х 44100 Гц = 15876000 байт = 15,1 Мб
Ответ: 15,1 Мб
10. Цифровой аудиофайл
содержит запись звука низкого качества (звук мрачный и приглушенный). Какова
длительность звучания файла, если его объем составляет 650 Кб? ([1], стр. 157,
№93)
Решение:
Для мрачного и
приглушенного звука характерны следующие параметры: частота дискретизации — 11,
025 КГц, разрядности аудиоадаптера — 8 бит (см. таблицу 1). Тогда T=A/D/I.
Переведем объем в байты: 650 Кб = 665600 байт
Т=665600 байт/11025 Гц/1
байт ≈60.4 с
Ответ:
длительность звучания равна 60,5 с
11. Оцените информационный
объем высокачественного стереоаудиофайла длительностью звучания 1 минута, если
“глубина” кодирования 16 бит, а частота дискретизации 48 кГц. ([2],
стр. 74, пример 2.54)
Решение:
Информационный объем звукового файла длительностью в
1 секунду равен:
16 бит х 48 000 х 2 = 1 536 000 бит = 187,5 Кбайт (умножили на 2, так как
стерео).
Информационный объем звукового файла длительностью 1 минута
равен:
187,5 Кбайт/с х 60 с ≈ 11 Мбайт
Ответ: 11 Мб
Ответ: а) 940 Кбайт; б) 2,8 Мбайт.
12.
Рассчитайте
время звучания моноаудиофайла, если при 16-битном кодировании и частоте
дискретизации 32 кГц его объем равен:
а) 700 Кбайт;
б) 6300 Кбайт
([2], стр. 76, №2.84)
Решение:
а).
1) Информационный объем звукового файла длительностью в
1 секунду равен:
16 бит х 32 000 = 512000 бит = 64000 байт = 62,5 Кбайт/с
2) Время звучания моноаудиофайла объемом 700 Кбайт равно:
700 Кбайт : 62,5 Кбайт/с = 11,2 с
б).
1) Информационный объем звукового файла длительностью в
1 секунду равен:
16 бит х 32 000 = 512000 бит = 64000 байт = 62,5 Кбайт/с
2) Время звучания моноаудиофайла объемом 700 Кбайт равно:
6300 Кбайт : 62,5 Кбайт/с = 100,8 с = 1,68 мин
Ответ: а) 10 сек; б) 1,5
мин.
13. Вычислить, сколько байт информации занимает на
компакт-диске одна секунда стереозаписи (частота 44032 Гц, 16 бит на значение).
Сколько занимает одна минута? Какова максимальная емкость диска (считая
максимальную длительность равной 80 минутам)? ([4], стр. 34, упражнение №34)
Решение:
Формула для расчета объема памяти A=D*T*I:
(время записи в секундах) * (разрядность звуковой платы в байтах) * (частота
дискретизации). 16 бит -2 байта.
1) 1с х 2 х 44032 Гц = 88064 байт (1 секунда стереозаписи на компакт-диске)
2) 60с х 2 х 44032 Гц = 5283840 байт (1 минута стереозаписи на компакт-диске)
3) 4800с х 2 х 44032 Гц = 422707200 байт=412800 Кбайт=403,125 Мбайт (80 минут)
Ответ: 88064 байт (1 секунда), 5283840 байт (1 минута), 403,125 Мбайт (80 минут)
2. Определение качества звука.
Для определения качества звука надо найти частоту
дискретизации и воспользоваться таблицей №1
256 (28)
уровней интенсивности сигнала -качество звучания радиотрансляции,
использованием 65536 (216) уровней интенсивности сигнала – качество
звучания аудио-CD. Самая качественная частота соответствует музыке, записанной
на компакт-диске. Величина аналогового сигнала измеряется в этом случае
44 100 раз в секунду.
Уровень «5»
13. Определите
качество звука (качество радиотрансляции, среднее качество, качество аудио-CD)
если известно, что объем моноаудиофайла длительностью звучания в
10 сек. равен:
а) 940 Кбайт;
б) 157 Кбайт.
([2], стр. 76,
№2.83)
Решение:
а).
1) 940 Кбайт= 962560 байт = 7700480 бит
2) 7700480 бит : 10 сек = 770048 бит/с
3) 770048 бит/с : 16 бит = 48128 Гц –частота дискретизации – близка к самой
высокой 44,1 КГц
Ответ: качество аудио-CD
б).
1) 157 Кбайт= 160768 байт = 1286144 бит
2) 1286144 бит : 10 сек = 128614,4 бит/с
3) 128614,4 бит/с : 16 бит = 8038,4 Гц
Ответ: качество радиотрансляции
Ответ: а) качество CD; б) качество
радиотрансляции.
14. Определите длительность
звукового файла, который уместится на гибкой дискете 3,5”.
Учтите, что для хранения данных на такой дискете выделяется 2847 секторов
объемом 512 байт.
а) при низком качестве звука: моно, 8 бит, 8 кГц;
б) при высоком качестве звука: стерео, 16 бит, 48 кГц.
([2],
стр. 77, №2.85)
Решение:
а).
1) Информационный объем дискеты равен:
2847 секторов х 512 байт = 1457664 байт = 1423,5 Кбайт
2) Информационный объем звукового файла длительностью в
1 секунду равен:
8 бит х 8 000 = 64 000 бит = 8000 байт = 7,8 Кбайт/с
3) Время звучания моноаудиофайла объемом 1423,5 Кбайт равно:
1423,5 Кбайт : 7,8 Кбайт/с = 182,5 с ≈ 3 мин
б).
1) Информационный объем дискеты равен:
2847 секторов х 512 байт = 1457664 байт = 1423,5 Кбайт
2) Информационный объем звукового файла длительностью в
1 секунду равен:
16 бит х 48 000 х 2= 1 536 000 бит = 192 000 байт = 187,5 Кбайт/с
3) Время звучания стереоаудиофайла объемом 1423,5 Кбайт равно:
1423,5 Кбайт : 187,5 Кбайт/с = 7,6 с
Ответ: а) 3 минуты; б) 7,6
секунды.
3. Двоичное кодирование звука.
При решении задач пользуется следующим теоретическим
материалом:
Для того, чтобы кодировать звук,
аналоговый сигнал, изображенный на рисунке,
 |
плоскость разбивается
на вертикальные и горизонтальные линии. Вертикальное разбиение –это
дискретизация аналогового сигнала (частота измерения сигнала), горизонтальное
разбиение – квантование по уровню. Т.е. чем мельче сетка – тем
качественнее приближен аналоговый звук с помощью цифр. Восьмибитное квантование
применяется для оцифровки обычной речи (телефонного разговора) и радиопередач
на коротких волнах. Шестнадцатибитное – для оцифровки музыки и УКВ
(ультро-коротко-волновые) радиопередач.
Уровень «3»
15. Аналоговый звуковой
сигнал был дискретизирован сначала с использованием 256 уровней интенсивности
сигнала (качество звучания радиотрансляции), а затем с использованием 65536
уровней интенсивности сигнала (качество звучания аудио-CD). Во сколько раз
различаются информационные объемы оцифрованного звука? ([2], стр. 77, №2.86)
Решение:
Длина
кода аналогового сигнала с использованием 256 уровней интенсивности сигнала
равна 8 битам, с использованием 65536 уровней
интенсивности сигнала равна 16 битам. Так как длина кода одного сигнала
увеличилась вдвое, то информационные объемы оцифрованного звука различаются в
2 раза.
Ответ: в
2 раза.
Уровень
«4»
16. Согласно
теореме Найквиста—Котельникова, для того чтобы аналоговый сигнал можно было
точно восстановить по его дискретному представлению (по его отсчетам), частота
дискретизации должна быть как минимум вдвое больше максимальной звуковой
частоты этого сигнала.
·
Какова должна быть
частота дискретизации звука, воспринимаемого человеком?
·
Что должно быть больше:
частота дискретизации речи или частота дискретизации звучания симфонического
оркестра?
Цель: познакомить учащихся с
характеристиками аппаратных и программных средств работы со звуком. Виды
деятельности: привлечение знаний из курса физики (или работа со справочниками). ([3], стр. ??, задача 2)
Решение:
Считается, что
диапазон частот, которые слышит человек, составляет от 20 Гц до 20 кГц. Таким
образом, по теореме Найквиста—Котельникова, для того чтобы аналоговый сигнал
можно было точно восстановить по его дискретному представлению (по его
отсчетам), частота дискретизации должна быть как минимум вдвое больше
максимальной звуковой частоты этого сигнала. Максимальная звуковая
частота которую слышит человек -20 КГц, значит, аппаратура и программные
средства должны обеспечивать частоту дискретизации не менее 40 кГц, а точнее
44,1 КГц. Компьютерная обработка звучания симфонического оркестра предполагает
более высокую частоту дискретизации, чем обработка речи, поскольку диапазон
частот в случае симфонического оркестра значительно больше.
Ответ: не меньше 40 кГц, частота
дискретизации симфонического оркестра больше.
Уровень»5»
17. На
рисунке изображено зафиксированное самописцем звучание 1 секунды речи.
Закодируйте его в двоичном цифровом коде с частотой 10 Гц и длиной кода 3 бита.
([3], стр. ??, задача 1)
Решение:
Кодирование с частотой 10 Гц означает, что
мы должны измерить высоту звука 10 раз за секунду. Выберем равноотстоящие
моменты времени:
Длина кода в
3 бита означает 23 = 8 уровней квантования. То есть в качестве
числового кода высоты звука в каждый выбранный момент времени мы можем задать
одну из следующих комбинаций: 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, 111. Их всего
8, следовательно, высоту звука можно измерять на 8 «уровнях»:
«Округлять» значения высоты звука будем до
ближайшего нижнего уровня:
Используя
данный способ кодирования, мы получим следующий результат (пробелы поставлены
для удобства восприятия): 100 100 000 011 111 010 011 100 010 110.
Примечание.
Целесообразно обратить внимание
учащихся на то, насколько неточно код передает изменение амплитуды. То есть
частота дискретизации 10 Гц и уровень квантования 23 (3 бита)
слишком малы. Обычно для звука (голоса) выбирают частоту дискретизации 8 кГц,
т. е. 8000 раз в секунду, и уровень квантования 28 (код длиной 8
бит).
Ответ: 100
100 000 011 111 010 011 100 010 110.
18. Объясните, почему уровень
квантования относится, наряду с частотой дискретизации, к основным
характеристикам представления звука в компьютере. Цели: закрепить
понимание учащимися понятий «точность представления данных», «погрешность
измерения», «погрешность представления»; повторить с учащимися двоичное
кодирование и длину кода. Вид деятельности: работа с определениями понятий. ([3], стр. ??, задача 3)
Решение:
В геометрии, физике, технике есть понятие
«точность измерения», тесно связанное с понятием «погрешность измерения». Но
есть еще и понятие «точность представления». Например, про рост человека
можно сказать, что он: а) около. 2 м, б) чуть больше 1,7
м, в) равен 1 м 72 см, г) равен 1 м 71
см 8 мм. То есть для обозначения измеренного роста можно использовать 1, 2, 3
или 4 цифры.
Так же и для двоичного кодирования. Если для записи высоты звука в конкретный
момент времени использовать только 2 бита, то, даже если измерения были точны,
передать можно только 4 уровня: низкий (00), ниже среднего (01), выше среднего
(10), высокий (11). Если использовать 1 байт, то можно передать 256 уровней.
Чем выше уровень квантования, или, что то же самое, чем больше битов
отводится для записи измеренного значения, тем точнее передается это значение.
Примечание. Следует отметить, что измерительный инструмент
тоже должен поддерживать выбранный уровень квантования (длину, измеренную
линейкой с дециметровыми делениями, нет смысла представлять с точностью до
миллиметра).
Ответ: чем
выше уровень квантования тем точнее передается звук.
Литература:
[1] Информатика. Задачник-практикум в 2 т. /Под ред. И.Г. Семакина, Е.К.
Хеннера: Том 1. – Лаборатория Базовых Знаний, 1999
г. – 304 с.: ил.
[2] Практикум по информатике и информационным технологиям. Учебное пособие
для общеобразовательных учреждений / Н.Д. Угринович, Л.Л. Босова, Н.И.
Михайлова. – М.: Бином. Лаборатория Знаний, 2002. 400 с.: ил.
[3] Информатика в школе: Приложение к журналу «Информатика и образование».
№4 — 2003. — М.: Образование и Информатика, 2003. — 96 с.: ил.
[4] Кушниренко А.Г., Леонов А.Г., Эпиктетов М.Г. и др. Информационная
культура: одирование информации. Информационные модели. 9-10
класс: Учебник для общеобразовательных учебных заведений. — 2-е изд. — М.:
Дрофа, 1996. — 208 с.: ил.
[5] Гейн А.Г.,
Сенокосов А.И. Справочник по информатике для школьников. — Екатеринбург:
«У-Фактория», 2003. — 346. с54-56.
