Решение задач по теме: «Кодирование звуковой информации»

Конспект урока

Практическая работа «Решение задач»

Учитель: Килочко А.В.

Предмет: Информатика и ИКТ

Класс: 10

Цели:

- узнать такие понятия, как частота дискретизации, разрядность(глубина звука);

-вспомнить единицы измерения информации, перевод из одной в другую;

-научиться решать задачи на определение размера звукового файла, скорости и времени его записи- А9-ЕГЭ-информатика;

Ход урока:

1.Организационный момент

Проверка готовности учащихся и их присутствия на уроке.

2. Объяснение материала и примеры решения задач

Процесс воспроизведения звуковой информации, сохраненной в памяти ЭВМ:

Звук представляет собой звуковую волну с непрерывно меняющейся амплитудой и частотой. Чем больше амплитуда, тем он громче для человека, чем больше частота сигнала, тем выше тон. Программное обеспечение компьютера в настоящее время позволяет непрерывный звуковой сигнал преобразовывать в последовательность электрических импульсов, которые можно представить в двоичной форме. В процессе кодирования непрерывного звукового сигнала производится его временная дискретизация. Непрерывная звуковая волна разбивается на отдельные маленькие временные участки, причем для каждого такого участка устанавливается определенная величина амплитуды.

Таким образом, непрерывная зависимость амплитуды сигнала от времени A(t)заменяется на дискретную последовательность уровней громкости. На графике это выглядит как замена гладкой кривой на последовательность «ступенек».Каждой «ступеньке» присваивается значение уровня громкости звука, его код(1, 2, 3 и так

далее). Уровни громкости звука можно рассматривать как набор  возможных состояний, соответственно, чем большее количество уровней громкости будет выделено в процессе кодирования, тем большее количество информации будет нести значение каждого уровня и тем более качественным будет звучание.

Аудиоадаптер (звуковая плата) - специальное устройство, подключаемое к компьютеру, предназначенное для преобразования электрических колебаний звуковой частоты в числовой двоичный код при вводе звука и для обратного преобразования (из числового кода в электрические колебания) при воспроизведении звука.

В процессе записи звука аудиоадаптер с определенным периодом измеряет амплитуду электрического тока и заносит в регистр двоичный код полученной величины. Затем полученный код из регистра переписывается в оперативную память компьютера. Качество компьютерного звука определяется характеристиками аудиоадаптера:

Частотой дискретизации

Разрядностью(глубина звука).

Частота временной дискретизации

- это количество измерений входного сигнала за 1 секунду. Частота измеряется в герцах (Гц). Одно измерение за одну секунду соответствует частоте 1 Гц. 1000 измерений за 1 секунду – 1 килогерц (кГц). Характерные частоты дискретизации аудиоадаптеров:

11 кГц, 22 кГц, 44,1 кГц и др.

Разрядность регистра  (глубина звука) число бит в регистре аудиоадаптера, задает количество возможных уровней звука.

Разрядность определяет точность измерения входного сигнала. Чем больше разрядность, тем меньше погрешность каждого отдельного преобразования величины электрического сигнала в число и обратно. Если разрядность равна 8 (16) , то при измерении входного сигнала может быть получено 2⁸= 256 (2¹⁶=65536) различных значений. Очевидно, 16 разрядный аудиоадаптер точнее кодирует и воспроизводит звук, чем 8-разрядный. Современные звуковые карты обеспечивают 16-битную глубину кодирования звука. Количество различных уровней сигнала (состояний при данном кодировании) можно рассчитать по формуле:

N = 2^I= 2¹⁶ = 65536, где I — глубина звука.

.

Размер звукового файла измеряется по формуле:    I = H*T*i,

I-размер звукового файла(бит/байт/КБ…)

H – частота дискретизации (Гц),

T – время звучания или записи звука(c),

i - разрядность регистра (бит/байт).

Повторяем единицы измерения информации

1 байт = 8 бит

1 Кбайт = 2¹⁰ байт=1024 байт

1 Мбайт = 2¹⁰ Кбайт=1024 Кбайт

1 Гбайт = 2¹⁰ Мбайт=1024 Мбайт

1 Тбайт = 2¹⁰ Гбайт=1024 Гбайт

1 Пбайт = 2¹⁰ Тбайт=1024 Тбайт

Пример задач и их решения №1:

1.Определить информационный объем цифрового  аудио файла длительностью звучания которого составляет 10 секунда при частоте дискретизации 22,05 кГц и разрешении 8 битов.

2.Определить информационный объем стерео аудио файла длительностью звучания 1 секунда при высоком качестве звука(16 битов, 48 кГц).

3.Практическое задание( 2 варианта):

1 вариант

1. Производится од­но­ка­наль­ная (моно) зву­ко­за­пись с ча­сто­той дискретизации 48 кГц и глу­би­ной кодирования 16 бит. За­пись длится 2 минуты, 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) 20

Пояснение.

Так как ча­сто­та дискретизации 48 кГц, то за одну се­кун­ду запоминается 48000 зна­че­ний сигнала.

Глубина ко­ди­ро­ва­ния – 16 бит = 2 байта, время за­пи­си 2 ми­ну­ты = 120 секунд, по­это­му для хра­не­ния информации о такой за­пи­си потребуется 48000 · 2 · 120 = 11520000 байт или 11520000/1024² = 10,99 Мб, что близ­ко к 11 Мб.

 Правильный ответ ука­зан под но­ме­ром 1.

2. 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. Какое из приведенных ниже чисел наиболее близко к размеру полученного файла, выраженному в мегабайтах?

1) 1 2) 2 3) 5 4) 10

Пояснение.

Так как частота дискретизации 22 кГц, то за одну секунду запоминается 22000 значений сигнала.

Глубина кодирования – 16 бит = 2 байта, время записи 2 минуты = 120 секунд, поэтому для хранения информации о такой записи потребуется 22000 * 2 * 120 = 5280000 байт или 5,04 Мб, что близко к 5 Мб.

Правильный ответ указан под номером 3.

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) 112) 133) 154) 22

Пояснение.

Так как частота дискретизации 11 кГц, то за одну секунду запоминается 11000 значений сигнала.

Глубина кодирования – 24 бита = 3 байта, время записи 7 минут = 420 секунд, поэтому для хранения информации о такой записи потребуется 11000 * 3 * 420 = 13860000 байт или 13,22 Мб, что близко к 13 Мб.

Правильный ответ указан под номером 2.

4. Производится двухканальная (стерео) звукозапись с частотой дискретизации 48 кГц и глубиной кодирования 24 бита. 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) 0,32) 43) 164) 132

Пояснение.

Так как частота дискретизации 48 кГц, то за одну секунду запоминается 48000 значений сигнала.

Глубина кодирования – 24 бита = 3 байта, время записи 1 минута = 60 секунд. Т. к. запись двухканальная, то объём памяти, необходимый для хранения данных одного канала, умножается на 2, поэтому для хранения информации о такой записи потребуется 48000 * 3 * 60 * 2 = 17280000 байт или 16,48 Мб, что близко к 16 Мб.

Правильный ответ указан под номером 3.

5. Производится двухканальная (стерео) звукозапись с частотой дискретизации 22 кГц и глубиной кодирования 24 бита. Запись длится 2 минуты, ее результаты записываются в файл, сжатие данных не производится. Какое из приведенных ниже чисел наиболее близко к размеру полученного файла, выраженному в мегабайтах?

1) 112) 123) 134) 15

Пояснение.

Так как частота дискретизации 22 кГц, то за одну секунду запоминается 22000 значений сигнала.

Глубина кодирования – 24 бита = 3 байта, время записи 2 минуты = 120 секунд. Т. к. запись двухканальная, то объём памяти, необходимый для хранения данных одного канала, умножается на 2, поэтому для хранения информации о такой записи потребуется 22000 * 3 * 120 * 2 = 15840000 байт или 15,11 Мб, что близко к 15 Мб.

Правильный ответ указан под номером 4.

6. 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) 112) 123) 134) 15

Пояснение.

Так как частота дискретизации 11 кГц, то за одну секунду запоминается 11000 значений сигнала.

Глубина кодирования – 16 бит = 2 байта, время записи 6 минут = 360 секунд. Т. к. запись двухканальная, то объём памяти, необходимый для хранения данных одного канала, умножается на 2, поэтому для хранения информации о такой записи потребуется 11000 * 2 * 360 * 2 = 15840000 байт или 15,11 Мб, что близко к 15 Мб.

Правильный ответ указан под номером 4.

7* В течение трех минут производилась четрёхканальная (квадро) звукозапись с частотой дискретизации 16 КГц и 24-битным разрешением. Сжатие данных не производилось. Какая из приведенных ниже величин наиболее близка к размеру полученного файла?

1) 25 Мбайт2) 35 Мбайт3) 45 Мбайт4) 55 Мбайт

Пояснение.

Так как частота дискретизации 16 кГц, то за одну секунду запоминается 16000 значений сигнала.

Глубина кодирования – 24 бит = 3 байта, время записи 3 минуты = 180 секунд. Т. к. запись четрёхканальная, то объём памяти, необходимый для хранения данных одного канала, умножается на 4, поэтому для хранения информации о такой записи потребуется 16000 * 3 * 180 * 4 = 3456 0000 байт или 32,96 Мб, что близко к 35 Мб.

Правильный ответ указан под номером 2.

2 вариант:

1. Производится одноканальная (моно) звукозапись с частотой дискретизации 16 кГц и 32-битным разрешением. Запись длится 8 минут, ее результаты записываются в файл, сжатие данных не производится. Какое из приведенных ниже чисел наиболее близко к размеру полученного файла, выраженному в Мбайтах?

1) 302) 453) 754) 85

Пояснение.

Так как частота дискретизации 16 кГц, то за одну секунду запоминается 16000 значений сигнала.

Глубина кодирования – 32 бита = 4 байта, время записи 8 минут = 480 секунд, поэтому для хранения информации о такой записи потребуется 16000 * 4 * 480 = 30720000 байт или 29,3 Мб, что близко к 30 Мб.

Правильный ответ указан под номером 1.

2. Производится одноканальная (моно) звукозапись с частотой дискретизации 16 кГц и 32-битным разрешением. Запись длится 4 минуты, ее результаты записываются в файл, сжатие данных не производится. Какое из приведенных ниже чисел наиболее близко к размеру полученного файла, выраженному в Мбайтах?

1) 10 2) 15 3) 25 4) 28

Пояснение.

Так как частота дискретизации 16 кГц, то за одну секунду запоминается 16000 значений сигнала.

Разрешение – 32 бита = 4 байта, время записи 4 минуты = 240 секунд, поэтому для хранения информации о такой записи потребуется 16000 * 4 * 240 = 15360000 байт или 14,65 Мб, что близко к 15 Мб.

Правильный ответ указан под номером 2.

3. Производится одноканальная (моно) звукозапись с частотой дискретизации 44,1 кГц и глубиной кодирования 16 бита. Запись длится 2 минуты, ее результаты записываются в файл, сжатие данных не производится. Какое из приведенных ниже чисел наиболее близко к размеру полученного файла, выраженному в мегабайтах?

1) 102) 113) 134) 15

Пояснение.

Так как частота дискретизации 44,1 кГц, то за одну секунду запоминается 44100 значений сигнала.

Глубина кодирования – 16 бит = 2 байта, время записи 2 минуты = 120 секунд, поэтому для хранения информации о такой записи потребуется 44100 * 2 * 120 = 10584000 байт или 10,09 Мб, что близко к 10 Мб.

Правильный ответ указан под номером 1.

4. Производится двухканальная (стерео) звукозапись с частотой дискретизации 16 кГц и глубиной кодирования 32 бит. Запись длится 12 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) 302) 453) 754) 90

Пояснение.

Так как частота дискретизации 16 кГц, то за одну секунду запоминается 16000 значений сигнала.

Глубина кодирования – 32 бит = 4 байта, время записи 12 минут = 720 секунд. Т. к. запись двухканальная, то объём памяти, необходимый для хранения данных одного канала, умножается на 2, поэтому для хранения информации о такой записи потребуется 16000 * 4 * 720 * 2 = 92160000 байт или 87,89 Мб, что близко к 90 Мб.

Правильный ответ указан под номером 4.

5. Производится двухканальная (стерео) звукозапись с частотой дискретизации 44,1 кГц и глубиной кодирования 24 бит. 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) 112) 123) 134) 15

Пояснение.

Так как частота дискретизации 44,1 кГц, то за одну секунду запоминается 44100 значений сигнала.

Глубина кодирования – 24 бита = 3 байта, время записи 1 минуту = 60 секунд. Т. к. запись двухканальная, то объём памяти, необходимый для хранения данных одного канала, умножается на 2, поэтому для хранения информации о такой записи потребуется 44100 * 3 * 60 * 2 = 15876000 байт или 15,14 Мб, что близко к 15 Мб.

Правильный ответ указан под номером 4.

6. 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

Пояснение.

Так как частота дискретизации 48 кГц, то за одну секунду запоминается 48000 значений сигнала.

Разрешение – 24 бита = 3 байта, время записи 1 минут = 60 секунд, Т. к. запись двухканальная, то объём памяти, необходимый для хранения данных одного канала, умножается на 2, поэтому для хранения информации о такой записи потребуется 48000 * 3 * 60 * 2 = 17280000 байт или 16,48 Мб, что близко к 16 Мб.

Правильный ответ указан под номером 3.

7*Производится четырёхканальная (квадро) звукозапись с частотой дискретизации 16 кГц и 16-битным разрешением. Запись длится 1 минуту, её результаты записываются в файл, сжатие данных не производится. Какая из приведённых ниже величин наиболее близка к размеру полученного файла?

1) 7 Мбайт2) 19 Мбайт3) 33 Мбайт4) 59 Мбайт

Пояснение.

Так как частота дискретизации 16 кГц, то за одну секунду запоминается 16 000 значений сигнала.

Глубина кодирования 16 бита, т. е. 2 байта. Т. к. запись четырёхканальная, объём памяти, необходимый для хранения данных одного канала, умножается на 4. Чтобы найти размер полученного файла, необходимо умножить время, в течение которого проводилась запись на глубину кодирования и на частоту дискретизации:

60 · 4 · 2 · 16 000 = 7 680 000 байт = 7,3 Мбайт.

Правильный ответ указан под номером 1.

4.Подведение итогов, выставление оценок, запись домашнего задания:

Решить задачи №1-4

1. Производится четырёхканальная (квадро) зву­ко­за­пись с ча­сто­той дискретизации 32 кГц и 16-битным разрешением. За­пись длится 1 минуту, 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 Мбайт3) 59 Мбайт4) 65 Мбайт

Пояснение.

Так как ча­сто­та дискретизации 32 кГц, то за одну се­кун­ду запоминается 32 000 зна­че­ний сигнала.

Глубина ко­ди­ро­ва­ния 16 бита, т. е. 2 байта. Т. к. за­пись четырёхканальная, объём памяти, не­об­хо­ди­мый для хра­не­ния данных од­но­го канала, умно­жа­ет­ся на 4. Чтобы найти раз­мер полученного файла, не­об­хо­ди­мо умножить время, в те­че­ние которого про­во­ди­лась запись на глу­би­ну кодирования и на ча­сто­ту дискретизации:

60 · 2 · 4 · 32 000 = 15 360 000 байт = 14,64 Мбайт.

Правильный ответ ука­зан под но­ме­ром 1.

2.Производится четырёхканальная (квадро) зву­ко­за­пись с ча­сто­той дискретизации 32 кГц и 24-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) 13 Мбайт2) 29 Мбайт3) 44 Мбайт4) 86 Мбайт

Пояснение.

Так как ча­сто­та дискретизации 32 кГц, то за одну се­кун­ду запоминается 32 000 зна­че­ний сигнала.

Глубина ко­ди­ро­ва­ния 24 бита, т. е. 3 байта. Т. к. за­пись четырёхканальная, объём памяти, не­об­хо­ди­мый для хра­не­ния данных од­но­го канала, умно­жа­ет­ся на 4. Чтобы найти раз­мер полученного файла, не­об­хо­ди­мо умножить время, в те­че­ние которого про­во­ди­лась запись на глу­би­ну кодирования и на ча­сто­ту дискретизации:

120 · 3 · 4 · 32 000 = 46 080 000 байт = 43,9 Мбайт.

Правильный ответ ука­зан под но­ме­ром 3.

3. Производится четырёхканальная звукозапись с частотой дискретизации 32 кГц и 32-битным разрешением. Запись производилась в течение 3 минут. Определите приблизительно размер полученного файла (в Мбайт). В качестве ответа укажите ближайшее к размеру файла целое число, кратное 10.

Пояснение.

Так как ча­сто­та дискретизации 32 кГц, то за одну се­кун­ду запоминается 32000 зна­че­ний сигнала.

Разрешение — 32 бита = 4 байта, время за­пи­си 3 ми­ну­ты = 180 секунд. Т. к. за­пись четырёхка­наль­ная, то объём памяти, не­об­хо­ди­мый для хра­не­ния данных од­но­го канала, умно­жа­ет­ся на 4, по­это­му для хра­не­ния информации о такой за­пи­си потребуется 32000 * 4 * 180 * 4 = 92 160 000 байт или при­мер­но 87,9 Мб, что близ­ко к 90 Мб.

Ответ: 90.

4. Двухканальная (стерео) звукозапись с частотой дискретизации 16 кГц и 24 битным разрешением велась в течение 15 минут. Сжатие данных не производилось. Какая из приведённых ниже величин наиболее близка к размеру полученного файла?

1) 20 Мбайт2) 50 Мбайт3) 80 Мбайт4) 110 Мбайт

Пояснение.

Так как частота дискретизации 16 кГц, то за одну секунду запоминается 16000 значений сигнала.

Глубина кодирования – 24 бит = 3 байта, время записи 15 минут = 900 секунд. Т. к. запись двухканальная, то объём памяти, необходимый для хранения данных одного канала, умножается на 2, поэтому для хранения информации о такой записи потребуется 16000 · 3 · 900 · 2 = 86 400 000 байт или 84,375 Мб, что близко к 80 Мб.

Правильный ответ указан под номером 3.

Адрес публикации: https://www.prodlenka.org/metodicheskie-razrabotki/281476-reshenie-zadach-po-teme-kodirovanie-zvukovoj-