Как найти разрядность аудиоадаптера

Популярное на сайте:

Как быстро выучить стихотворение наизусть? Запоминание стихов является стандартным заданием во многих школах. 

Как научится читать по диагонали? Скорость чтения зависит от скорости восприятия каждого отдельного слова в тексте. 

Как быстро и эффективно исправить почерк?  Люди часто предполагают, что каллиграфия и почерк являются синонимами, но это не так.

Как научится говорить грамотно и правильно? Общение на хорошем, уверенном и естественном русском языке является достижимой целью. 

Вопросы занятия:

·       
оцифровка
вводимого звукового сигнала;

·       
качество
цифрового звука;

·       
виды
кодирования звуковых файлов.

С начала 90-ых годов
персональные компьютеры получили возможность работать со звуковой информацией.

Каждый компьютер, имеющий
звуковую плату, микрофон и колонки, может записывать, сохранять и
воспроизводить звуковую информацию.

С помощью специальных
программных средств (редакторов звукозаписей) открываются широкие возможности
по созданию, редактированию и прослушиванию звуковых файлов. Создаются
программы распознавания речи и, в результате, появляется возможность управления
компьютером при помощи голоса.

А как же представляется
звук в компьютере?

Вообще звук
– это процесс колебания воздуха или любой другой среды, в которой он
распространяется. Звук характеризуется амплитудой (силой) и частотой
(количеством колебаний в секунду).

Под звукозаписью
понимают процесс сохранения звуковой информации на каком-либо носителе с
помощью специальных устройств.

Ввод звука
в компьютер производится с помощью звукового устройства, микрофона или радио,
выход которого подключается к порту звуковой карты.

Рассмотрим подробнее
процесс ввода звука в компьютер.

Звуковые сигналы
непрерывны. С помощью микрофона звуковой сигнал превращается в непрерывный
электрический сигнал. Но, как вы помните компьютер может работать только с
цифровой информацией, поэтому если нам нужно обработать звук на компьютере, то
его необходимо дискретизировать – то есть превратить в
прерывистую, состоящую из отдельных частей, последовательность нулей и единиц.

Процессом преобразования
звука из непрерывной формы в дискретную при записи и из дискретной в
непрерывную при воспроизведении занимается звуковая карта или аудио адаптер.

Звуковая карта
– это устройство для записи и воспроизведения звука на компьютере. То есть
задача звуковой карты — с определённой частотой производить измерения уровня
звукового сигнала и результаты измерения записывать в память компьютера. Этот
процесс называют оцифровкой звука.

Промежуток времени между
двумя измерениями называется периодом измерений — обозначается буквой Т
и измеряется в секундах.

Обратная величина
называется частотой дискретизации. Она обозначается буквой ν.
Ровна 1/Т и измеряется в герцах.

Таким образом на качество
преобразования звука влияет несколько условий:

•                   
Частота
дискретизации, то есть сколько раз в секунду будет измерен исходный сигнал.

•                   
Разрядность
дискретизации – количество битов, выделяемых для записи каждого результата
измерений.

Результаты таких
измерений представляются целыми положительными числами с конечным количеством
разрядов. Как мы уже говорили, в таком случае получается дискретное конечное
множество значений в ограниченном диапазоне.

Размер этого диапазона
зависит от разрядности ячейки — регистра памяти звуковой карты.

То есть обратите
внимание, снова работает главная формула информатики:

здесь i
— это разрядность регистра. Также число i
называют разрядностью дискретизации. Записанные данные сохраняются в
файлах специальных звуковых форматов.

Рассмотрим пример.

Две минуты записи
цифрового аудиофайла занимают на диске 5,1 Мб. Частота дискретизации ровна
22050 Герц. Нужно найти разрядность аудиоадаптера.   

При воспроизведении
звукового файла цифровые данные преобразуются в электрический аналог звука. К
звуковой карте подключаются наушники или звуковые колонки. С их помощью
электрические колебания преобразуются в механические звуковые волны, которые
воспринимают наши уши.

Таким образом, чем больше
разрядность и частота дискретизации, тем точнее представляется звук в цифровой
форме и тем больше размер файла, хранящего его.

Рассмотрим такой пример:
Нужно определить качество звука (то есть какое это качество радиотрансляции или
качество аудио-CD) если известно, что объём моноаудиофайла длительностью
звучания в 10 секунд равен 940 Кб. Разрядность аудиоадаптера ровна 16
бит.

Рассмотрим ещё один
пример. 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).
Нужно найти во сколько раз различаются информационные объёмы оцифрованного
звука? 

Для работы со звуковой
информацией на компьютере используются различные программы. Одни из них
позволяют записать звук на цифровой носитель, другие — воспроизвести.
Существуют программы, которые выполняют более сложную обработку звука. Такие
программы называются редакторы звука. Например, можно вырезать фрагмент
музыкального произведения или речи, объединить фрагменты, изменить тембр
звучания, длительность воспроизведения создавать различные музыкальные эффекты,
очищать звук от шумов, согласовывать с изображениями для создания
мультимедийных продуктов и так далее.

При хранении
оцифрованного звука приходится решать проблему уменьшения объёма звуковых
файлов. Существует два способа кодирования звука: кодирования данных без
потерь, позволяющего осуществлять стопроцентное восстановление данных из
сжатого потока. А также кодирование данных с потерями. Позволяет добиться
схожести звучания восстановленного сигнала с оригиналом при максимальном сжатии
данных. Здесь используются различные алгоритмы, сжимающие оригинальный сигнал
путём выкидывания из него слабо слышимых элементов.

Существует множество
различных аудио форматов. Наиболее часто используются такие форматы как WAV и MP3.
Тип формата обычно определяется расширением файла (то, что идёт после точки в
имени файла mp3, wav, ogg,  wma)

WAV – один из первых
аудио-форматов. Обычно используется для хранения несжатых аудиозаписей,
идентичных по качеству звука записям на компакт-дисках. В среднем одна минута
звука в формате wav занимает около 10 Мб.

MP3 – наиболее
распространённый в мире звуковой формат. MP3, как и многие другие форматы
кодирует звук с потерей качества, то есть урезает звук, который не слышится
человеческим ухом, тем самым уменьшая размер файла.

На текущий момент mp3 не
является лучшим форматом по соотношению размера файла к качеству звучания, но в
силу своей распространённости и поддерживаемости большинством устройств, многие
хранят свои записи именно в нём.

Итоги урока.

Звуковая карта
– это устройство для записи и воспроизведения звука на компьютере. Задача
звуковой карты — с определённой частотой производить измерения уровня звукового
сигнала и результаты измерения записывать в память компьютера. Этот процесс
называют оцифровкой звука.

Качество оцифрованного
звука зависит от:

•                   
Частоты
дискретизации, то есть сколько раз в секунду будет измерен исходный сигнал.

•                   
и
Разрядности дискретизации – то есть от количества битов, выделяемых для записи
каждого результата измерений.

Существует два способа
кодирования звука:

•                   
кодирования
данных без потерь, здесь осуществляется стопроцентное восстановление данных из
сжатого потока;

•                   
кодирование
данных с потерями. Это способ позволяет добиться схожести звучания
восстановленного сигнала с оригиналом при максимальном сжатии данных.

Звук представляет собой волну с меняющейся интенсивностью и частотой (громкостью и его тональностью соответственно). Чем больше амплитуда, тем громче звук. Чем больше частота, тем больше тон.

Хранение и передача аналогового звукового сигнала осуществляется за счёт представления его в виде электрического сигнала с помощью модуляции.

Модуляция – процесс изменения одного или нескольких параметров (амплитуды, частоты или фазы) высокочастотного колебания по закону низкочастотного сигнала (несущей частоты).

Существуют разные виды модуляции:

Амплитудная (АМ, amplitude modulation ) – изменение высокочастотных колебаний с частотой, равной частоте звукового сигнала. Например, несущей частотой может быть питание сети – 50 Гц. Или радиоволна СВ (MW) диапазона от 300 кГц до 3 МГц.

Частотная (FM, frequency modulation)  – модуляция при которой информационный сигнал управляет несущей частотой. По сравнению с амплитудной модуляцией здесь амплитуда остаётся постоянной.

Цифровой сигнал

Для того чтобы аналоговый (непрерывный) сигнал представить последовательностью чисел определённой разрядности, его необходимо превратить в дискретный (прерывистый) сигнал, а затем подвергнуть квантованию.

За кодирование звука отвечает звуковая карта, чем выше разрядность звуковой карты, тем больше уровней квантования она выдаёт и тем точнее становится звук при прослушивании.

На современном ПК карта всегда интегрирована в материнской плате, и имеет разрядность не ниже 24 бит.

Оцифровка звука – дискретизация и квантование аналогового сигнала.

1-й этап: Дискретизация сигнала по времени

Допустим, Вы, с помощью микрофона записали свой голос длительностью 5 сек. Этот фрагмент можно разбить на равные малые временный отрезки, которые в сумме дают нам 5 сек. Получаем частоту дискретизации (f, Гц), которая является обратной величиной времени: t сек. При частоте дискретизации 8 кГц=8 000 Гц, из формулы получаем отрезок, равный 0,000125  сек. или 125 миллисекунд.

 2-й этап: Квантование сигнала по уровню

Чем больше уровней будет доступно для кодирования временных отрезков, тем ближе к аналогу будет закодированный файл, но при этом объём файла увеличится.

Например, возьмём 8 уровней, чтобы их закодировать в двоичный код нам достаточно 3 бита, что мы получаем из формулы Хартли:

2³=8 – комбинаций двоичного ряда чисел от 000 до 111.

Параметр (i) – называется глубина кодирования. 8 бит – 256 уровней, 16 бит – 65 536 уровней, 24 бита – более 16 млн. уровней.

3 этап: Определяем скорость потока звука

Частота дискретизации – 22 кГц, глубина кодирования – 16 бит. Произведение этих двух величин дает нам скорость потока 352 кбит/сек.

Именно такой канал передачи данных потребуется для воспроизведения звукового файла в режиме он-лайн.

Расчёт количество звуковой информации

Для определения информационного объёма звуковой информации, нам необходимы следующие параметры:

• f – частота дискретизации (Гц);
• t – время звучания звукового файла (сек.);
• i – глубина кодирования (бит);
• n – количество звуковых каналов (n = 1, моно; n = 2, стерео).

Задача 1:

Одна минута записи цифрового аудиофайла занимает 1,3 МБ, разрядность звуковой платы — 8 бит. С какой частотой дискретизации записан звук?

Решение:

Воспользуемся формулой: I=f∙t∙i∙n , из формулы видно что для нахождения частоты дискретизации формула примет вид: f=I/t∙i∙n.

1,3 МБ = 13,31,2 КБ = 1 363 148,8 Байт. Принимая во внимание что 8 бит = 1 Байту, делим 1 363 148,8 на 60, канал у нас записан 1, поэтому n=1.

Ответ: 22719,1 Гц  или 22 050 Гц, см. основные настройки параметров звукового файла в программе Audacity 

Задача 2:

Две минуты записи цифрового аудиофайла занимают на диске 5,1 МБ. Частота дискретизации — 22 050 Гц. Какова разрядность аудиоадаптера?

Решение: 5,1 МБ = 5 347 737,6 Байт, делим по формуле: i  = I / f∙ t ∙ n.

5 347 737,6 / 22 050 ∙ 120 = 2,02 Байт.

Ответ: 16 бит.

Кодирование видео

Информация хранится на различных носителях в виде файлов. Файл занимает память и может быть измерен в единицах измерения информации: бит, Байт, КБ и т.д.

Стремительное развитие интернета резко увеличило обмен информацией между людьми, для  оптимизации хранения данных люди стали использовать специальные алгоритмы сжатия.

В основе цифрового видео лежит графический и звуковой файлы. Если рассчитать объём видеофайла без сжатия, нам необходимо учитывать тот факт, что человек начинает воспринимать смену кадров (картинок), как непрерывное плавное движение, если за 1 сек. будет мелькать 24 кадра.

Основы ТВ

Для приёма телевизионного сигнала используется антенна и приёмник. Приёмник – это электронная схема, которая преобразует сигнал в изображение на экране. В этом процессе участвует генератор кадровой развёртки и строчной.

Кадровая развёртка формируется на частоте, близкой к частоте переменного тока в бытовых электросетях – 50 Гц.

Кадровая развёртка, в сочетании со строчной служит для преобразования плоского двумерного изображения в одномерную последовательность, то есть, видеосигнал, а в телевизоре или мониторе компьютера для преобразования видеосигнала обратно в изображение на экране.

Для создания такой последовательности, используются специальные стандарты разложения:

576i, 625/50 — стандарт разложения, принятый для аналогового и цифрового телевидения в Европе, России, Австралии, странах Африки и Азии. 576 – это количество активных строк для аналогового телевидения и число пикселей по вертикали, для цифрового. Буква «i», англ. Interlace означает чересстрочную развёртку, передающую 25 целых кадров в 50 полях за 1 секунду.

480i, 525/60 — стандарт разложения, принятый в США, число активных строк составляет 480.

Существует также прогрессивная (p) кадровая развёртка, где все строки каждого кадра отображаются последовательно. Прогрессивная развертка стала широко распространена с появлением персональных компьютеров. Для комфортного чтения мелкого текста с экрана монитора, чересстрочная развертка стала малопригодна, так как мерцание строк вызывало быстрое утомление глаз.

Помимо развёртки существует ещё и соотношение сторон: аналоговое ТВ – 4:3, цифровое ТВ – 16:9, широкоформатное.

Форматы со сжатием

Давайте для начала посчитает объём видеофайла без сжатия, длительность 1 час 30 мин., 576i, 16:9. Звук записан с частотой дискретизации – 44 100 Гц, глубина кодирования 24 бит.

Решение:

Видео: I = 576 ∙ 1024 ∙ 25 ∙ 5400 ∙ 24 = 1 911 029 760 000 бит = 222,5 ГБ

Звук: I = 44 100 ∙ 5400 ∙ 24 = 5 715 360 000 бит = 681,3 МБ = 0,665 ГБ

Ответ: 223,2 ГБ.

Графический формат JPEG

Алгоритм JPEG (от англ. Joint Photographic Experts Group) в большей степени пригоден для реалистичных изображений с плавными переходами яркости и цвета, таковыми являются фотографии.

В основу алгоритма заложен переход от цветового пространства RGB к цветовому пространству YCbCr. Y – компонент яркости, Cb и Cr – синий и красный цветоразностные компоненты. Суть сжатия состоит в том что для каждого блока пикселей 2х2 записывается не 12 значений, а 6, за счёт использования усреднённого компонента цвета.

Видео  и аудио форматы MPEG

Алгоритм MPEG (англ. Moving Picture Experts Group) – стандарты сжатия и передачи цифровой видео и аудио информации. Базовым объектом кодирования в стандарте MPEG является кадр телевизионного изображения. Поскольку в большинстве фрагментов фон изображения остается достаточно стабильным, а действие происходит только на переднем плане, сжатие начинается с создания исходного кадра.

При сжатии аудио используются хорошо разработанные психоакустические модели, чтобы выбросить звуки, которые не слышны человеческому уху.

Современные цифровые стандарты

Современные дисплеи и мониторы уже давно вышли за рамки старых добрых стандартов.

Стандарты современных дисплеев:

Светило науки — 5869 ответов — 21974 помощи

Размер цифрового моноаудиофайла измеряется по формуле:
     A = D*T*i,
где D – частота дискретизации (Гц), T – время звучания или записи звука, i — разрядность регистра (разрешение).
5,05 Мбайт = 5,05*1024 Кбайт = 5,05*1024*1024 байт = 5,05*1024*1024*8 бит.
i = 5,05*1024*1024*8/(22050*2*60) ≈ 16 бит

Получи верный ответ на вопрос 🏆 «Две минуты записи цифрового аудиофайла занимают на диске 5,1 Мбайта. Частота дискретизации — 22050 Гц. Какова разрядность аудиоадаптера? …» по предмету 📕 Информатика, используя встроенную систему поиска. Наша обширная база готовых ответов поможет тебе получить необходимые сведения!

Найти готовые ответы