Двоичное кодирование звуковой информации

Временная дискретизация звука. Звук представляет собой звуковую волну с непрерывно меняющейся амплитудой и ча­стотой. Чем больше амплитуда сигнала, тем он громче для человека, чем больше частота сигнала, тем выше тон. Для того чтобы компьютер мог обрабатывать звук, непрерывный звуковой сигнал должен быть превращен в последователь­ность электрических импульсов (двоичных нулей и единиц).

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» — рис. 2.9.

Рис. 2.9

A(t)

Временная дискретизация звука

			\						/
	/					\				/
	/						\		у
/
г
											t -------- ►

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.

Современные звуковые карты обеспечивают 16-битную глубину кодирования звука. Количество различных уровней сигнала (состояний при данном кодировании) можно рассчи­тать по формуле (2.1):

N = 2^[3] = 2¹⁶ = 65536, где I — глубина звука.

Таким образом, современные звуковые карты могут обеспе­чить кодирование 65536 уровней сигнала. Каждому значению амплитуды звукового сигнала присваивается 16-битный код.

При двоичном кодировании непрерывного звукового сиг­нала он заменяется последовательностью дискретных уров­ней сигнала. Качество кодирования зависит от количества измерений уровня сигнала в единицу времени, то есть час­тоты дискретизации. Чем большее количество измерений производится за 1 секунду (чем больше частота дискретиза­ции), тем точнее процедура двоичного кодирования.

Звук - Звукозапись

Файл Г]равка Эффекты Справка

«т I

• >

| Сохранить ьак j j?4 ООО Tlx 16 бит Моно 4?кБ/с -Г £4 ООО Гц. 8 бит Моно 23 «Б/с   J24 ООО Ги. 8 бит Стерео 47*Б/с   J24 ООО Гц. 16 бит Стерео 94, Б/с   "ГО ООО Г а 8 бит Моно 31 кБ/с

Формат £триЬутм

JPlOB

Качество двоичного кодирования звука определя- if0r ется глубиной кодирования и частотой дискрети­зации.

Вопросы дляуцазмышления

т

ЧУ

1. В чем состоит принцип двоичного кодирования звука?

2. От каких параметров зависит качество двоичного кодирования звука?

Практические задания

2.33. С помощью программы Звукозапись записать при 16-битном ко­дировании и частоте дискретизации 44 кГц моноаудиофайл длительностью 10 секунд. Сравнить его реальный объем с вы­численным.

Хранение информации

Информация, закодированная с помощью естественных и формальных языков, а также информация в форме зритель­ных и звуковых образов хранится в памяти человека. Одна­ко для долговременного хранения информации, ее накопле­ния и передачи из поколения в поколение используются носители информации.

Материальная природа носителей информации может быть различной: молекулы ДНК, которые хранят генетиче­скую информацию; бумага, на которой хранятся тексты и изображения; магнитная лента, на которой хранится звуко­вая информация; фото- и кинопленки, на которых хранится графическая информация; микросхемы памяти, магнитные и лазерные диски, на которых хранятся программы и дан­ные в компьютере, и так далее.

По оценкам специалистов, объем информации, фиксируе­мой на различных носителях, превышает один эксабайт в год (10¹⁸ байт/год). Примерно 80% всей этой информации хранится в цифровой форме на магнитных и оптических но­сителях и только 20% — на аналоговых носителях (бумага, магнитные ленты, фото- и кинопленки). Если всю записан­ную в 2000 году информацию распределить на всех жителей планеты, то на каждого человека придется по 250 Мбайт, а для ее хранения потребуется 85 миллионов жестких маг­нитных дисков по 20 Гбайт.

Информационная емкость носителей информации. Носи­тели информации характеризуются информационной емко­стью, то есть количеством информации, которое они могут хранить. Наиболее информационно емкими являются моле­кулы ДНК, которые имеют очень малый размер и плотно упакованы. Это позволяет хранить огромное количество ин­формации (до 10²¹ битов в 1 см³), что дает возможность орга­низму развиваться из одной-единственной клетки, содержа­щей всю необходимую генетическую информацию.

Современные микросхемы памяти позволяют хранить в 1 см³ до 10^го битов информации, однако это в 100 миллиар­дов раз меньше, чем в ДНК. Можно сказать, что современ­ные технологии пока существенно проигрывают биологиче­ской эволюции.

Однако если сравнивать информационную емкость тради­ционных носителей информации (книг) и современных компьютерных носителей, то прогресс очевиден. На каждом гибком магнитном диске может храниться книга объемом около 600 страниц, а на жестком магнитном диске или DVD — целая библиотека, включающая десятки тысяч книг.