نحوه محاسبه حجم اطلاعات یک فایل صوتی حل مشکلات کدگذاری اطلاعات صوتی. توسعه روش شناختی در علوم کامپیوتر و ICT (پایه 10) در مورد این موضوع. موضوع: کدگذاری صوتی

مفاهیم اساسی

فرکانس نمونه برداری (f) تعداد نمونه های ذخیره شده را در 1 ثانیه تعیین می کند.

1 هرتز (یک هرتز) یک شمارش در ثانیه است،

و 8 کیلوهرتز 8000 نمونه در ثانیه است

عمق رمزگذاری (b) تعداد بیت های مورد نیاز برای رمزگذاری 1 سطح صدا است

زمان پخش (t)

I=f b t

در ضبط دو کاناله (استریو)مقدار حافظه مورد نیاز برای ذخیره اطلاعات یک کانال در 2 ضرب می شود

I=f b t 2

مبانی نظری پایه

نمونه برداری زمانی از صدابرای اینکه کامپیوتر بتواند صدا را پردازش کند، سیگنال صوتی پیوسته باید با استفاده از نمونه برداری زمانی به شکل گسسته دیجیتال تبدیل شود. یک موج صوتی پیوسته به بخش های موقت کوچک جداگانه تقسیم می شود و برای هر یک از این بخش ها مقدار مشخصی از شدت صدا تعیین می شود.

بنابراین، وابستگی مداوم حجم صدا به زمان A(t) با یک توالی مجزا از سطوح بلندی صدا جایگزین می شود. در نمودار، به نظر می رسد که یک منحنی صاف با یک دنباله از "گام ها" جایگزین شود.

فرکانس نمونه بردارییک میکروفون متصل به کارت صدا برای ضبط صدای آنالوگ و تبدیل آن به فرم دیجیتال استفاده می شود. کیفیت صدای دیجیتال حاصل به تعداد اندازه گیری های سطح حجم صدا در واحد زمان بستگی دارد، یعنی. نرخ نمونه برداری هرچه اندازه گیری های بیشتری در 1 ثانیه انجام شود (فرکانس نمونه برداری بالاتر)، "نردبان" سیگنال صوتی دیجیتال با دقت بیشتری از منحنی سیگنال آنالوگ پیروی می کند.

نرخ نمونه برداری صوتیتعداد اندازه گیری حجم صدا در یک ثانیه است، با هرتز (هرتز) اندازه گیری می شود. نرخ نمونه برداری را با حرف نشان می دهیم f.

نرخ نمونه برداری صدا می تواند بین 8000 تا 48000 اندازه گیری حجم صدا در ثانیه باشد. برای رمزگذاری، یکی از سه فرکانس را انتخاب کنید: 44.1 کیلوهرتز، 22.05 کیلوهرتز، 11.025 کیلوهرتز.

عمق رمزگذاری صدابه هر "مرحله" سطح صدای خاصی اختصاص داده شده است. سطوح بلندی صدا را می توان به عنوان مجموعه ای از حالت های ممکن N در نظر گرفت که برای رمزگذاری به مقدار مشخصی اطلاعات نیاز دارد.ب که به آن عمق کدگذاری صوتی می گویند

عمق کدگذاری صوتیمقدار اطلاعات مورد نیاز برای رمزگذاری سطوح حجم مجزای صدای دیجیتال است.

اگر عمق رمزگذاری مشخص باشد، می توان تعداد سطوح حجم صدای دیجیتال را با استفاده از فرمول N = 2 b محاسبه کرد. بگذارید عمق رمزگذاری صدا 16 بیت باشد، سپس تعداد سطوح صدای صدا برابر است با:

N=2 b = 2 16 = 65536.

در طی فرآیند رمزگذاری، به هر سطح حجم صدا، کد دودویی 16 بیتی اختصاص داده می شود؛ کمترین سطح صدا با کد 00000000000000000 و بالاترین - 1111111111111111 مطابقت دارد.

کیفیت صدای دیجیتالی شدههر چه فرکانس و عمق نمونه برداری صدا بیشتر باشد، کیفیت صدای دیجیتالی بالاتر می رود. کمترین کیفیت صدای دیجیتالی مربوط به کیفیت ارتباط تلفنی با نرخ نمونه برداری 8000 بار در ثانیه، عمق نمونه برداری 8 بیت و ضبط یک آهنگ صوتی (حالت مونو) به دست می آید. بالاترین کیفیت صوتی دیجیتالی مربوط به کیفیت CD صوتی با نرخ نمونه برداری 48000 بار در ثانیه، عمق نمونه برداری 16 بیت و ضبط دو تراک صوتی (حالت استریو) به دست می آید.

باید به خاطر داشت که هر چه کیفیت صدای دیجیتال بالاتر باشد حجم اطلاعات فایل صوتی بیشتر می شود.

وظایف برای خودآموزی.

1. حجم فایل صوتی مونوفونیک 10 ثانیه ای را با کدگذاری 16 بیتی و نرخ نمونه برداری 44.1 کیلوهرتز محاسبه کنید. (861 کیلوبایت)

2. ضبط صدا دو کاناله (استریو) با فرکانس نمونه برداری 48 کیلوهرتز و وضوح 24 بیت انجام می شود. ضبط 1 دقیقه طول می کشد، نتایج آن در یک فایل نوشته می شود، فشرده سازی داده ها انجام نمی شود. کدام یک از اعداد زیر به اندازه فایل حاصل که بر حسب مگابایت بیان شده است نزدیکتر است؟

1)0,3 2) 4 3) 16 4) 132

3. ضبط صدای تک کاناله (مونو) با فرکانس نمونه برداری 11 کیلوهرتز و عمق کدگذاری 24 بیت انجام می شود. ضبط 7 دقیقه طول می کشد، نتایج آن در یک فایل نوشته می شود، فشرده سازی داده ها انجام نمی شود. کدام یک از اعداد زیر به اندازه فایل حاصل که بر حسب مگابایت بیان شده است نزدیکتر است؟

1) 11 2) 13 3) 15 4) 22

4. ضبط صدا دو کاناله (استریو) با فرکانس نمونه برداری 11 کیلوهرتز و عمق کدگذاری 16 بیت انجام می شود. ضبط 6 دقیقه طول می کشد، نتایج آن در یک فایل نوشته می شود، فشرده سازی داده ها انجام نمی شود. کدام یک از اعداد زیر به اندازه فایل حاصل که بر حسب مگابایت بیان شده است نزدیکتر است؟

1) 11 2) 12 3) 13 4) 15

دانش آموزان هنگام حل مسائل بر مفاهیم زیر تکیه می کنند:

نمونه گیری زمانی – فرآیندی که در آن، در هنگام رمزگذاری یک سیگنال صوتی پیوسته، موج صوتی به بخش‌های زمانی کوچک جداگانه تقسیم می‌شود و برای هر یک از چنین بخش‌هایی مقدار دامنه مشخصی تنظیم می‌شود. هر چه دامنه سیگنال بیشتر باشد، صدا بلندتر است.

عمق صدا (عمق رمزگذاری) - تعداد بیت در هر کدگذاری صوتی

سطوح صدا (سطوح سیگنال)- صدا می تواند سطوح مختلف حجم داشته باشد. تعداد سطوح مختلف حجم با استفاده از فرمول محاسبه می شود ن = 2 من جایی که من - عمق صدا

فرکانس نمونه برداری – تعداد اندازه گیری سطح سیگنال ورودی در واحد زمان (در هر 1 ثانیه). هر چه نرخ نمونه برداری بیشتر باشد، روش کدگذاری باینری دقیق تر است. فرکانس بر حسب هرتز (هرتز) اندازه گیری می شود. 1 اندازه گیری در هر 1 ثانیه -1 هرتز.

1000 اندازه گیری در 1 ثانیه 1 کیلوهرتز. نرخ نمونه برداری را با حرف نشان می دهیم D. برای رمزگذاری، یکی از سه فرکانس را انتخاب کنید: 44.1 کیلوهرتز، 22.05 کیلوهرتز، 11.025 کیلوهرتز.

اعتقاد بر این است که محدوده فرکانس هایی که شخص می شنود از آن است20 هرتز تا 20 کیلوهرتز .

کیفیت کدگذاری باینری – مقداری که با عمق کدگذاری و فرکانس نمونه برداری تعیین می شود.

آداپتور صدا (کارت صدا) – دستگاهی که ارتعاشات الکتریکی فرکانس صدا را هنگام وارد کردن صدا به یک کد باینری عددی و برعکس (از یک کد عددی به ارتعاشات الکتریکی) هنگام پخش صدا تبدیل می‌کند.

مشخصات آداپتور صوتی: فرکانس نمونه برداری و عمق بیت ثبت).

اندازه ثبت نام - تعداد بیت های موجود در رجیستر آداپتور صوتی هر چه ظرفیت رقم بزرگتر باشد، خطای هر تبدیل مجزای مقدار جریان الکتریکی به عدد کوچکتر است و بالعکس. اگر عمق بیت باشد من ، سپس هنگام اندازه گیری سیگنال ورودی 2 می توان به دست آورد من = ن معانی مختلف

اندازه فایل صوتی مونو دیجیتال ( آ ) با فرمول اندازه گیری می شود:

آ = D * تی * من /8 ، جایی که D – فرکانس نمونه برداری (هرتز) تی - زمان پخش یا ضبط صدا، من عرض ثبت نام (رزولوشن). طبق این فرمول اندازه بر حسب بایت اندازه گیری می شود.

اندازه فایل صوتی استریو دیجیتال ( آ ) با فرمول اندازه گیری می شود:

آ =2* D * تی * من /8 ، سیگنال برای دو بلندگو ضبط می شود، زیرا کانال های صوتی چپ و راست به طور جداگانه کدگذاری می شوند.

برای دانشجویان مفید است که صادر کنند میز 1، نشان می دهد که یک دقیقه اطلاعات صوتی رمزگذاری شده چند مگابایت را با نرخ های مختلف نمونه گیری اشغال می کند:

فرکانس نمونه برداری، کیلوهرتز

44,1

22,05

11,025

16 بیت، استریو

10.1 مگابایت

5.05 مگابایت

2.52 مگابایت

16 بیت، تک

5.05 مگابایت

2.52 مگابایت

1.26 مگابایت

8 بیت، تک

2.52 مگابایت

1.26 مگابایت

630 کیلوبایت

1. اندازه فایل دیجیتال

سطح 3"

1. اندازه (بر حسب بایت) یک فایل صوتی دیجیتال که زمان پخش آن 10 ثانیه با نرخ نمونه برداری 22.05 کیلوهرتز و وضوح 8 بیت است را تعیین کنید. فایل فشرده نیست (، صفحه 156، مثال 1)

راه حل:

فرمول محاسبه اندازه(در بایت) فایل صوتی دیجیتال: آ = D * تی * من /8.

برای تبدیل به بایت، مقدار حاصل باید بر 8 بیت تقسیم شود.

22.05 کیلوهرتز = 22.05 * 1000 هرتز = 22050 هرتز

آ = D * تی * من /8 = 22050 x 10 x 8 / 8 = 220500 بایت.

پاسخ: حجم فایل 220500 بایت می باشد.

2. مقدار حافظه برای ذخیره یک فایل صوتی دیجیتال که زمان پخش آن دو دقیقه در فرکانس نمونه برداری 44.1 کیلوهرتز و وضوح 16 بیت است را تعیین کنید. (، ص 157، شماره 88)

راه حل:

آ = D * تی * من /8. – مقدار حافظه برای ذخیره یک فایل صوتی دیجیتال.

44100 (هرتز) x 120 (s) x 16 (بیت) / 8 (بیت) = 10584000 بایت = 10335.9375 کیلوبایت = 10.094 مگابایت.

پاسخ: ≈ 10 مگابایت

سطح "4"

3. ظرفیت حافظه کاربر 2.6 مگابایت است. ضبط یک فایل صوتی دیجیتال با مدت زمان صدای 1 دقیقه ضروری است. فرکانس نمونه برداری و عمق بیت چقدر باید باشد؟ (، ص 157، شماره 89)

راه حل:

فرمول محاسبه نرخ نمونه برداری و عمق بیت:D* من=A/T

(ظرفیت حافظه بر حسب بایت) : (زمان صدا بر حسب ثانیه):

2.6 مگابایت = 2726297.6 بایت

D* من=A/T= 2726297.6 بایت: 60 = 45438.3 بایت

D= 45438.3 بایت :من

عرض آداپتور می تواند 8 یا 16 بیت باشد. (1 بایت یا 2 بایت). بنابراین، نرخ نمونه برداری می تواند باشدیا 45438.3 هرتز = 45.4 کیلوهرتز ≈ 44.1 کیلوهرتز-فرکانس نمونه برداری مشخصه استاندارد، یا 22719.15 هرتز = 22.7 کیلوهرتز ≈ 22.05 کیلوهرتز- نرخ نمونه برداری مشخصه استاندارد

پاسخ:

راه حل:

فرمول محاسبه مدت زمان صدا: T =A /D /I

(ظرفیت حافظه بر حسب بایت) : (فرکانس نمونه برداری بر حسب هرتز) : (ظرفیت کارت صدا بر حسب بایت):

5.25 مگابایت = 5505024 بایت

5505024 بایت: 22050 هرتز: 2 بایت = 124.8 ثانیه
پاسخ: 124.8 ثانیه

5. یک دقیقه ضبط یک فایل صوتی دیجیتال 1.3 مگابایت فضای دیسک را اشغال می کند، عمق بیت کارت صدا 8 است. صدا با چه سرعت نمونه برداری ضبط می شود؟ (، ص 157، شماره 91)

راه حل:

فرمول محاسبه نرخ نمونه: D=A/T/ من

(ظرفیت حافظه بر حسب بایت) : (زمان ضبط بر حسب ثانیه) : (ظرفیت کارت صدا بر حسب بایت)

1.3 مگابایت = 1363148.8 بایت

1363148.8 بایت: 60:1 = 22719.1 هرتز

پاسخ: 22.05 کیلوهرتز

6. دو دقیقه ضبط یک فایل صوتی دیجیتال 5.1 مگابایت فضای دیسک را اشغال می کند. فرکانس نمونه برداری - 22050 هرتز. عمق بیت آداپتور صوتی چقدر است؟ (، ص 157، شماره 94)

راه حل:

فرمول محاسبه عمق بیت: (ظرفیت حافظه بر حسب بایت): (زمان صدا بر حسب ثانیه): (فرکانس نمونه برداری):

5.1 مگابایت = 5347737.6 بایت

5347737.6 بایت: 120 ثانیه: 22050 هرتز = 2.02 بایت = 16 بیت

جواب: 16 بیت

7. مقدار حافظه آزاد روی دیسک 0.01 گیگابایت، عمق بیت کارت صدا 16. مدت زمان صدای فایل صوتی دیجیتال ضبط شده با فرکانس نمونه برداری 44100 هرتز چقدر است؟ (، ص 157، شماره 95)

راه حل:

فرمول محاسبه مدت زمان صدا T = A / D / I

(ظرفیت حافظه بر حسب بایت) : (فرکانس نمونه برداری بر حسب هرتز) : (ظرفیت کارت صدا بر حسب بایت)

0.01 گیگابایت = 10737418.24 بایت

10737418.24 بایت: 44100: 2 = 121.74 ثانیه = 2.03 دقیقه
پاسخ: 20.3 دقیقه

8. حجم اطلاعات یک فایل صوتی مونو با مدت زمان صدای 1 دقیقه را تخمین بزنید. اگر "عمق" رمزگذاری و فرکانس نمونه گیری سیگنال صوتی به ترتیب برابر باشند:
الف) 16 بیت و 8 کیلوهرتز؛
ب) 16 بیت و 24 کیلوهرتز.

(، ص 76، شماره 2.82)

راه حل:

آ).
16 بیت x 8000 = 128000 بیت = 16000 بایت = 15.625 کیلوبایت بر ثانیه
15.625 KB/s x 60 s = 937.5 KB

ب).
1) حجم اطلاعات یک فایل صوتی به مدت 1 ثانیه برابر است با:
16 بیت x 24000 = 384000 بیت = 48000 بایت = 46.875 کیلوبایت بر ثانیه
2) حجم اطلاعات یک فایل صوتی به مدت 1 دقیقه برابر است با:
46.875 KB/s x 60 s = 2812.5 KB = 2.8 MB

پاسخ: الف) 937.5 کیلوبایت; ب) 2.8 مگابایت

سطح "5"

جدول 1 استفاده شده است

9. برای ذخیره یک فایل صوتی دیجیتال با ضبط صدای باکیفیت چقدر حافظه لازم است به شرطی که زمان پخش آن 3 دقیقه باشد؟ (، ص 157، شماره 92)

راه حل:

کیفیت صدای بالا در فرکانس نمونه برداری 44.1 کیلوهرتز و عمق بیت آداپتور صوتی 16 به دست می آید.
فرمول محاسبه ظرفیت حافظه: (زمان ضبط بر حسب ثانیه) x (ظرفیت کارت صدا بر حسب بایت) x (فرکانس نمونه برداری):
180 s x 2 x 44100 هرتز = 15876000 بایت = 15.1 مگابایت
پاسخ: 15.1 مگابایت

10. فایل صوتی دیجیتال شامل ضبط صدا با کیفیت پایین (صدا تیره و خفه است). اگر حجم فایل 650 کیلوبایت باشد، مدت زمان آن چقدر است؟ (، ص 157، شماره 93)

راه حل:

پارامترهای زیر برای صدای تیره و خاموش معمولی هستند: فرکانس نمونه برداری - 11.025 کیلوهرتز، عمق بیت آداپتور صوتی - 8 بیت (جدول 1 را ببینید). سپس T =A /D /I. بیایید حجم را به بایت تبدیل کنیم: 650 کیلوبایت = 665600 بایت

Т=665600 بایت/11025 هرتز/1 بایت ≈60.4 ثانیه

پاسخ: مدت زمان صدا 60.5 ثانیه است

راه حل:

حجم اطلاعات یک فایل صوتی به مدت 1 ثانیه برابر است با:
16 بیت x 48000 x 2 = 1536000 بیت = 187.5 کیلوبایت (از زمان استریو در 2 ضرب شده است).

حجم اطلاعات یک فایل صوتی به مدت 1 دقیقه برابر است با:
187.5 کیلوبایت بر ثانیه x 60 ثانیه ≈ 11 مگابایت

پاسخ: 11 مگابایت

پاسخ: الف) 940 کیلوبایت; ب) 2.8 مگابایت.

12. زمان پخش یک فایل صوتی مونو را اگر با کدگذاری 16 بیتی و فرکانس نمونه برداری 32 کیلوهرتز، حجم آن برابر با:
الف) 700 کیلوبایت؛
ب) 6300 کیلوبایت

(، ص 76، شماره 2.84)

راه حل:

آ).
1) حجم اطلاعات یک فایل صوتی به مدت 1 ثانیه برابر است با:

700 کیلوبایت: 62.5 کیلوبایت بر ثانیه = 11.2 ثانیه

ب).
1) حجم اطلاعات یک فایل صوتی به مدت 1 ثانیه برابر است با:
16 بیت x 32000 = 512000 بیت = 64000 بایت = 62.5 کیلوبایت بر ثانیه
2) مدت زمان پخش یک فایل صوتی 700 کیلوبایتی مونو:
6300 کیلوبایت: 62.5 کیلوبایت بر ثانیه = 100.8 ثانیه = 1.68 دقیقه

پاسخ: الف) 10 ثانیه; ب) 1.5 دقیقه

13. محاسبه کنید که یک ثانیه ضبط استریو در یک CD چند بایت اطلاعات را اشغال می کند (فرکانس 44032 هرتز، 16 بیت در هر مقدار). یک دقیقه چقدر طول می کشد؟ حداکثر ظرفیت دیسک (با فرض حداکثر مدت زمان 80 دقیقه) چقدر است؟ (، ص 34، تمرین شماره 34)

راه حل:

فرمول محاسبه اندازه حافظهآ = D * تی * من :
(زمان ضبط بر حسب ثانیه) * (ظرفیت کارت صدا بر حسب بایت) * (فرکانس نمونه برداری). 16 بیت -2 بایت.
1) 1s x 2 x 44032 هرتز = 88064 بایت (ضبط سی دی استریو 1 ثانیه)
2) 60 ثانیه x 2 x 44032 هرتز = 5283840 بایت (1 دقیقه ضبط سی دی استریو)
3) 4800s x 2 x 44032 هرتز = 422707200 بایت = 412800 کیلوبایت = 403.125 مگابایت (80 دقیقه)

پاسخ: 88064 بایت (1 ثانیه)، 5283840 بایت (1 دقیقه)، 403.125 مگابایت (80 دقیقه)

2. تعیین کیفیت صدا.

برای تعیین کیفیت صدا باید فرکانس نمونه برداری را بیابید و از جدول شماره 1 استفاده کنید

256 (2 8) سطح شدت سیگنال - کیفیت صدای پخش رادیویی، با استفاده از 65536 (2 16) سطح شدت سیگنال - کیفیت صدای CD صوتی. بالاترین کیفیت فرکانس مربوط به موسیقی ضبط شده روی سی دی است. بزرگی سیگنال آنالوگ در این مورد 44100 بار در ثانیه اندازه گیری می شود.

سطح "5"

13. کیفیت صدا (کیفیت پخش رادیویی، کیفیت متوسط، کیفیت سی دی صوتی) را در صورتی که مشخص باشد حجم یک فایل صوتی مونو با مدت زمان صدای 10 ثانیه مشخص می شود. مساوی با:
الف) 940 کیلوبایت؛
ب) 157 کیلوبایت.

(، ص 76، شماره 2.83)

راه حل:

آ).
1) 940 کیلوبایت = 962560 بایت = 7700480 بیت
2) 7700480 بیت: 10 ثانیه = 770048 بیت بر ثانیه
3) 770048 bps: 16 بیت = 48128 هرتز - نرخ نمونه برداری - نزدیک به بالاترین 44.1 کیلوهرتز
پاسخ: کیفیت سی دی صوتی

ب).
1) 157 کیلوبایت = 160768 بایت = 1286144 بیت
2) 1286144 بیت: 10 ثانیه = 128614.4 بیت بر ثانیه
3) 128614.4 bps: 16 بیت = 8038.4 هرتز
پاسخ: کیفیت پخش

جواب: الف) کیفیت سی دی; ب) کیفیت پخش رادیویی.

14. طول فایل صوتی که روی فلاپی دیسک 3.5 اینچی قرار می گیرد را تعیین کنید. لطفاً توجه داشته باشید که 2847 بخش 512 بایتی برای ذخیره داده ها در چنین فلاپی دیسکی اختصاص داده شده است.
الف) با کیفیت صدای پایین: مونو، 8 بیت، 8 کیلوهرتز؛
ب) با کیفیت صدای بالا: استریو، 16 بیت، 48 کیلوهرتز.

(، ص 77، شماره 2.85)

راه حل:

آ).

8 بیت x 8000 = 64000 بیت = 8000 بایت = 7.8 کیلوبایت بر ثانیه
3) مدت زمان پخش یک فایل صوتی مونو با حجم 1423.5 کیلوبایت برابر است با:
1423.5 کیلوبایت: 7.8 کیلوبایت بر ثانیه = 182.5 ثانیه ≈ 3 دقیقه

ب).
1) حجم اطلاعات یک فلاپی دیسک برابر است با:
2847 بخش x 512 بایت = 1457664 بایت = 1423.5 کیلوبایت
2) حجم اطلاعات یک فایل صوتی به مدت 1 ثانیه برابر است با:
16 بیت x 48000 x 2 = 1،536،000 بیت = 192،000 بایت = 187.5 کیلوبایت بر ثانیه
3) مدت زمان پخش یک فایل صوتی استریو با حجم 1423.5 کیلوبایت برابر است با:
1423.5 KB: 187.5 KB/s = 7.6 s

پاسخ: الف) 3 دقیقه; ب) 7.6 ثانیه.

3. کدگذاری صوتی باینری.

او هنگام حل مسائل از مطالب نظری زیر استفاده می کند:

به منظور رمزگذاری صدا، سیگنال آنالوگ نشان داده شده در شکل

هواپیما به خطوط عمودی و افقی تقسیم می شود. پارتیشن بندی عمودی نمونه برداری از سیگنال آنالوگ (فرکانس اندازه گیری سیگنال)، پارتیشن بندی افقی است.کوانتیزاسیون بر اساس سطح آن ها هرچه شبکه ریزتر باشد، تقریب صدای آنالوگ با استفاده از اعداد بهتر است. کوانتیزاسیون هشت بیتی برای دیجیتالی کردن گفتار معمولی (مکالمه تلفنی) و ارسال های رادیویی موج کوتاه استفاده می شود. شانزده بیت - برای دیجیتالی کردن موسیقی و پخش های رادیویی VHF (موج فوق العاده کوتاه).

سطح 3"

15. سیگنال صوتی آنالوگ ابتدا با استفاده از 256 شدت سیگنال (کیفیت صدای پخش) و سپس با استفاده از 65536 شدت سیگنال (کیفیت صدای CD صوتی) نمونه برداری شد. حجم اطلاعات صدای دیجیتالی چند بار با هم تفاوت دارد؟ (، ص 77، شماره 2.86)

راه حل:

طول کد یک سیگنال آنالوگ با استفاده از 256 سطح شدت سیگنال 8 بیت است. سطوح شدت سیگنال 65536 برابر با 16 بیت است. از آنجایی که طول کد یک سیگنال دو برابر شده است، حجم اطلاعات صدای دیجیتالی شده با ضریب 2 متفاوت است.

پاسخ: 2 بار.

مرحله " 4 »

16. طبق قضیه نایکویست-کوتلنیکوف، برای اینکه یک سیگنال آنالوگ به طور دقیق از نمایش گسسته اش (از نمونه های آن) بازسازی شود، فرکانس نمونه برداری باید حداقل دو برابر حداکثر فرکانس صوتی آن سیگنال باشد.

نرخ نمونه برداری از صدای قابل درک انسان چقدر باید باشد؟

کدام یک باید بیشتر باشد: میزان نمونه گیری گفتار یا نرخ نمونه برداری از یک ارکستر سمفونیک؟

هدف: آشنایی دانش آموزان با ویژگی های سخت افزار و نرم افزار کار با صدا. انواع فعالیت ها: جذب دانش از یک درس فیزیک (یا کار با کتاب های مرجع). (، ص ??، تکلیف 2)

راه حل:

اعتقاد بر این است که محدوده فرکانس هایی که انسان می شنود از 20 هرتز تا 20 کیلوهرتز است. بنابراین، با توجه به قضیه نایکویست-کوتلنیکوف، برای اینکه سیگنال آنالوگ به طور دقیق از نمایش گسسته اش (از نمونه های آن) بازسازی شود،نرخ نمونه برداری باید حداقل دو برابر حداکثر فرکانس صوتی آن سیگنال باشد. حداکثر فرکانس صدایی که یک فرد می تواند بشنود 20 کیلوهرتز است که به این معنی است که دستگاه Ra و نرم افزار باید فرکانس نمونه برداری حداقل 40 کیلوهرتز یا دقیق تر 44.1 کیلوهرتز را ارائه دهند. پردازش کامپیوتری صدای یک ارکستر سمفونیک به نرخ نمونه برداری بالاتری نسبت به پردازش گفتار نیاز دارد، زیرا محدوده فرکانس در مورد ارکستر سمفونیک بسیار بزرگتر است.

پاسخ: کمتر از 40 کیلوهرتز، فرکانس نمونه برداری ارکستر سمفونیک بیشتر است.

سطح "5"

17. شکل صدای 1 ثانیه گفتار ضبط شده توسط ضبط را نشان می دهد. آن را در کد دیجیتال باینری با فرکانس 10 هرتز و طول کد 3 بیت رمزگذاری کنید. (، ص ??، تکلیف 1)

راه حل:

رمزگذاری در 10 هرتز به این معنی است که باید گام را 10 بار در ثانیه اندازه گیری کنیم. بیایید لحظات مساوی از زمان را انتخاب کنیم:

طول کد 3 بیتی به معنای 2 است 3 = 8 سطح کوانتیزاسیون. یعنی به عنوان یک کد عددی برای بلندی صدا در هر لحظه انتخاب شده از زمان، می‌توانیم یکی از ترکیب‌های زیر را تنظیم کنیم: 000، 001، 010، 011، 100، 101، 110، 111. تنها 8 مورد وجود دارد. بنابراین، زیر و بمی صدا را می توان در 8 "سطح" اندازه گیری کرد:

ما مقادیر زمین را به نزدیکترین سطح پایین تر "گرد" می کنیم:

با استفاده از این روش کدگذاری، نتیجه زیر را به دست می آوریم (فضاها برای سهولت درک درج شده است): 100 100 000 011 111 010 010 010 010 110.

توجه داشته باشید.توصیه می‌شود توجه دانش‌آموزان را به این موضوع جلب کنید که کد چقدر نادرست تغییر دامنه را نشان می‌دهد. یعنی فرکانس نمونه برداری 10 هرتز و سطح کوانتیزاسیون 2 است 3 (3 بیت) خیلی کوچک هستند. به طور معمول، برای صدا (صدا)، فرکانس نمونه برداری 8 کیلوهرتز، یعنی 8000 بار در ثانیه، و سطح کوانتیزاسیون 2 انتخاب می شود. 8 (طول کد 8 بیت).

پاسخ: 100 100 000 011 111 010 011 010 010 100.

18. توضیح دهید که چرا سطح کوانتیزاسیون، همراه با فرکانس نمونه برداری، ویژگی های اصلی نمایش صدا در کامپیوتر است.اهداف: برای ادغام درک دانش آموزان از مفاهیم "دقت نمایش داده ها"، "خطای اندازه گیری"، "خطای نمایش"؛ کدگذاری باینری و طول کد را با دانش آموزان مرور کنید. نوع فعالیت: کار با تعاریف مفاهیم. (، ص ??، تکلیف 3)

راه حل:

در هندسه، فیزیک و فناوری، مفهوم "دقت اندازه گیری" وجود دارد که ارتباط نزدیکی با مفهوم "خطای اندازه گیری" دارد. اما یک مفهوم نیز وجود دارد"دقت نمایش". مثلاً در مورد قد شخص می توان گفت: الف) حدود. 2 متر، ب) کمی بیشتر از 1.7 متر، ج) برابر با 1 متر و 72 سانتی متر، د) برابر با 1 متر و 71 سانتی متر و 8 میلی متر. یعنی می توان از 1، 2، 3 یا 4 رقم برای نشان دادن ارتفاع اندازه گیری شده استفاده کرد.
در مورد رمزگذاری باینری هم همینطور است. اگر فقط از 2 بیت برای ضبط زیر و بم صدا در یک لحظه خاص در زمان استفاده شود، حتی اگر اندازه‌گیری‌ها دقیق باشند، تنها 4 سطح می‌تواند منتقل شود: کم (00)، زیر متوسط ​​(01)، بالاتر از متوسط ​​( 10)، بالا (11). اگر از 1 بایت استفاده می کنید، می توانید 256 سطح را انتقال دهید. چگونهسطح کوانتیزاسیون بالاتر ، یا، که همان استهر چه بیت های بیشتری برای ثبت مقدار اندازه گیری شده اختصاص داده شود، این مقدار با دقت بیشتری منتقل می شود.

توجه داشته باشید.لازم به ذکر است که ابزار اندازه گیری باید سطح کوانتیزاسیون انتخابی را نیز پشتیبانی کند (نشان دادن طول اندازه گیری شده با خط کش با تقسیمات دسی متری با دقت میلی متر هیچ فایده ای ندارد).

پاسخ: هر چه سطح کوانتیزاسیون بالاتر باشد، صدا با دقت بیشتری منتقل می شود.

ادبیات:

[ 1] علوم کامپیوتر. کتاب کارگاه مسائل در 2 جلد / ویرایش. I.G. سماکینا، E.K. هنر: جلد 1. – آزمایشگاه دانش پایه، 1999 – 304 ص: ill.

کارگاه آموزشی علوم کامپیوتر و فناوری اطلاعات. کتاب درسی موسسات آموزشی / N.D. اوگرینویچ، ال.ال. بوسووا، N.I. میخائیلووا - م.: بینوم. آزمایشگاه دانش، 1381. 400 ص: ill.

انفورماتیک در مدرسه: ضمیمه مجله "انفورماتیک و آموزش". شماره 4 - 2003. - م.: آموزش و انفورماتیک، 1382. - 96 ص: ill.

کوشنیرنکو A.G.، Leonov A.G.، Epictetov M.G. فرهنگ اطلاعات: کدگذاری اطلاعات. مدل های اطلاعاتی پایه های 9-10: کتاب درسی برای موسسات آموزش عمومی. - ویرایش دوم - م.: بوستارد، 1996. - 208 ص: بیمار.

Gein A.G.، Senokosov A.I. کتابچه راهنمای علوم کامپیوتر برای دانش آموزان. - اکاترینبورگ: U-Factoria، 2003. - 346. p54-56.

دانش آموزان هنگام حل مسائل بر مفاهیم زیر تکیه می کنند:

نمونه گیری زمانی –فرآیندی که در آن، در هنگام رمزگذاری یک سیگنال صوتی پیوسته، موج صوتی به بخش‌های زمانی کوچک جداگانه تقسیم می‌شود و برای هر یک از چنین بخش‌هایی مقدار دامنه مشخصی تنظیم می‌شود. هر چه دامنه سیگنال بیشتر باشد، صدا بلندتر است.

عمق صدا (عمق رمزگذاری) -تعداد بیت در هر کدگذاری صوتی

سطوح صدا (سطوح سیگنال)- صدا می تواند سطوح مختلف حجم داشته باشد. تعداد سطوح مختلف حجم با استفاده از فرمول محاسبه می شود ن= 2 من جایی کهمن- عمق صدا

فرکانس نمونه برداری -تعداد اندازه گیری سطح سیگنال ورودی در واحد زمان (در هر 1 ثانیه). هر چه نرخ نمونه برداری بیشتر باشد، روش کدگذاری باینری دقیق تر است. فرکانس بر حسب هرتز (هرتز) اندازه گیری می شود. 1 اندازه گیری در هر 1 ثانیه -1 هرتز.

1000 اندازه گیری در 1 ثانیه 1 کیلوهرتز. نرخ نمونه برداری را با حرف نشان می دهیمD. برای رمزگذاری، یکی از سه فرکانس را انتخاب کنید:44.1 کیلوهرتز، 22.05 کیلوهرتز، 11.025 کیلوهرتز.

اعتقاد بر این است که محدوده فرکانس هایی که شخص می شنود از آن است 20 هرتز تا 20 کیلوهرتز.

کیفیت کدگذاری باینری –مقداری که با عمق کدگذاری و فرکانس نمونه برداری تعیین می شود.

آداپتور صدا (کارت صدا) –دستگاهی که ارتعاشات الکتریکی فرکانس صدا را هنگام وارد کردن صدا به یک کد باینری عددی و برعکس (از یک کد عددی به ارتعاشات الکتریکی) هنگام پخش صدا تبدیل می‌کند.

مشخصات آداپتور صوتی:فرکانس نمونه برداری و عمق بیت ثبت).

اندازه ثبت نام -تعداد بیت های موجود در رجیستر آداپتور صوتی هر چه ظرفیت رقم بزرگتر باشد، خطای هر تبدیل مجزای مقدار جریان الکتریکی به عدد کوچکتر است و بالعکس. اگر عمق بیت باشد من، سپس هنگام اندازه گیری سیگنال ورودی 2 می توان به دست آوردمن = ن معانی مختلف

اندازه فایل صوتی مونو دیجیتال (آ) با فرمول اندازه گیری می شود:

آ= D* تی* من/8 ، جایی کهD – فرکانس نمونه برداری (هرتز)تی- زمان پخش یا ضبط صدا،منعرض ثبت نام (رزولوشن). طبق این فرمول اندازه بر حسب بایت اندازه گیری می شود.

اندازه فایل صوتی استریو دیجیتال (آ) با فرمول اندازه گیری می شود:

آ=2* D* تی* من/8 ، سیگنال برای دو بلندگو ضبط می شود، زیرا کانال های صوتی چپ و راست به طور جداگانه کدگذاری می شوند.

ارائه جدول 1 برای دانش آموزان مفید است، نشان می دهد که یک دقیقه اطلاعات صوتی رمزگذاری شده چند مگابایت را با نرخ های مختلف نمونه گیری اشغال می کند:

1. اندازه فایل دیجیتال

سطح 3"

1. اندازه (بر حسب بایت) یک فایل صوتی دیجیتال که زمان پخش آن 10 ثانیه با نرخ نمونه برداری 22.05 کیلوهرتز و وضوح 8 بیت است را تعیین کنید. فایل فشرده نیست (، صفحه 156، مثال 1)

راه حل:

فرمول محاسبه اندازه (در بایت)فایل صوتی دیجیتال: آ= D* تی* من/8.

برای تبدیل به بایت، مقدار حاصل باید بر 8 بیت تقسیم شود.

22.05 کیلوهرتز = 22.05 * 1000 هرتز = 22050 هرتز

آ= D* تی* من/8 = 22050 x 10 x 8 / 8 = 220500 بایت.

پاسخ: حجم فایل 220500 بایت می باشد.

2. مقدار حافظه برای ذخیره یک فایل صوتی دیجیتال که زمان پخش آن دو دقیقه در فرکانس نمونه برداری 44.1 کیلوهرتز و وضوح 16 بیت است را تعیین کنید. (، ص 157، شماره 88)

راه حل:

آ= D* تی* من/8. – مقدار حافظه برای ذخیره یک فایل صوتی دیجیتال.

44100 (هرتز) x 120 (s) x 16 (بیت) / 8 (بیت) = 10584000 بایت = 10335.9375 کیلوبایت = 10.094 مگابایت.

پاسخ: ≈ 10 مگابایت

سطح "4"

3. ظرفیت حافظه کاربر 2.6 مگابایت است. ضبط یک فایل صوتی دیجیتال با مدت زمان صدای 1 دقیقه ضروری است. فرکانس نمونه برداری و عمق بیت چقدر باید باشد؟ (، ص 157، شماره 89)

راه حل:

فرمول محاسبه فرکانس نمونه برداری و عمق بیت: D* I =A/T

(ظرفیت حافظه بر حسب بایت) : (زمان صدا بر حسب ثانیه):

2.6 مگابایت = 2726297.6 بایت

D* I =A/T= 2726297.6 بایت: 60 = 45438.3 بایت

D=45438.3 بایت: I

عرض آداپتور می تواند 8 یا 16 بیت باشد. (1 بایت یا 2 بایت). بنابراین فرکانس نمونه برداری می تواند 45438.3 هرتز = 45.4 کیلوهرتز ≈ باشد. 44.1 کیلوهرتز-فرکانس نمونه برداری مشخصه استاندارد، یا 22719.15 هرتز = 22.7 کیلوهرتز ≈ 22.05 کیلوهرتز- نرخ نمونه برداری مشخصه استاندارد

پاسخ:

4. مقدار حافظه آزاد روی دیسک 5.25 مگابایت، عمق بیت کارت صدا 16. مدت زمان صدای فایل صوتی دیجیتال ضبط شده با فرکانس نمونه برداری 22.05 کیلوهرتز چقدر است؟ (، ص 157، شماره 90)

راه حل:

فرمول محاسبه مدت زمان صدا: T=A/D/I

(ظرفیت حافظه بر حسب بایت) : (فرکانس نمونه برداری بر حسب هرتز) : (ظرفیت کارت صدا بر حسب بایت):

5.25 مگابایت = 5505024 بایت

5505024 بایت: 22050 هرتز: 2 بایت = 124.8 ثانیه
پاسخ: 124.8 ثانیه

5. یک دقیقه ضبط یک فایل صوتی دیجیتال 1.3 مگابایت فضای دیسک را اشغال می کند، عمق بیت کارت صدا 8 است. صدا با چه سرعت نمونه برداری ضبط می شود؟ (، ص 157، شماره 91)

راه حل:

فرمول محاسبه نرخ نمونه برداری: D = A/T/I

(ظرفیت حافظه بر حسب بایت) : (زمان ضبط بر حسب ثانیه) : (ظرفیت کارت صدا بر حسب بایت)

1.3 مگابایت = 1363148.8 بایت

1363148.8 بایت: 60:1 = 22719.1 هرتز

پاسخ: 22.05 کیلوهرتز

6. دو دقیقه ضبط یک فایل صوتی دیجیتال 5.1 مگابایت فضای دیسک را اشغال می کند. فرکانس نمونه برداری - 22050 هرتز. عمق بیت آداپتور صوتی چقدر است؟ (، ص 157، شماره 94)

راه حل:

فرمول محاسبه عمق بیت: (ظرفیت حافظه بر حسب بایت): (زمان صدا بر حسب ثانیه): (فرکانس نمونه برداری):

5.1 مگابایت = 5347737.6 بایت

5347737.6 بایت: 120 ثانیه: 22050 هرتز = 2.02 بایت = 16 بیت

جواب: 16 بیت

7. مقدار حافظه آزاد روی دیسک 0.01 گیگابایت، عمق بیت کارت صدا 16. مدت زمان صدای فایل صوتی دیجیتال ضبط شده با فرکانس نمونه برداری 44100 هرتز چقدر است؟ (، ص 157، شماره 95)

راه حل:

فرمول محاسبه مدت زمان صدا T=A/D/I

(ظرفیت حافظه بر حسب بایت) : (فرکانس نمونه برداری بر حسب هرتز) : (ظرفیت کارت صدا بر حسب بایت)

0.01 گیگابایت = 10737418.24 بایت

10737418.24 بایت: 44100: 2 = 121.74 ثانیه = 2.03 دقیقه
پاسخ: 20.3 دقیقه

8. حجم اطلاعات یک فایل صوتی مونو با مدت زمان صدای 1 دقیقه را تخمین بزنید. اگر "عمق" رمزگذاری و فرکانس نمونه گیری سیگنال صوتی به ترتیب برابر باشند:
الف) 16 بیت و 8 کیلوهرتز؛
ب) 16 بیت و 24 کیلوهرتز.

(، ص 76، شماره 2.82)

راه حل:

آ).
16 بیت x 8000 = 128000 بیت = 16000 بایت = 15.625 کیلوبایت بر ثانیه
15.625 KB/s x 60 s = 937.5 KB

ب).
1) حجم اطلاعات یک فایل صوتی به مدت 1 ثانیه برابر است با:
16 بیت x 24000 = 384000 بیت = 48000 بایت = 46.875 کیلوبایت بر ثانیه
2) حجم اطلاعات یک فایل صوتی به مدت 1 دقیقه برابر است با:
46.875 KB/s x 60 s = 2812.5 KB = 2.8 MB

پاسخ: الف) 937.5 کیلوبایت; ب) 2.8 مگابایت

سطح "5"

جدول 1 استفاده شده است

9. برای ذخیره یک فایل صوتی دیجیتال با ضبط صدای باکیفیت چقدر حافظه لازم است به شرطی که زمان پخش آن 3 دقیقه باشد؟ (، ص 157، شماره 92)

راه حل:

کیفیت صدای بالا در فرکانس نمونه برداری 44.1 کیلوهرتز و عمق بیت آداپتور صوتی 16 به دست می آید.
فرمول محاسبه ظرفیت حافظه: (زمان ضبط بر حسب ثانیه) x (ظرفیت کارت صدا بر حسب بایت) x (فرکانس نمونه برداری):
180 s x 2 x 44100 هرتز = 15876000 بایت = 15.1 مگابایت
پاسخ: 15.1 مگابایت

10. فایل صوتی دیجیتال شامل ضبط صدا با کیفیت پایین (صدا تیره و خفه است). اگر حجم فایل 650 کیلوبایت باشد، مدت زمان آن چقدر است؟ (، ص 157، شماره 93)

راه حل:

پارامترهای زیر برای صدای تیره و خاموش معمولی هستند: فرکانس نمونه برداری - 11.025 کیلوهرتز، عمق بیت آداپتور صوتی - 8 بیت (جدول 1 را ببینید). سپس T=A/D/I. بیایید حجم را به بایت تبدیل کنیم: 650 کیلوبایت = 665600 بایت

Т=665600 بایت/11025 هرتز/1 بایت ≈60.4 ثانیه

پاسخ: مدت زمان صدا 60.5 ثانیه است

راه حل:

حجم اطلاعات یک فایل صوتی به مدت 1 ثانیه برابر است با:
16 بیت x 48000 x 2 = 1536000 بیت = 187.5 کیلوبایت (از زمان استریو در 2 ضرب شده است).

حجم اطلاعات یک فایل صوتی به مدت 1 دقیقه برابر است با:
187.5 کیلوبایت بر ثانیه x 60 ثانیه ≈ 11 مگابایت

پاسخ: 11 مگابایت

پاسخ: الف) 940 کیلوبایت; ب) 2.8 مگابایت.

12. زمان پخش یک فایل صوتی مونو را در صورتی محاسبه کنید که با کدگذاری 16 بیتی و فرکانس نمونه برداری 32 کیلوهرتز، حجم آن برابر با:
الف) 700 کیلوبایت؛
ب) 6300 کیلوبایت

(، ص 76، شماره 2.84)

راه حل:

آ).
1) حجم اطلاعات یک فایل صوتی به مدت 1 ثانیه برابر است با:

700 کیلوبایت: 62.5 کیلوبایت بر ثانیه = 11.2 ثانیه

ب).
1) حجم اطلاعات یک فایل صوتی به مدت 1 ثانیه برابر است با:
16 بیت x 32000 = 512000 بیت = 64000 بایت = 62.5 کیلوبایت بر ثانیه
2) مدت زمان پخش یک فایل صوتی 700 کیلوبایتی مونو:
6300 کیلوبایت: 62.5 کیلوبایت بر ثانیه = 100.8 ثانیه = 1.68 دقیقه

پاسخ: الف) 10 ثانیه; ب) 1.5 دقیقه

13. محاسبه کنید که یک ثانیه ضبط استریو در یک CD چند بایت اطلاعات را اشغال می کند (فرکانس 44032 هرتز، 16 بیت در هر مقدار). یک دقیقه چقدر طول می کشد؟ حداکثر ظرفیت دیسک (با فرض حداکثر مدت زمان 80 دقیقه) چقدر است؟ (، ص 34، تمرین شماره 34)

راه حل:

فرمول محاسبه اندازه حافظه آ= D* تی* من:
(زمان ضبط بر حسب ثانیه) * (ظرفیت کارت صدا بر حسب بایت) * (فرکانس نمونه برداری). 16 بیت -2 بایت.
1) 1s x 2 x 44032 هرتز = 88064 بایت (ضبط سی دی استریو 1 ثانیه)
2) 60 ثانیه x 2 x 44032 هرتز = 5283840 بایت (1 دقیقه ضبط سی دی استریو)
3) 4800s x 2 x 44032 هرتز = 422707200 بایت = 412800 کیلوبایت = 403.125 مگابایت (80 دقیقه)

پاسخ: 88064 بایت (1 ثانیه)، 5283840 بایت (1 دقیقه)، 403.125 مگابایت (80 دقیقه)

2. تعیین کیفیت صدا.

برای تعیین کیفیت صدا باید فرکانس نمونه برداری را بیابید و از جدول شماره 1 استفاده کنید

256 (28) سطح شدت سیگنال - کیفیت صدای پخش رادیویی، با استفاده از 65536 (216) سطح شدت سیگنال - کیفیت صدای CD صوتی. بالاترین کیفیت فرکانس مربوط به موسیقی ضبط شده روی سی دی است. بزرگی سیگنال آنالوگ در این مورد 44100 بار در ثانیه اندازه گیری می شود.

سطح "5"

13. کیفیت صدا (کیفیت پخش رادیویی، کیفیت متوسط، کیفیت سی دی صوتی) را در صورتی که مشخص باشد حجم یک فایل صوتی مونو با مدت زمان صدای 10 ثانیه مشخص می شود. مساوی با:
الف) 940 کیلوبایت؛
ب) 157 کیلوبایت.

(، ص 76، شماره 2.83)

راه حل:

آ).
1) 940 کیلوبایت = 962560 بایت = 7700480 بیت
2) 7700480 بیت: 10 ثانیه = 770048 بیت بر ثانیه
3) 770048 bps: 16 بیت = 48128 هرتز - نرخ نمونه برداری - نزدیک به بالاترین 44.1 کیلوهرتز
پاسخ: کیفیت سی دی صوتی

ب).
1) 157 کیلوبایت = 160768 بایت = 1286144 بیت
2) 1286144 بیت: 10 ثانیه = 128614.4 بیت بر ثانیه
3) 128614.4 bps: 16 بیت = 8038.4 هرتز
پاسخ: کیفیت پخش

جواب: الف) کیفیت سی دی; ب) کیفیت پخش رادیویی.

14. طول فایل صوتی که روی فلاپی دیسک 3.5 اینچی قرار می گیرد را تعیین کنید. لطفاً توجه داشته باشید که 2847 بخش 512 بایتی برای ذخیره داده ها در چنین فلاپی دیسکی اختصاص داده شده است.
الف) با کیفیت صدای پایین: مونو، 8 بیت، 8 کیلوهرتز؛
ب) با کیفیت صدای بالا: استریو، 16 بیت، 48 کیلوهرتز.

(، ص 77، شماره 2.85)

راه حل:

آ).

8 بیت x 8000 = 64000 بیت = 8000 بایت = 7.8 کیلوبایت بر ثانیه
3) مدت زمان پخش یک فایل صوتی مونو با حجم 1423.5 کیلوبایت برابر است با:
1423.5 کیلوبایت: 7.8 کیلوبایت بر ثانیه = 182.5 ثانیه ≈ 3 دقیقه

ب).
1) حجم اطلاعات یک فلاپی دیسک برابر است با:
2847 بخش x 512 بایت = 1457664 بایت = 1423.5 کیلوبایت
2) حجم اطلاعات یک فایل صوتی به مدت 1 ثانیه برابر است با:
16 بیت x 48000 x 2 = 1،536،000 بیت = 192،000 بایت = 187.5 کیلوبایت بر ثانیه
3) مدت زمان پخش یک فایل صوتی استریو با حجم 1423.5 کیلوبایت برابر است با:
1423.5 KB: 187.5 KB/s = 7.6 s

پاسخ: الف) 3 دقیقه; ب) 7.6 ثانیه.

3. کدگذاری صوتی باینری.

او هنگام حل مسائل از مطالب نظری زیر استفاده می کند:

به منظور رمزگذاری صدا، سیگنال آنالوگ نشان داده شده در شکل

هواپیما به خطوط عمودی و افقی تقسیم می شود. پارتیشن بندی عمودی نمونه برداری از سیگنال آنالوگ (فرکانس اندازه گیری سیگنال)، پارتیشن بندی افقی است. کوانتیزاسیونبر اساس سطح یعنی هر چه شبکه ریزتر باشد، تقریب صدای آنالوگ با استفاده از اعداد بهتر است. کوانتیزاسیون هشت بیتی برای دیجیتالی کردن گفتار معمولی (مکالمه تلفنی) و ارسال های رادیویی موج کوتاه استفاده می شود. شانزده بیت - برای دیجیتالی کردن موسیقی و پخش های رادیویی VHF (موج فوق العاده کوتاه).

سطح 3"

15. سیگنال صوتی آنالوگ ابتدا با استفاده از 256 شدت سیگنال (کیفیت صدای پخش) و سپس با استفاده از 65536 شدت سیگنال (کیفیت صدای CD صوتی) نمونه برداری شد. حجم اطلاعات صدای دیجیتالی چند بار با هم تفاوت دارد؟ (، ص 77، شماره 2.86)

راه حل:

طول کد سیگنال آنالوگ با استفاده از 256 سطح شدت سیگنال 8 بیت و با استفاده از 65536 سطح شدت سیگنال 16 بیت است. از آنجایی که طول کد یک سیگنال دو برابر شده است، حجم اطلاعات صدای دیجیتالی شده با ضریب 2 متفاوت است.

پاسخ: 2 بار.

مرحله "4"

16. طبق قضیه نایکویست-کوتلنیکوف، برای اینکه یک سیگنال آنالوگ به طور دقیق از روی نمایش گسسته اش (از نمونه های آن) بازسازی شود، فرکانس نمونه برداری باید حداقل دو برابر حداکثر فرکانس صوتی آن سیگنال باشد.

· نرخ نمونه برداری از صدای قابل درک انسان چقدر باید باشد؟

· کدام یک باید بیشتر باشد: میزان نمونه گیری گفتار یا نرخ نمونه برداری از یک ارکستر سمفونیک؟

هدف: آشنایی دانش آموزان با ویژگی های سخت افزار و نرم افزار کار با صدا. انواع فعالیت ها: جذب دانش از درس فیزیک (یا کار با کتاب های مرجع). (، ص ??، تکلیف 2)

راه حل:

اعتقاد بر این است که محدوده فرکانس هایی که انسان می شنود از 20 هرتز تا 20 کیلوهرتز است. بنابراین، با توجه به قضیه نایکویست-کوتلنیکوف، برای اینکه سیگنال آنالوگ به طور دقیق از نمایش گسسته اش (از نمونه های آن) بازسازی شود، نرخ نمونه برداری باید حداقل دو برابر حداکثر فرکانس صوتی آن سیگنال باشد. حداکثر فرکانس صدایی که یک فرد می تواند بشنود 20 کیلوهرتز است که به این معنی است که دستگاه Ra و نرم افزار باید فرکانس نمونه برداری حداقل 40 کیلوهرتز یا دقیق تر 44.1 کیلوهرتز را ارائه دهند. پردازش کامپیوتری صدای یک ارکستر سمفونیک به نرخ نمونه برداری بالاتری نسبت به پردازش گفتار نیاز دارد، زیرا محدوده فرکانس در مورد ارکستر سمفونیک بسیار بزرگتر است.

پاسخ: کمتر از 40 کیلوهرتز، فرکانس نمونه برداری ارکستر سمفونیک بیشتر است.

سطح "5"

17. شکل صدای 1 ثانیه گفتار ضبط شده توسط ضبط را نشان می دهد. آن را در کد دیجیتال باینری با فرکانس 10 هرتز و طول کد 3 بیت رمزگذاری کنید. (، ص ??، تکلیف 1)

راه حل:

رمزگذاری در 10 هرتز به این معنی است که باید گام را 10 بار در ثانیه اندازه گیری کنیم. بیایید لحظات مساوی از زمان را انتخاب کنیم:

طول کد 3 بیتی به معنای 23 = 8 سطح کوانتیزاسیون است. یعنی به عنوان یک کد عددی برای بلندی صدا در هر لحظه انتخاب شده از زمان، می‌توانیم یکی از ترکیب‌های زیر را تنظیم کنیم: 000، 001، 010، 011، 100، 101، 110، 111. تنها 8 مورد وجود دارد. بنابراین، زیر و بمی صدا را می توان در 8 "سطح" اندازه گیری کرد:

ما مقادیر زمین را به نزدیکترین سطح پایین تر "گرد" می کنیم:

با استفاده از این روش کدگذاری، نتیجه زیر را به دست می آوریم (فضاها برای سهولت درک درج شده است): 100 100 000 011 111 010 010 010 010 110.

توجه داشته باشید. توصیه می‌شود توجه دانش‌آموزان را به این موضوع جلب کنید که کد چقدر نادرست تغییر دامنه را نشان می‌دهد. یعنی نرخ نمونه برداری 10 هرتز و سطح کوانتیزاسیون 23 (3 بیت) خیلی کم است. به طور معمول، برای صدا (صدا)، فرکانس نمونه برداری 8 کیلوهرتز، یعنی 8000 بار در ثانیه، و سطح کوانتیزاسیون 28 (کد 8 بیتی) انتخاب می شود.

پاسخ: 100 100 000 011 111 010 011 010 010 100.

18. توضیح دهید که چرا سطح کوانتیزاسیون، همراه با فرکانس نمونه برداری، ویژگی های اصلی نمایش صدا در کامپیوتر است. اهداف:برای ادغام درک دانش آموزان از مفاهیم "دقت نمایش داده ها"، "خطای اندازه گیری"، "خطای نمایش"؛ کدگذاری باینری و طول کد را با دانش آموزان مرور کنید. نوع فعالیت: کار با تعاریف مفاهیم. (، ص ??، تکلیف 3)

راه حل:

در هندسه، فیزیک و فناوری، مفهوم "دقت اندازه گیری" وجود دارد که ارتباط نزدیکی با مفهوم "خطای اندازه گیری" دارد. اما یک مفهوم نیز وجود دارد "دقت نمایش".مثلاً در مورد قد شخص می توان گفت: الف) حدود. 2 متر، ب) کمی بیشتر از 1.7 متر، ج) برابر با 1 متر و 72 سانتی متر، د) برابر با 1 متر و 71 سانتی متر و 8 میلی متر. یعنی می توان از 1، 2، 3 یا 4 رقم برای نشان دادن ارتفاع اندازه گیری شده استفاده کرد.
در مورد رمزگذاری باینری هم همینطور است. اگر فقط از 2 بیت برای ضبط زیر و بم صدا در یک لحظه خاص در زمان استفاده شود، حتی اگر اندازه‌گیری‌ها دقیق باشند، تنها 4 سطح می‌تواند منتقل شود: کم (00)، زیر متوسط ​​(01)، بالاتر از متوسط ​​( 10)، بالا (11). اگر از 1 بایت استفاده می کنید، می توانید 256 سطح را انتقال دهید. چگونه سطح کوانتیزاسیون بالاتر، یا، که همان است هر چه بیت های بیشتری برای ثبت مقدار اندازه گیری شده اختصاص داده شود، این مقدار با دقت بیشتری منتقل می شود.

توجه داشته باشید. لازم به ذکر است که ابزار اندازه گیری باید سطح کوانتیزاسیون انتخابی را نیز پشتیبانی کند (نشان دادن طول اندازه گیری شده با خط کش با تقسیمات دسی متری با دقت میلی متر هیچ فایده ای ندارد).

پاسخ: هر چه سطح کوانتیزاسیون بالاتر باشد، صدا با دقت بیشتری منتقل می شود.

ادبیات:

[ 1] علوم کامپیوتر. کتاب کارگاه مسائل در 2 جلد / ویرایش. ،: جلد 1. – آزمایشگاه دانش پایه، 1378 – 304 ص: ill.

کارگاه آموزشی علوم کامپیوتر و فناوری اطلاعات. کتاب درسی مؤسسات آموزشی / , . - م.: بینوم. آزمایشگاه دانش، 1381. 400 ص: ill.

انفورماتیک در مدرسه: ضمیمه مجله "انفورماتیک و آموزش". شماره 4 - 2003. - م.: آموزش و انفورماتیک، 1382. - 96 ص: ill.

و غیره فرهنگ اطلاعات: کدگذاری اطلاعات. مدل های اطلاعاتی پایه های 9-10: کتاب درسی برای موسسات آموزش عمومی. - ویرایش دوم - م.: بوستارد، 1996. - 208 ص: بیمار.

سنوکوسوف در مورد علوم کامپیوتر برای دانش آموزان. - اکاترینبورگ: U-Factoria، 2003. - 346. p54-56.

حجم اطلاعات یک فایل صوتی را می توان با استفاده از فرمول زیر محاسبه کرد (4):

V صدا = D * T * n کانال * فشرده سازی i / k، (4)

که در آن V حجم اطلاعات فایل صوتی است که بر حسب بایت، کیلوبایت، مگابایت اندازه گیری می شود. D - نرخ نمونه برداری (تعداد نقاط در ثانیه برای توصیف یک ضبط صوتی). T – زمان فایل صوتی؛ n کانال - تعداد کانال های یک فایل صوتی (استریو - 2 کانال، سیستم 5.1 - 6 کانال). i عمق صدا است که بر حسب بیت اندازه گیری می شود، k فشرده سازی نسبت فشرده سازی داده ها است، بدون فشرده سازی برابر با 1 است.

محاسبه حجم اطلاعات انیمیشن

حجم اطلاعات انیمیشن را می توان با استفاده از فرمول زیر محاسبه کرد (5):

V anim = K * T * v* فشرده سازی i/k، (5)

که در آن V anim حجم اطلاعات تصویر گرافیکی شطرنجی است که بر حسب بایت، کیلوبایت، مگابایت اندازه گیری می شود. K - تعداد پیکسل ها (نقاط) در تصویر که با وضوح حامل اطلاعات (صفحه نمایش، اسکنر، چاپگر) تعیین می شود. T – زمان انیمیشن؛ v– نرخ فریم در ثانیه؛ i عمق رنگ است که بر حسب بیت در پیکسل اندازه گیری می شود، k فشرده سازی نسبت فشرده سازی داده ها است، بدون فشرده سازی برابر با 1 است.

محاسبه حجم اطلاعات یک فایل ویدئویی

حجم اطلاعات یک فایل ویدئویی را می توان با استفاده از فرمول زیر محاسبه کرد (5):

V ویدیو = V انیمیشن + V صوتی + V زیر، (5)

که در آن V ویدیو حجم اطلاعات فایل ویدیویی است که بر حسب بایت، کیلوبایت، مگابایت اندازه گیری می شود. V anim حجم اطلاعات انیمیشن (توالی ویدیویی) است که بر حسب بایت، کیلوبایت، مگابایت اندازه گیری می شود. صدای V حجم اطلاعات یک فایل صوتی است که بر حسب بایت، کیلوبایت، مگابایت اندازه گیری می شود (یک کلیپ ویدیویی ممکن است حاوی فایل های آهنگ صوتی برای چندین زبان باشد، سپس حجم فایل صوتی را در تعداد آهنگ های زبان ضرب می کنیم). V sub حجم اطلاعات فایل زیرنویس است که بر حسب بایت، کیلوبایت، مگابایت اندازه گیری می شود (اگر چندین فایل زیرنویس وجود دارد، باید اندازه هر فایل را اضافه کنید).

بخش عملی

رمزگذاری اطلاعات صوتی

صدا- اینها امواجی هستند که در هوا، آب یا رسانه های دیگر با شدت و فرکانس تغییر مداوم منتشر می شوند.

هر چه دامنه سیگنال بیشتر باشد، برای انسان بلندتر است. هر چه فرکانس سیگنال بیشتر باشد، تون بالاتر است.

مقادیر حجم معمولی:

دیجیتالی شدن صدا

صدای دیجیتالیک سیگنال صوتی آنالوگ است که با مقادیر عددی گسسته دامنه آن نشان داده می شود.

دیجیتالی شدن صدا- فناوری تبدیل سیگنال صوتی آنالوگ به فرم دیجیتال.

این شامل اندازه گیری دامنه سیگنال با یک مرحله زمانی مشخص و سپس ثبت مقادیر به دست آمده به صورت عددی است. نام دیگر دیجیتالی شدن صدا، تبدیل صوتی آنالوگ به دیجیتال است.

نرخ نمونه برداری صوتیتعداد اندازه گیری حجم صدا در یک ثانیه است.

نرخ نمونه برداری صدا می تواند بین 8000 تا 48000 اندازه گیری حجم صدا در ثانیه باشد.

عمق کدگذاری صوتیمقدار اطلاعات مورد نیاز برای رمزگذاری سطوح حجم مجزای صدای دیجیتال است.

اگر عمق رمزگذاری مشخص باشد، می توان تعداد سطوح صدای دیجیتال را با استفاده از فرمول N = 2 R محاسبه کرد. بگذارید عمق رمزگذاری صدا 16 بیت باشد، سپس تعداد سطوح صدای صدا برابر است با:

N = 2 R = 2 16 = 65536.

در طی فرآیند رمزگذاری، به هر سطح حجم صدا، کد دودویی 16 بیتی اختصاص داده می شود؛ کمترین سطح صدا با کد 00000000000000000 و بالاترین - 1111111111111111 مطابقت دارد.

اندازه فایل صوتی

I=f×R×N×t، جایی که

f - فرکانس نمونه برداری (Hz)

R - عمق کدگذاری (عمق بیت)

N - تعداد کانال (1 - مونو، 2 - استریو ...)

t – زمان (ها) بازی

می توانید حجم اطلاعات یک فایل صوتی استریو را به مدت 1 ثانیه با کیفیت صدای بالای 16 بیت، 48 کیلوهرتز تخمین بزنید.

48000 هرتز × 16 بیت × 2×1 = 1536000 بیت = 192000 بایت = 187.5 کیلوبایت

مشق شب:

1. ضبط صدای تک کاناله (مونو) با فرکانس نمونه برداری 22 کیلوهرتز و عمق کدگذاری 16 بیت انجام می شود. ضبط 2 دقیقه طول می کشد، نتایج آن در یک فایل نوشته می شود، فشرده سازی داده ها انجام نمی شود. اندازه فایل چقدر است؟

2. ضبط صدا دو کاناله (استریو) با فرکانس نمونه برداری 16 کیلوهرتز و وضوح 32 بیت به مدت 5 دقیقه انجام شد. هیچ فشرده سازی داده انجام نشد. حجم فایل حاصل چقدر است؟

3. ضبط صدا دو کاناله (استریو) با فرکانس نمونه برداری 64 کیلوهرتز و وضوح 24 بیت انجام شد. نتیجه فایلی با حجم 72 مگابایت بود که هیچ فشرده سازی داده انجام نشد. مدت زمان ضبط را تقریباً تعیین کنید (بر حسب دقیقه). به عنوان پاسخ، نزدیکترین عدد صحیح به زمان ضبط را مشخص کنید.