Bir ses dosyasının bilgi hacmi nasıl hesaplanır? Ses bilgilerinin kodlanmasıyla ilgili problemlerin çözülmesi. Konuyla ilgili bilgisayar bilimleri ve BİT'te (10. sınıf) metodolojik gelişim. Konu: Ses kodlama

Temel konseptler

Örnekleme frekansı (f), 1 saniyede saklanan örneklerin sayısını belirler;

1 Hz (bir hertz) saniyede bir sayımdır,

ve 8 kHz saniyede 8000 örnektir

Kodlama derinliği (b), 1 ses seviyesini kodlamak için gereken bit sayısıdır

Oynatma süresi (t)

ben=f b t

Şu tarihte: iki kanallı kayıt (stereo) Bir kanala ait verileri depolamak için gereken bellek miktarı 2 ile çarpılır

ben=f b t 2

Temel teorik ilkeler

Sesin zaman örneklemesi. Bir bilgisayarın sesi işleyebilmesi için, sürekli ses sinyalinin zaman örneklemesi kullanılarak dijital ayrık forma dönüştürülmesi gerekir. Sürekli bir ses dalgası ayrı küçük geçici bölümlere ayrılır ve bu tür her bölüm için belirli bir ses yoğunluğu değeri ayarlanır.

Böylece, ses şiddetinin A(t) zamanına olan sürekli bağımlılığının yerini ayrı bir ses yüksekliği seviyesi dizisi alır. Grafikte bu, düzgün bir eğriyi bir dizi "adım" ile değiştirmeye benziyor.

Örnekleme frekansı. Analog sesin kaydedilmesi ve dijital forma dönüştürülmesi için ses kartına bağlanan bir mikrofon kullanılır. Ortaya çıkan dijital sesin kalitesi, birim zaman başına ses seviyesi ölçüm sayısına bağlıdır; örnekleme oranları. 1 saniyede ne kadar çok ölçüm alınırsa (örnekleme frekansı ne kadar yüksek olursa), dijital ses sinyalinin "merdiveni" analog sinyalin eğrisini o kadar doğru takip eder.

Ses örnekleme oranı bir saniyedeki ses seviyesi ölçümlerinin sayısıdır, Hertz (Hz) cinsinden ölçülür. Örnekleme oranını harfle belirtelim F.

Ses örnekleme oranları saniyede 8.000 ila 48.000 ses düzeyi ölçümü arasında değişebilir. Kodlama için üç frekanstan birini seçin: 44,1 KHz, 22,05 KHz, 11,025 KHz.

Ses kodlama derinliği. Her “adıma” belirli bir ses düzeyi atanır. Ses yüksekliği seviyeleri, kodlamak için belirli miktarda bilgi gerektiren bir dizi olası durum N olarak düşünülebilir. B buna ses kodlama derinliği denir

Ses kodlama derinliği dijital sesin farklı ses düzeylerini kodlamak için gereken bilgi miktarıdır.

Kodlama derinliği biliniyorsa, dijital ses seviyesi seviyelerinin sayısı N = 2b formülü kullanılarak hesaplanabilir. Ses kodlama derinliğinin 16 bit olmasına izin verin, o zaman ses düzeyi düzeylerinin sayısı şuna eşit olur:

N=2 b = 2 16 = 65.536.

Kodlama işlemi sırasında, her ses seviyesi seviyesine kendi 16 bitlik ikili kod atanır, en düşük ses seviyesi 00000000000000000 koduna ve en yüksek ses seviyesi - 1111111111111111 koduna karşılık gelir.

Dijitalleştirilmiş ses kalitesi. Sesin frekansı ve örnekleme derinliği ne kadar yüksek olursa, dijitalleştirilmiş sesin kalitesi de o kadar yüksek olur. Telefon iletişiminin kalitesine karşılık gelen en düşük dijitalleştirilmiş ses kalitesi, saniyede 8000 örnekleme hızı, 8 bitlik örnekleme derinliği ve bir ses parçasının kaydedilmesi (mono mod) ile elde edilir. Ses CD'si kalitesine karşılık gelen en yüksek kalitede dijitalleştirilmiş ses, saniyede 48.000 örnekleme hızı, 16 bit örnekleme derinliği ve iki ses parçasının kaydedilmesi (stereo mod) ile elde edilir.

Dijital sesin kalitesi ne kadar yüksek olursa, ses dosyasının bilgi hacminin de o kadar büyük olacağı unutulmamalıdır.

Bireysel çalışma için görevler.

1. 16 bit kodlamaya ve 44,1 kHz örnekleme hızına sahip 10 saniyelik monofonik bir ses dosyasının ses düzeyini hesaplayın. (861 KB)

2. İki kanallı (stereo) ses kaydı, 48 kHz örnekleme frekansında ve 24 bit çözünürlükte gerçekleştirilir. Kayıt 1 dakika sürer, sonuçları dosyaya yazılır, veri sıkıştırma yapılmaz. Aşağıdaki sayılardan hangisi, ortaya çıkan dosyanın megabayt cinsinden boyutuna en yakın olanıdır?

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

3. Tek kanallı (mono) ses kaydı, 11 kHz örnekleme frekansı ve 24 bit kodlama derinliği ile gerçekleştirilir. Kayıt 7 dakika sürer, sonuçları dosyaya yazılır, veri sıkıştırma yapılmaz. Aşağıdaki sayılardan hangisi, ortaya çıkan dosyanın megabayt cinsinden boyutuna en yakın olanıdır?

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

4. İki kanallı (stereo) ses kaydı, 11 kHz örnekleme frekansı ve 16 bit kodlama derinliği ile yapılır. Kayıt 6 dakika sürer, sonuçları dosyaya yazılır, veri sıkıştırması yapılmaz. Aşağıdaki sayılardan hangisi, ortaya çıkan dosyanın megabayt cinsinden boyutuna en yakın olanıdır?

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

Öğrenciler problemleri çözerken aşağıdaki kavramlara güvenirler:

Zaman örneklemesi – sürekli bir ses sinyalinin kodlanması sırasında ses dalgasının ayrı küçük zaman bölümlerine bölündüğü ve bu tür her bölüm için belirli bir genlik değerinin ayarlandığı bir işlem. Sinyalin genliği ne kadar büyük olursa ses de o kadar yüksek olur.

Ses derinliği (kodlama derinliği) - ses kodlaması başına bit sayısı.

Ses seviyeleri (sinyal seviyeleri)- ses farklı ses seviyelerine sahip olabilir. Farklı ses seviyelerinin sayısı aşağıdaki formül kullanılarak hesaplanır: N = 2 BEN Nerede BEN – ses derinliği.

Örnekleme frekansı – birim zaman başına (1 saniyede) giriş sinyali seviyesinin ölçüm sayısı. Örnekleme hızı ne kadar yüksek olursa, ikili kodlama prosedürü o kadar doğru olur. Frekans Hertz (Hz) cinsinden ölçülür. 1 saniyede 1 ölçüm -1 Hz.

1 saniyede 1000 ölçüm 1 kHz. Örnekleme oranını harfle belirtelim D. Kodlama için üç frekanstan birini seçin: 44,1 KHz, 22,05 KHz, 11,025 KHz.

Bir kişinin duyduğu frekans aralığının20 Hz'den 20 kHz'e .

İkili kodlama kalitesi – kodlama derinliği ve örnekleme frekansı tarafından belirlenen bir değer.

Ses adaptörü (ses kartı) – ses girerken ses frekansının elektriksel titreşimlerini sayısal ikili koda dönüştüren ve ses çalarken bunun tersini (sayısal koddan elektriksel titreşimlere) dönüştüren bir cihaz.

Ses adaptörü özellikleri: örnekleme frekansı ve kayıt bit derinliği.)

Boyutu kaydedin - ses bağdaştırıcısı kaydındaki bit sayısı. Rakam kapasitesi ne kadar büyük olursa, her bir elektrik akımının büyüklüğünün bir sayıya dönüştürülmesindeki hata da o kadar küçük olur ve bunun tersi de geçerlidir. Bit derinliği ise BEN , daha sonra giriş sinyali ölçülürken 2 elde edilebilir BEN = N Farklı anlamlar.

Dijital mono ses dosyası boyutu ( A ) aşağıdaki formülle ölçülür:

A = D * T * BEN /8 , Nerede D – örnekleme frekansı (Hz), T – ses çalma veya kaydetme süresi, BEN kayıt genişliği (çözünürlük). Bu formüle göre boyut bayt cinsinden ölçülür.

Dijital stereo ses dosyası boyutu ( A ) aşağıdaki formülle ölçülür:

A =2* D * T * BEN /8 sol ve sağ ses kanalları ayrı ayrı kodlandığından sinyal iki hoparlör için kaydedilir.

Öğrencilerin yayınlaması yararlı olur tablo 1, bir dakikalık kodlanmış ses bilgisinin farklı örnekleme hızlarında kaç MB kaplayacağını gösterir:

Örnekleme frekansı, kHz

44,1

22,05

11,025

16 bit, stereo

10,1 MB

5,05MB

2,52MB

16 bit, mono

5,05MB

2,52MB

1,26 MB

8 bit, mono

2,52MB

1,26 MB

630 KB

1. Dijital dosya boyutu

3. seviye"

1. Çalma süresi 22,05 kHz örnekleme hızında ve 8 bit çözünürlükte 10 saniye olan bir dijital ses dosyasının boyutunu (bayt cinsinden) belirleyin. Dosya sıkıştırılmamış. (, sayfa 156, örnek 1)

Çözüm:

Boyutu hesaplamak için formül(bayt cinsinden) dijital ses dosyası: A = D * T * BEN /8.

Bayta dönüştürmek için elde edilen değerin 8 bit'e bölünmesi gerekir.

22,05 kHz =22,05 * 1000 Hz =22050 Hz

A = D * T * BEN /8 = 22050 x 10 x 8/8 = 220500 bayt.

Cevap: Dosya boyutu 220500 bayttır.

2. Çalma süresi 44,1 kHz örnekleme frekansında ve 16 bit çözünürlükte iki dakika olan bir dijital ses dosyasının saklanacağı bellek miktarını belirleyin. (, s. 157, sayı 88)

Çözüm:

A = D * T * BEN /8. – dijital ses dosyasını saklamak için kullanılan bellek miktarı.

44100 (Hz) x 120 (s) x 16 (bit) / 8 (bit) = 10584000 bayt = 10335,9375 KB = 10,094 MB.

Cevap: ≈ 10 MB

Seviye 4"

3. Kullanıcının hafıza kapasitesi 2,6 MB'tır. Ses süresi 1 dakika olan dijital ses dosyasının kaydedilmesi gerekmektedir. Örnekleme frekansı ve bit derinliği ne olmalıdır? (, s. 157, sayı 89)

Çözüm:

Örnekleme oranını ve bit derinliğini hesaplamak için formül:D* BEN=A/T

(bayt cinsinden bellek kapasitesi): (saniye cinsinden ses süresi):

2,6 MB = 2726297,6 bayt

D* BEN=A/T= 2726297,6 bayt: 60 = 45438,3 bayt

d= 45438,3 bayt :BEN

Adaptör genişliği 8 veya 16 bit olabilir. (1 bayt veya 2 bayt). Bu nedenle örnekleme oranı veya 45438,3 Hz = 45,4 kHz ≈ 44,1 kHz–standart karakteristik örnekleme frekansı veya 22719,15 Hz = 22,7 kHz ≈ 22,05 kHz- standart karakteristik örnekleme oranı

Cevap:

Çözüm:

Ses süresini hesaplama formülü: T =A /D /I

(bayt cinsinden bellek kapasitesi) : (Hz cinsinden örnekleme frekansı) : (bayt cinsinden ses kartı kapasitesi):

5,25 MB = 5505024 bayt

5505024 bayt: 22050 Hz: 2 bayt = 124,8 sn
Cevap: 124,8 saniye

5. Dijital ses dosyasının bir dakikalık kaydı 1,3 MB disk alanı kaplar, ses kartının bit derinliği 8'dir. Ses hangi örnekleme hızında kaydediliyor? (, s. 157, sayı 91)

Çözüm:

Örnekleme oranını hesaplamak için formül: D=A/T/ BEN

(bayt cinsinden bellek kapasitesi) : (saniye cinsinden kayıt süresi) : (bayt cinsinden ses kartı kapasitesi)

1,3 MB = 1363148,8 bayt

1363148,8 bayt: 60:1 = 22719,1 Hz

Cevap: 22,05 kHz

6. İki dakikalık bir dijital ses dosyasının kaydedilmesi 5,1 MB disk alanı kaplar. Örnekleme frekansı - 22050 Hz. Ses bağdaştırıcısının bit derinliği nedir? (, s. 157, sayı 94)

Çözüm:

Bit derinliğini hesaplama formülü: (bayt cinsinden bellek kapasitesi): (saniye cinsinden ses süresi): (örnekleme frekansı):

5,1 MB= 5347737,6 bayt

5347737,6 bayt: 120 sn: 22050 Hz= 2,02 bayt = 16 bit

Cevap: 16 bit

7. Diskteki boş hafıza miktarı 0,01 GB, ses kartının bit derinliği 16'dır. 44100 Hz örnekleme frekansıyla kaydedilen dijital ses dosyasının ses süresi ne kadardır? (, s. 157, sayı 95)

Çözüm:

Ses süresini hesaplamak için formül T = A / D / I

(bayt cinsinden bellek kapasitesi) : (Hz cinsinden örnekleme frekansı) : (bayt cinsinden ses kartı kapasitesi)

0,01 GB = 10737418,24 bayt

10737418,24 bayt: 44100: 2 = 121,74 sn = 2,03 dk
Cevap: 20,3 dakika

8. Ses süresi 1 dakika olan mono ses dosyasının bilgi hacmini tahmin edin. kodlama "derinliği" ve ses sinyali örnekleme frekansı sırasıyla eşitse:
a) 16 bit ve 8 kHz;
b) 16 bit ve 24 kHz.

(, s. 76, Sayı 2.82)

Çözüm:

A).
16 bit x 8.000 = 128.000 bit = 16.000 bayt = 15,625 KB/s
15,625 KB/sn x 60 sn = 937,5 KB

B).
1) 1 saniye süren bir ses dosyasının bilgi hacmi şuna eşittir:
16 bit x 24.000 = 384.000 bit = 48.000 bayt = 46,875 KB/s
2) 1 dakika süren bir ses dosyasının bilgi hacmi şuna eşittir:
46,875 KB/s x 60 sn = 2812,5 KB = 2,8 MB

Cevap: a) 937,5 KB; b) 2,8 MB

Seviye 5"

Tablo 1 kullanıldı

9. Çalma süresinin 3 dakika olması koşuluyla, yüksek kaliteli ses kaydına sahip bir dijital ses dosyasını saklamak için ne kadar bellek gerekir? (, s. 157, sayı 92)

Çözüm:

44,1 kHz örnekleme frekansında ve 16 ses adaptörü bit derinliğinde yüksek ses kalitesi elde edilir.
Bellek kapasitesini hesaplama formülü: (saniye cinsinden kayıt süresi) x (bayt cinsinden ses kartı kapasitesi) x (örnekleme frekansı):
180 s x 2 x 44100 Hz = 15876000 bayt = 15,1 MB
Cevap: 15,1 MB

10. Dijital ses dosyası düşük kaliteli ses kaydı içeriyor (ses karanlık ve boğuk). Boyutu 650 KB olan bir dosyanın süresi ne kadardır? (, s. 157, sayı 93)

Çözüm:

Aşağıdaki parametreler kasvetli ve boğuk ses için tipiktir: örnekleme frekansı - 11,025 KHz, ses bağdaştırıcısının bit derinliği - 8 bit (bkz. Tablo 1). O zaman T =A /D /I. Hacmi bayta çevirelim: 650 KB = 665600 bayt

Т=665600 bayt/11025 Hz/1 bayt ≈60,4 s

Cevap: Sesin süresi 60,5 saniyedir

Çözüm:

1 saniye süren bir ses dosyasının bilgi hacmi şuna eşittir:
16 bit x 48.000 x 2 = 1.536.000 bit = 187,5 KB (stereo olduğundan 2 ile çarpılır).

1 dakika süren bir ses dosyasının bilgi hacmi şuna eşittir:
187,5 KB/sn x 60 sn ≈ 11 MB

Cevap: 11MB

Cevap: a) 940 KB; b) 2,8 MB.

12. 16 bit kodlama ve 32 kHz örnekleme frekansı ile ses düzeyi şuna eşitse, mono ses dosyasının çalma süresini hesaplayın:
a) 700 KB;
b) 6300 KB

(, s. 76, Sayı 2.84)

Çözüm:

A).
1) 1 saniye süren bir ses dosyasının bilgi hacmi şuna eşittir:

700 KB: 62,5 KB/sn = 11,2 sn

B).
1) 1 saniye süren bir ses dosyasının bilgi hacmi şuna eşittir:
16 bit x 32.000 = 512.000 bit = 64.000 bayt = 62,5 KB/s
2) 700 KB mono ses dosyasının çalma süresi:
6300 KB: 62,5 KB/sn = 100,8 sn = 1,68 dk

Cevap: a) 10 saniye; b) 1,5 dk.

13. Bir CD'de stereo kaydın bir saniyesinde kaç bayt bilgi kapladığını hesaplayın (frekans 44032 Hz, değer başına 16 bit). Bir dakika ne kadar sürer? Maksimum disk kapasitesi nedir (maksimum sürenin 80 dakika olduğu varsayılarak)? (, s. 34, alıştırma No. 34)

Çözüm:

Bellek boyutunu hesaplamak için formülA = D * T * BEN :
(saniye cinsinden kayıt süresi) * (bayt cinsinden ses kartı kapasitesi) * (örnekleme frekansı). 16 bit -2 bayt.
1) 1s x 2 x 44032 Hz = 88064 bayt (1 saniyelik stereo CD kaydı)
2) 60s x 2 x 44032 Hz = 5283840 bayt (1 dakikalık stereo CD kaydı)
3) 4800s x 2 x 44032 Hz = 422707200 bayt = 412800 KB = 403,125 MB (80 dakika)

Cevap: 88064 bayt (1 saniye), 5283840 bayt (1 dakika), 403,125 MB (80 dakika)

2. Ses kalitesinin belirlenmesi.

Ses kalitesini belirlemek için örnekleme frekansını bulmanız ve 1 numaralı tabloyu kullanmanız gerekir.

256 (2 8) sinyal yoğunluk seviyesi - radyo yayını ses kalitesi, 65536 (2 16) sinyal yoğunluk seviyesi kullanılarak - ses CD'si ses kalitesi. En yüksek kalite frekansı, CD'ye kaydedilen müziğe karşılık gelir. Analog sinyalin büyüklüğü bu durumda saniyede 44.100 kez ölçülür.

Seviye 5"

13. Ses süresi 10 saniye olan mono bir ses dosyasının ses seviyesinin bilindiği takdirde ses kalitesini (radyo yayın kalitesi, ortalama kalite, ses CD'si kalitesi) belirleyin. eşittir:
a) 940 KB;
b) 157 KB.

(, s. 76, Sayı 2.83)

Çözüm:

A).
1) 940 KB = 962560 bayt = 7700480 bit
2) 7700480 bit: 10 sn = 770048 bit/s
3) 770048 bps: 16 bit = 48128 Hz – örnekleme hızı – en yüksek 44,1 kHz'e yakın
Cevap: Ses CD'si kalitesi

B).
1) 157 KB = 160768 bayt = 1286144 bit
2) 1286144 bit: 10 sn = 128614,4 bit/s
3) 128614,4 bps: 16 bit = 8038,4 Hz
Cevap: yayın kalitesi

Cevap: a) CD kalitesi; b) radyo yayınının kalitesi.

14. 3,5” diskete sığacak ses dosyasının uzunluğunu belirleyin. Lütfen böyle bir diskette veri depolamak için 512 baytlık 2847 sektörün tahsis edildiğini unutmayın.
a) düşük ses kalitesiyle: mono, 8 bit, 8 kHz;
b) yüksek ses kalitesiyle: stereo, 16 bit, 48 kHz.

(, s. 77, Sayı 2.85)

Çözüm:

A).

8 bit x 8.000 = 64.000 bit = 8.000 bayt = 7,8 KB/s
3) 1423,5 KB hacimli bir mono ses dosyasının çalma süresi şuna eşittir:
1423,5 KB: 7,8 KB/s = 182,5 sn ≈ 3 dk

B).
1) Bir disketin bilgi hacmi şuna eşittir:
2847 sektör x 512 bayt = 1457664 bayt = 1423,5 KB
2) 1 saniye süren bir ses dosyasının bilgi hacmi şuna eşittir:
16 bit x 48.000 x 2= 1.536.000 bit = 192.000 bayt = 187,5 KB/s
3) 1423,5 KB hacimli bir stereo ses dosyasının çalma süresi şuna eşittir:
1423,5 KB: 187,5 KB/sn = 7,6 sn

Cevap: a) 3 dakika; b) 7,6 saniye.

3. İkili ses kodlaması.

Sorunları çözerken aşağıdaki teorik materyali kullanır:

Sesi kodlamak için şekilde gösterilen analog sinyal

düzlem dikey ve yatay çizgilere bölünmüştür. Dikey bölümleme analog sinyalin örneklenmesidir (sinyal ölçüm frekansı), yatay bölümleme isenicemleme seviyeye göre. Onlar. Izgara ne kadar ince olursa, sayılar kullanılarak analog sese o kadar iyi yaklaşılır. Sekiz bitlik niceleme, sıradan konuşmayı (telefon görüşmesi) ve kısa dalga radyo yayınlarını dijitalleştirmek için kullanılır. On altı bit – müzik ve VHF (ultra kısa dalga) radyo yayınlarını dijitalleştirmek için.

3. seviye"

15. Analog ses sinyali ilk önce 256 sinyal yoğunluğu (yayın ses kalitesi) ve ardından 65.536 sinyal yoğunluğu (ses CD'si ses kalitesi) kullanılarak örneklendi. Dijitalleştirilmiş sesin bilgi hacimleri kaç kez farklılık gösterir? (, s. 77, Sayı 2.86)

Çözüm:

256 sinyal yoğunluk seviyesi kullanan bir analog sinyalin kod uzunluğu 8 bittir. 65536 sinyal yoğunluğu seviyesi 16 bit'e eşittir. Bir sinyalin kod uzunluğu iki katına çıktığı için dijitalleştirilmiş sesin bilgi hacimleri 2 kat farklılık gösterir.

Cevap: 2 kez.

Seviye " 4 »

16. Nyquist-Kotelnikov teoremine göre, bir analog sinyalin ayrık temsilinden (örneklerinden) doğru bir şekilde yeniden oluşturulabilmesi için örnekleme frekansının o sinyalin maksimum ses frekansının en az iki katı olması gerekir.

İnsan tarafından algılanabilen sesin örnekleme hızı ne olmalıdır?

Hangisi daha yüksek olmalı: Konuşmanın örnekleme hızı mı, yoksa bir senfoni orkestrasının örnekleme hızı mı?

Amaç: Öğrencilere sesle çalışmaya yönelik donanım ve yazılımın özelliklerini tanıtmak. Faaliyet türleri: Bir fizik dersinden bilgi almak (veya referans kitaplarıyla çalışmak)). (, s. ??, görev 2)

Çözüm:

İnsanların duyduğu frekans aralığının 20 Hz ile 20 kHz arasında olduğuna inanılmaktadır. Bu nedenle, Nyquist-Kotelnikov teoremine göre, bir analog sinyalin ayrık temsilinden (örneklerinden) doğru bir şekilde yeniden yapılandırılması için,Örnekleme hızı, söz konusu sinyalin maksimum ses frekansının en az iki katı olmalıdır. Bir kişinin duyabileceği maksimum ses frekansı 20 KHz'dir; bu, cihazın Ra ve yazılımın en az 40 kHz, daha kesin olarak 44,1 kHz örnekleme frekansı sağlaması gerekir. Bir senfoni orkestrasının sesinin bilgisayarda işlenmesi, bir senfoni orkestrasında frekans aralığı çok daha geniş olduğundan, konuşma işlemeye göre daha yüksek bir örnekleme hızı gerektirir.

Cevap: 40 kHz'den az olmamak üzere, bir senfoni orkestrasının örnekleme frekansı daha yüksektir.

Seviye 5"

17. Şekilde bir kayıt cihazı tarafından kaydedilen 1 saniyelik konuşma sesi gösterilmektedir. Bunu 10 Hz frekansta ve 3 bit kod uzunluğunda ikili dijital kodla kodlayın. (, s. ??, görev 1)

Çözüm:

10 Hz'de kodlama, perdeyi saniyede 10 kez ölçmemiz gerektiği anlamına gelir. Zamanın eşit uzaklıktaki anlarını seçelim:

3 bitlik kod uzunluğu 2 anlamına gelir 3 = 8 nicemleme seviyesi. Yani, zamanın seçilen her anında sesin perdesi için sayısal bir kod olarak aşağıdaki kombinasyonlardan birini ayarlayabiliriz: 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, 111. Yalnızca 8 kombinasyon vardır. bu nedenle sesin perdesi 8 "seviyede" ölçülebilir:

Perde değerlerini en yakın alt seviyeye “yuvarlayacağız”:

Bu kodlama yöntemini kullanarak şu sonucu elde ederiz (algılama kolaylığı için boşluklar eklenmiştir): 100 100 000 011 111 010 011 100 010 110.

Not.Kodun genlikteki değişimi ne kadar hatalı aktardığına öğrencilerin dikkatini çekmeniz tavsiye edilir. Yani örnekleme frekansı 10 Hz ve nicemleme seviyesi 2'dir. 3 (3 bit) çok küçük. Tipik olarak, ses (ses) için 8 kHz'lik bir örnekleme frekansı, yani saniyede 8000 kez ve 2'lik bir niceleme düzeyi seçilir. 8 (kod 8 bit uzunluğunda).

Cevap: 100 100 000 011 111 010 011 100 010 110.

18. Örnekleme frekansıyla birlikte niceleme düzeyinin neden bir bilgisayardaki ses temsilinin ana özellikleri olduğunu açıklayın.Hedefler: öğrencilerin “veri temsilinin doğruluğu”, “ölçüm hatası”, “temsil hatası” kavramlarına ilişkin anlayışlarını pekiştirmek; Öğrencilerle ikili kodlamayı ve kod uzunluğunu gözden geçirin. Faaliyet türü: kavramların tanımlarıyla çalışmak. (, s. ??, görev 3)

Çözüm:

Geometride, fizikte ve teknolojide “ölçüm hatası” kavramıyla yakından ilişkili olan “ölçüm doğruluğu” kavramı vardır. Ama bir de kavram var"temsil kesinliği". Örneğin, bir kişinin boyu hakkında şunu söyleyebiliriz: a) yaklaşık. 2 m, b) 1,7 m'den biraz fazla, c) 1 m 72 cm'ye eşit, d) 1 m 71 cm 8 mm'ye eşit. Yani ölçülen yüksekliği belirtmek için 1, 2, 3 veya 4 rakam kullanılabilir.
Aynı şey ikili kodlama için de geçerlidir. Belirli bir anda bir sesin perdesini kaydetmek için yalnızca 2 bit kullanılırsa, ölçümler doğru olsa bile yalnızca 4 seviye iletilebilir: düşük (00), ortalamanın altında (01), ortalamanın üstünde ( 10), yüksek (11). 1 byte kullanırsanız 256 seviye aktarabilirsiniz. Nasıldaha yüksek nicemleme seviyesi , veya hangisiyle aynıdırÖlçülen değeri kaydetmek için ne kadar çok bit tahsis edilirse, bu değer o kadar doğru bir şekilde iletilir.

Not.Ölçme cihazının aynı zamanda seçilen nicemleme seviyesini de desteklemesi gerektiğine dikkat edilmelidir (ölçülen uzunluğu, milimetrelik doğrulukla desimetre bölmeli bir cetvelle göstermenin bir anlamı yoktur).

Cevap: Niceleme seviyesi ne kadar yüksek olursa ses o kadar doğru iletilir.

Edebiyat:

[ 1] Bilgisayar Bilimi. 2 ciltlik problem kitabı atölyesi / Ed. I.G. Semakina, E.K. Henner: Cilt 1. – Temel Bilgi Laboratuvarı, 1999 – 304 s.: hasta.

Bilgisayar bilimi ve bilgi teknolojisi üzerine çalıştay. Eğitim kurumları için ders kitabı / N.D. Ugrinovich, L.L. Bosova, N.I. Mihailova. – M.: Binom. Bilgi Laboratuvarı, 2002. 400 s.: hasta.

Okulda bilişim: “Bilişim ve Eğitim” dergisinin eki. Sayı 4 - 2003. - M.: Eğitim ve Bilişim, 2003. - 96 s.: hasta.

Kushnirenko A.G., Leonov A.G., Epictetov M.G. ve diğerleri Bilgi kültürü: bilgi kodlama. Bilgi modelleri. 9-10. Sınıflar: Genel eğitim kurumları için ders kitabı. - 2. baskı. - M.: Bustard, 1996. - 208 s.: hasta.

Gein A.G., Senokosov A.I. Okul çocukları için bilgisayar bilimi el kitabı. - Ekaterinburg: “U-Factoria”, 2003. - 346. s54-56.

Öğrenciler problemleri çözerken aşağıdaki kavramlara güvenirler:

Zaman örneklemesi – sürekli bir ses sinyalinin kodlanması sırasında ses dalgasının ayrı küçük zaman bölümlerine bölündüğü ve bu tür her bölüm için belirli bir genlik değerinin ayarlandığı bir işlem. Sinyalin genliği ne kadar büyük olursa ses de o kadar yüksek olur.

Ses derinliği (kodlama derinliği) -ses kodlaması başına bit sayısı.

Ses seviyeleri (sinyal seviyeleri)- ses farklı ses seviyelerine sahip olabilir. Farklı ses seviyelerinin sayısı aşağıdaki formül kullanılarak hesaplanır: N= 2 BEN NeredeBEN– ses derinliği.

Örnekleme frekansı - birim zaman başına (1 saniyede) giriş sinyali seviyesinin ölçüm sayısı. Örnekleme hızı ne kadar yüksek olursa, ikili kodlama prosedürü o kadar doğru olur. Frekans Hertz (Hz) cinsinden ölçülür. 1 saniyede 1 ölçüm -1 Hz.

1 saniyede 1000 ölçüm 1 kHz. Örnekleme oranını harfle belirtelimD. Kodlama için üç frekanstan birini seçin:44,1 KHz, 22,05 KHz, 11,025 KHz.

Bir kişinin duyduğu frekans aralığının 20 Hz'den 20 kHz'e.

İkili kodlama kalitesi –kodlama derinliği ve örnekleme frekansı tarafından belirlenen bir değer.

Ses adaptörü (ses kartı) – ses girerken ses frekansının elektriksel titreşimlerini sayısal ikili koda dönüştüren ve ses çalarken bunun tersini (sayısal koddan elektriksel titreşimlere) dönüştüren bir cihaz.

Ses adaptörü özellikleri:örnekleme frekansı ve kayıt bit derinliği.)

Boyutu kaydedin - ses bağdaştırıcısı kaydındaki bit sayısı. Rakam kapasitesi ne kadar büyük olursa, her bir elektrik akımının büyüklüğünün bir sayıya dönüştürülmesindeki hata da o kadar küçük olur ve bunun tersi de geçerlidir. Bit derinliği ise BEN, daha sonra giriş sinyali ölçülürken 2 elde edilebilirBEN = N Farklı anlamlar.

Dijital mono ses dosyası boyutu (A) aşağıdaki formülle ölçülür:

A= D* T* BEN/8 , NeredeD – örnekleme frekansı (Hz),T– ses çalma veya kaydetme süresi,BENkayıt genişliği (çözünürlük). Bu formüle göre boyut bayt cinsinden ölçülür.

Dijital stereo ses dosyası boyutu (A) aşağıdaki formülle ölçülür:

A=2* D* T* BEN/8 sol ve sağ ses kanalları ayrı ayrı kodlandığından sinyal iki hoparlör için kaydedilir.

Öğrencilerin Tablo 1'i vermeleri yararlı olacaktır., bir dakikalık kodlanmış ses bilgisinin farklı örnekleme hızlarında kaç MB kaplayacağını gösterir:

1. Dijital dosya boyutu

3. seviye"

1. Çalma süresi 22,05 kHz örnekleme hızında ve 8 bit çözünürlükte 10 saniye olan bir dijital ses dosyasının boyutunu (bayt cinsinden) belirleyin. Dosya sıkıştırılmamış. (, sayfa 156, örnek 1)

Çözüm:

Boyutu hesaplamak için formül (bayt cinsinden) dijital ses dosyası: A= D* T* BEN/8.

Bayta dönüştürmek için elde edilen değerin 8 bit'e bölünmesi gerekir.

22,05 kHz =22,05 * 1000 Hz =22050 Hz

A= D* T* BEN/8 = 22050 x 10 x 8/8 = 220500 bayt.

Cevap: Dosya boyutu 220500 bayttır.

2. Çalma süresi 44,1 kHz örnekleme frekansında ve 16 bit çözünürlükte iki dakika olan bir dijital ses dosyasının saklanacağı bellek miktarını belirleyin. (, s. 157, sayı 88)

Çözüm:

A= D* T* BEN/8. – dijital ses dosyasını saklamak için kullanılan bellek miktarı.

44100 (Hz) x 120 (s) x 16 (bit) / 8 (bit) = 10584000 bayt = 10335,9375 KB = 10,094 MB.

Cevap: ≈ 10 MB

Seviye 4"

3. Kullanıcının hafıza kapasitesi 2,6 MB'tır. Ses süresi 1 dakika olan dijital ses dosyasının kaydedilmesi gerekmektedir. Örnekleme frekansı ve bit derinliği ne olmalıdır? (, s. 157, sayı 89)

Çözüm:

Örnekleme frekansı ve bit derinliğini hesaplama formülü: D* I =A/T

(bayt cinsinden bellek kapasitesi): (saniye cinsinden ses süresi):

2,6 MB = 2726297,6 bayt

D* I =A/T= 2726297,6 bayt: 60 = 45438,3 bayt

D=45438,3 bayt: I

Adaptör genişliği 8 veya 16 bit olabilir. (1 bayt veya 2 bayt). Bu nedenle örnekleme frekansı 45438,3 Hz = 45,4 kHz ≈ olabilir 44,1 kHz–standart karakteristik örnekleme frekansı veya 22719,15 Hz = 22,7 kHz ≈ 22,05 kHz- standart karakteristik örnekleme oranı

Cevap:

4. Diskteki boş hafıza miktarı 5,25 MB, ses kartının bit derinliği 16'dır. 22,05 kHz örnekleme frekansıyla kaydedilen dijital ses dosyasının ses süresi ne kadardır? (, s. 157, sayı 90)

Çözüm:

Ses süresini hesaplama formülü: T=A/D/I

(bayt cinsinden bellek kapasitesi) : (Hz cinsinden örnekleme frekansı) : (bayt cinsinden ses kartı kapasitesi):

5,25 MB = 5505024 bayt

5505024 bayt: 22050 Hz: 2 bayt = 124,8 sn
Cevap: 124,8 saniye

5. Dijital ses dosyasının bir dakikalık kaydı 1,3 MB disk alanı kaplar, ses kartının bit derinliği 8'dir. Ses hangi örnekleme hızında kaydediliyor? (, s. 157, sayı 91)

Çözüm:

Örnekleme oranını hesaplama formülü: D = A/T/I

(bayt cinsinden bellek kapasitesi) : (saniye cinsinden kayıt süresi) : (bayt cinsinden ses kartı kapasitesi)

1,3 MB = 1363148,8 bayt

1363148,8 bayt: 60:1 = 22719,1 Hz

Cevap: 22,05 kHz

6. İki dakikalık bir dijital ses dosyasının kaydedilmesi 5,1 MB disk alanı kaplar. Örnekleme frekansı - 22050 Hz. Ses bağdaştırıcısının bit derinliği nedir? (, s. 157, sayı 94)

Çözüm:

Bit derinliğini hesaplama formülü: (bayt cinsinden bellek kapasitesi): (saniye cinsinden ses süresi): (örnekleme frekansı):

5,1 MB= 5347737,6 bayt

5347737,6 bayt: 120 sn: 22050 Hz= 2,02 bayt = 16 bit

Cevap: 16 bit

7. Diskteki boş hafıza miktarı 0,01 GB, ses kartının bit derinliği 16'dır. 44100 Hz örnekleme frekansıyla kaydedilen dijital ses dosyasının ses süresi ne kadardır? (, s. 157, sayı 95)

Çözüm:

Ses süresini hesaplamak için formül T=A/D/I

(bayt cinsinden bellek kapasitesi) : (Hz cinsinden örnekleme frekansı) : (bayt cinsinden ses kartı kapasitesi)

0,01 GB = 10737418,24 bayt

10737418,24 bayt: 44100: 2 = 121,74 sn = 2,03 dk
Cevap: 20,3 dakika

8. Ses süresi 1 dakika olan mono ses dosyasının bilgi hacmini tahmin edin. kodlama "derinliği" ve ses sinyali örnekleme frekansı sırasıyla eşitse:
a) 16 bit ve 8 kHz;
b) 16 bit ve 24 kHz.

(, s. 76, Sayı 2.82)

Çözüm:

A).
16 bit x 8.000 = 128.000 bit = 16.000 bayt = 15,625 KB/s
15,625 KB/sn x 60 sn = 937,5 KB

B).
1) 1 saniye süren bir ses dosyasının bilgi hacmi şuna eşittir:
16 bit x 24.000 = 384.000 bit = 48.000 bayt = 46,875 KB/s
2) 1 dakika süren bir ses dosyasının bilgi hacmi şuna eşittir:
46,875 KB/s x 60 sn = 2812,5 KB = 2,8 MB

Cevap: a) 937,5 KB; b) 2,8 MB

Seviye 5"

Tablo 1 kullanıldı

9. Çalma süresinin 3 dakika olması koşuluyla, yüksek kaliteli ses kaydına sahip bir dijital ses dosyasını saklamak için ne kadar bellek gerekir? (, s. 157, sayı 92)

Çözüm:

44,1 kHz örnekleme frekansında ve 16 ses adaptörü bit derinliğinde yüksek ses kalitesi elde edilir.
Bellek kapasitesini hesaplama formülü: (saniye cinsinden kayıt süresi) x (bayt cinsinden ses kartı kapasitesi) x (örnekleme frekansı):
180 s x 2 x 44100 Hz = 15876000 bayt = 15,1 MB
Cevap: 15,1 MB

10. Dijital ses dosyası düşük kaliteli ses kaydı içeriyor (ses karanlık ve boğuk). Boyutu 650 KB olan bir dosyanın süresi ne kadardır? (, s. 157, sayı 93)

Çözüm:

Aşağıdaki parametreler kasvetli ve boğuk ses için tipiktir: örnekleme frekansı - 11,025 KHz, ses adaptörü bit derinliği - 8 bit (bkz. Tablo 1). O halde T=A/D/I. Hacmi bayta çevirelim: 650 KB = 665600 bayt

Т=665600 bayt/11025 Hz/1 bayt ≈60,4 s

Cevap: Sesin süresi 60,5 saniyedir

Çözüm:

1 saniye süren bir ses dosyasının bilgi hacmi şuna eşittir:
16 bit x 48.000 x 2 = 1.536.000 bit = 187,5 KB (stereo olduğundan 2 ile çarpılır).

1 dakika süren bir ses dosyasının bilgi hacmi şuna eşittir:
187,5 KB/sn x 60 sn ≈ 11 MB

Cevap: 11MB

Cevap: a) 940 KB; b) 2,8 MB.

12. 16 bit kodlama ve 32 kHz örnekleme frekansı ile ses seviyesi şuna eşitse, mono ses dosyasının çalma süresini hesaplayın:
a) 700 KB;
b) 6300 KB

(, s. 76, Sayı 2.84)

Çözüm:

A).
1) 1 saniye süren bir ses dosyasının bilgi hacmi şuna eşittir:

700 KB: 62,5 KB/sn = 11,2 sn

B).
1) 1 saniye süren bir ses dosyasının bilgi hacmi şuna eşittir:
16 bit x 32.000 = 512.000 bit = 64.000 bayt = 62,5 KB/s
2) 700 KB mono ses dosyasının çalma süresi:
6300 KB: 62,5 KB/sn = 100,8 sn = 1,68 dk

Cevap: a) 10 saniye; b) 1,5 dk.

13. Bir CD'de stereo kaydın bir saniyesinde kaç bayt bilgi kapladığını hesaplayın (frekans 44032 Hz, değer başına 16 bit). Bir dakika ne kadar sürer? Maksimum disk kapasitesi nedir (maksimum sürenin 80 dakika olduğu varsayılarak)? (, s. 34, alıştırma No. 34)

Çözüm:

Bellek boyutunu hesaplamak için formül A= D* T* BEN:
(saniye cinsinden kayıt süresi) * (bayt cinsinden ses kartı kapasitesi) * (örnekleme frekansı). 16 bit -2 bayt.
1) 1s x 2 x 44032 Hz = 88064 bayt (1 saniyelik stereo CD kaydı)
2) 60s x 2 x 44032 Hz = 5283840 bayt (1 dakikalık stereo CD kaydı)
3) 4800s x 2 x 44032 Hz = 422707200 bayt = 412800 KB = 403,125 MB (80 dakika)

Cevap: 88064 bayt (1 saniye), 5283840 bayt (1 dakika), 403,125 MB (80 dakika)

2. Ses kalitesinin belirlenmesi.

Ses kalitesini belirlemek için örnekleme frekansını bulmanız ve 1 numaralı tabloyu kullanmanız gerekir.

256 (28) sinyal yoğunluk seviyesi - radyo yayını ses kalitesi, 65536 (216) sinyal yoğunluk seviyesi kullanılarak - ses CD'si ses kalitesi. En yüksek kalite frekansı, CD'ye kaydedilen müziğe karşılık gelir. Analog sinyalin büyüklüğü bu durumda saniyede 44.100 kez ölçülür.

Seviye 5"

13. Ses süresi 10 saniye olan mono bir ses dosyasının ses seviyesinin bilindiği takdirde ses kalitesini (radyo yayın kalitesi, ortalama kalite, ses CD'si kalitesi) belirleyin. eşittir:
a) 940 KB;
b) 157 KB.

(, s. 76, Sayı 2.83)

Çözüm:

A).
1) 940 KB = 962560 bayt = 7700480 bit
2) 7700480 bit: 10 sn = 770048 bit/s
3) 770048 bps: 16 bit = 48128 Hz – örnekleme hızı – en yüksek 44,1 kHz'e yakın
Cevap: Ses CD'si kalitesi

B).
1) 157 KB = 160768 bayt = 1286144 bit
2) 1286144 bit: 10 sn = 128614,4 bit/s
3) 128614,4 bps: 16 bit = 8038,4 Hz
Cevap: yayın kalitesi

Cevap: a) CD kalitesi; b) radyo yayınının kalitesi.

14. 3,5” diskete sığacak ses dosyasının uzunluğunu belirleyin. Lütfen böyle bir diskette veri depolamak için 512 baytlık 2847 sektörün tahsis edildiğini unutmayın.
a) düşük ses kalitesiyle: mono, 8 bit, 8 kHz;
b) yüksek ses kalitesiyle: stereo, 16 bit, 48 kHz.

(, s. 77, Sayı 2.85)

Çözüm:

A).

8 bit x 8.000 = 64.000 bit = 8.000 bayt = 7,8 KB/s
3) 1423,5 KB hacimli bir mono ses dosyasının çalma süresi şuna eşittir:
1423,5 KB: 7,8 KB/s = 182,5 sn ≈ 3 dk

B).
1) Bir disketin bilgi hacmi şuna eşittir:
2847 sektör x 512 bayt = 1457664 bayt = 1423,5 KB
2) 1 saniye süren bir ses dosyasının bilgi hacmi şuna eşittir:
16 bit x 48.000 x 2= 1.536.000 bit = 192.000 bayt = 187,5 KB/s
3) 1423,5 KB hacimli bir stereo ses dosyasının çalma süresi şuna eşittir:
1423,5 KB: 187,5 KB/sn = 7,6 sn

Cevap: a) 3 dakika; b) 7,6 saniye.

3. İkili ses kodlaması.

Sorunları çözerken aşağıdaki teorik materyali kullanır:

Sesi kodlamak için şekilde gösterilen analog sinyal

düzlem dikey ve yatay çizgilere bölünmüştür. Dikey bölümleme analog sinyalin örneklenmesidir (sinyal ölçüm frekansı), yatay bölümleme ise nicemleme seviyeye göre. Yani, ızgara ne kadar ince olursa, sayılar kullanılarak analog sese o kadar iyi yaklaşılır. Sekiz bitlik niceleme, sıradan konuşmayı (telefon görüşmesi) ve kısa dalga radyo yayınlarını dijitalleştirmek için kullanılır. On altı bit – müzik ve VHF (ultra kısa dalga) radyo yayınlarını dijitalleştirmek için.

3. seviye"

15. Analog ses sinyali ilk önce 256 sinyal yoğunluğu (yayın ses kalitesi) ve ardından 65.536 sinyal yoğunluğu (ses CD'si ses kalitesi) kullanılarak örneklendi. Dijitalleştirilmiş sesin bilgi hacimleri kaç kez farklılık gösterir? (, s. 77, Sayı 2.86)

Çözüm:

256 sinyal yoğunluk seviyesi kullanan bir analog sinyalin kod uzunluğu 8 bit, 65536 sinyal yoğunluk seviyesi kullanan bir analog sinyalin kod uzunluğu ise 16 bittir. Bir sinyalin kod uzunluğu iki katına çıktığı için dijitalleştirilmiş sesin bilgi hacimleri 2 kat farklılık gösterir.

Cevap: 2 kez.

Seviye "4"

16. Nyquist-Kotelnikov teoremine göre, bir analog sinyalin ayrık temsilinden (örneklerinden) doğru bir şekilde yeniden oluşturulabilmesi için örnekleme frekansı, o sinyalin maksimum ses frekansının en az iki katı olmalıdır.

· İnsan tarafından algılanabilen sesin örnekleme hızı ne olmalıdır?

· Hangisi daha yüksek olmalı: Konuşmanın örnekleme hızı mı, yoksa bir senfoni orkestrasının örnekleme hızı mı?

Amaç: Öğrencilere sesle çalışmaya yönelik donanım ve yazılımın özelliklerini tanıtmak. Faaliyet türleri: Bir fizik dersinden bilgi almak (veya referans kitaplarıyla çalışmak). (, s. ??, görev 2)

Çözüm:

İnsanların duyduğu frekans aralığının 20 Hz ile 20 kHz arasında olduğuna inanılmaktadır. Bu nedenle, Nyquist-Kotelnikov teoremine göre, bir analog sinyalin ayrık temsilinden (örneklerinden) doğru bir şekilde yeniden yapılandırılması için, Örnekleme hızı, söz konusu sinyalin maksimum ses frekansının en az iki katı olmalıdır. Bir kişinin duyabileceği maksimum ses frekansı 20 KHz'dir; bu, cihazın Ra ve yazılımın en az 40 kHz, daha kesin olarak 44,1 kHz örnekleme frekansı sağlaması gerekir. Bir senfoni orkestrasının sesinin bilgisayarda işlenmesi, bir senfoni orkestrasında frekans aralığı çok daha geniş olduğundan, konuşma işlemeye göre daha yüksek bir örnekleme hızı gerektirir.

Cevap: 40 kHz'den az olmamak üzere, bir senfoni orkestrasının örnekleme frekansı daha yüksektir.

Seviye 5"

17. Şekilde bir kayıt cihazı tarafından kaydedilen 1 saniyelik konuşma sesi gösterilmektedir. Bunu 10 Hz frekansta ve 3 bit kod uzunluğunda ikili dijital kodla kodlayın. (, s. ??, görev 1)

Çözüm:

10 Hz'de kodlama, perdeyi saniyede 10 kez ölçmemiz gerektiği anlamına gelir. Zamanın eşit uzaklıktaki anlarını seçelim:

3 bitlik bir kod uzunluğu, 23 = 8 nicemleme seviyesi anlamına gelir. Yani, zamanın seçilen her anında sesin perdesi için sayısal bir kod olarak aşağıdaki kombinasyonlardan birini ayarlayabiliriz: 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, 111. Yalnızca 8 kombinasyon vardır. bu nedenle sesin perdesi 8 "seviyede" ölçülebilir:

Perde değerlerini en yakın alt seviyeye “yuvarlayacağız”:

Bu kodlama yöntemini kullanarak şu sonucu elde ederiz (algılama kolaylığı için boşluklar eklenmiştir): 100 100 000 011 111 010 011 100 010 110.

Not. Kodun genlikteki değişimi ne kadar hatalı aktardığına öğrencilerin dikkatini çekmeniz tavsiye edilir. Yani, 10 Hz'lik örnekleme hızı ve 23'lük (3 bit) niceleme düzeyi çok küçüktür. Tipik olarak, ses (ses) için 8 kHz'lik bir örnekleme frekansı, yani saniyede 8000 kez ve 28'lik bir niceleme seviyesi (8 bitlik kod) seçilir.

Cevap: 100 100 000 011 111 010 011 100 010 110.

18. Örnekleme frekansıyla birlikte niceleme düzeyinin neden bir bilgisayardaki ses temsilinin ana özellikleri olduğunu açıklayın. Hedefler:öğrencilerin “veri temsilinin doğruluğu”, “ölçüm hatası”, “temsil hatası” kavramlarına ilişkin anlayışlarını pekiştirmek; Öğrencilerle ikili kodlamayı ve kod uzunluğunu gözden geçirin. Etkinlik türü: kavramların tanımlarıyla çalışmak. (, s. ??, görev 3)

Çözüm:

Geometride, fizikte ve teknolojide “ölçüm hatası” kavramıyla yakından ilişkili olan “ölçüm doğruluğu” kavramı vardır. Ama bir de kavram var "temsil kesinliği".Örneğin, bir kişinin boyu hakkında şunu söyleyebiliriz: a) yaklaşık. 2 m, b) 1,7 m'den biraz fazla, c) 1 m 72 cm'ye eşit, d) 1 m 71 cm 8 mm'ye eşit. Yani ölçülen yüksekliği belirtmek için 1, 2, 3 veya 4 rakam kullanılabilir.
Aynı şey ikili kodlama için de geçerlidir. Belirli bir anda bir sesin perdesini kaydetmek için yalnızca 2 bit kullanılırsa, ölçümler doğru olsa bile yalnızca 4 seviye iletilebilir: düşük (00), ortalamanın altında (01), ortalamanın üstünde ( 10), yüksek (11). 1 byte kullanırsanız 256 seviye aktarabilirsiniz. Nasıl daha yüksek nicemleme seviyesi, veya hangisiyle aynıdır Ölçülen değeri kaydetmek için ne kadar çok bit tahsis edilirse, bu değer o kadar doğru bir şekilde iletilir.

Not. Ölçme cihazının aynı zamanda seçilen nicemleme seviyesini de desteklemesi gerektiğine dikkat edilmelidir (ölçülen uzunluğu, milimetrelik doğrulukla desimetre bölmeli bir cetvelle göstermenin bir anlamı yoktur).

Cevap: Niceleme seviyesi ne kadar yüksek olursa ses o kadar doğru iletilir.

Edebiyat:

[ 1] Bilgisayar Bilimi. 2 ciltlik problem kitabı atölyesi / Ed. ,: Cilt 1. – Temel Bilgi Laboratuvarı, 1999 – 304 s.: hasta.

Bilgisayar bilimi ve bilgi teknolojisi üzerine çalıştay. Eğitim kurumları için ders kitabı / , . – M.: Binom. Bilgi Laboratuvarı, 2002. 400 s.: hasta.

Okulda bilişim: “Bilişim ve Eğitim” dergisinin eki. Sayı 4 - 2003. - M.: Eğitim ve Bilişim, 2003. - 96 s.: hasta.

vb. Bilgi kültürü: bilgi kodlaması. Bilgi modelleri. 9-10. Sınıflar: Genel eğitim kurumları için ders kitabı. - 2. baskı. - M.: Bustard, 1996. - 208 s.: hasta.

Senokosov okul çocukları için bilgisayar bilimi üzerine. - Ekaterinburg: “U-Factoria”, 2003. - 346. s54-56.

Bir ses dosyasının bilgi hacmi aşağıdaki formül (4) kullanılarak hesaplanabilir:

V ses = D * T * n kanallar * i/k sıkıştırma, (4)

burada V, ses dosyasının bayt, kilobayt, megabayt cinsinden ölçülen bilgi hacmidir; D – örnekleme hızı (bir ses kaydını tanımlamak için saniyedeki nokta sayısı); T – ses dosyası süresi; n kanallar – bir ses dosyasının kanal sayısı (stereo - 2 kanal, 5.1 sistem - 6 kanal); i bit cinsinden ölçülen ses derinliğidir, k sıkıştırma veri sıkıştırma oranıdır, sıkıştırma olmadan 1'e eşittir.

Animasyonun bilgi hacminin hesaplanması

Animasyonun bilgi hacmi aşağıdaki formül (5) kullanılarak hesaplanabilir:

V anim = K * T * v* i/k sıkıştırma, (5)

burada V anim, raster grafik görüntüsünün bayt, kilobayt, megabayt cinsinden ölçülen bilgi hacmidir; K - bilgi taşıyıcısının (monitör ekranı, tarayıcı, yazıcı) çözünürlüğüne göre belirlenen görüntüdeki piksel (nokta) sayısı; T – animasyon süresi; v– saniye başına kare hızı; i piksel başına bit cinsinden ölçülen renk derinliğidir, k sıkıştırma veri sıkıştırma oranıdır, sıkıştırma olmadan 1'e eşittir.

Bir video dosyasının bilgi hacminin hesaplanması

Bir video dosyasının bilgi hacmi aşağıdaki formül (5) kullanılarak hesaplanabilir:

V video = V anim + V ses + V alt, (5)

burada V video, video dosyasının bayt, kilobayt, megabayt cinsinden ölçülen bilgi hacmidir; V anim, animasyonun (video dizisi) bayt, kilobayt, megabayt cinsinden ölçülen bilgi hacmidir; V ses, bir ses dosyasının bayt, kilobayt, megabayt cinsinden ölçülen bilgi hacmidir (bir video klip birkaç dil için ses parçası dosyaları içerebilir, ardından ses dosyasının hacmini dil parçalarının sayısıyla çarparız); V sub, altyazı dosyasının bayt, kilobayt, megabayt cinsinden ölçülen bilgi hacmidir (birden fazla altyazı dosyası varsa, o zaman her dosyanın boyutlarını toplamanız gerekir).

Pratik kısım

Ses bilgilerinin kodlanması

Ses– Bunlar, sürekli değişen yoğunluk ve frekansla havada, suda veya diğer ortamlarda yayılan dalgalardır.

Sinyalin genliği ne kadar büyük olursa insanlar için o kadar yüksek olur; Sinyalin frekansı ne kadar yüksek olursa, ton da o kadar yüksek olur.

Tipik hacim değerleri:

Ses dijitalleştirme

Dijital ses genliğinin ayrık sayısal değerleri ile temsil edilen analog bir ses sinyalidir.

Ses dijitalleştirme- analog ses sinyalini dijital forma dönüştürme teknolojisi.

Belirli bir zaman adımıyla sinyal genliğinin ölçülmesi ve ardından elde edilen değerlerin sayısal biçimde kaydedilmesinden oluşur. Ses dijitalleştirmenin bir diğer adı analogdan dijitale ses dönüşümüdür.

Ses örnekleme oranı bir saniyedeki ses şiddeti ölçümlerinin sayısıdır.

Ses örnekleme oranları saniyede 8.000 ila 48.000 ses düzeyi ölçümü arasında değişebilir.

Ses kodlama derinliği dijital sesin farklı ses düzeylerini kodlamak için gereken bilgi miktarıdır.

Kodlama derinliği biliniyorsa, dijital ses seviyesi seviyelerinin sayısı N = 2 R formülü kullanılarak hesaplanabilir. Ses kodlama derinliğinin 16 bit olmasına izin verin, o zaman ses düzeyi düzeylerinin sayısı şuna eşit olur:

N = 2 R = 2 16 = 65.536.

Kodlama işlemi sırasında, her ses seviyesi seviyesine kendi 16 bitlik ikili kod atanır, en düşük ses seviyesi 00000000000000000 koduna ve en yüksek ses seviyesi - 1111111111111111 koduna karşılık gelir.

Ses Dosyası Boyutu

I=f×R×N×t, Nerede

f - örnekleme frekansı (Hz)

R – kodlama derinliği (bit derinliği)

N – kanal sayısı (1 – mono, 2 – stereo…)

t – oyun süresi (s)

16 bit, 48 kHz yüksek ses kalitesine sahip, 1 saniye süren bir stereo ses dosyasının bilgi hacmini tahmin edebilirsiniz.

48000 Hz ×16 bit ×2×1=1536000bit=192000 bayt=187,5 kBytes

Ev ödevi:

1. Tek kanal (mono) ses kaydı 22 kHz örnekleme frekansı ve 16 bit kodlama derinliği ile yapılır. Kayıt 2 dakika sürer, sonuçları dosyaya yazılır, veri sıkıştırma yapılmaz. Dosya boyutu nedir?

2. 16 kHz örnekleme frekansında ve 32 bit çözünürlükte iki kanallı (stereo) ses kaydı 5 dakika süreyle gerçekleştirildi. Hiçbir veri sıkıştırması yapılmadı. Ortaya çıkan dosyanın boyutu nedir?

3. 64 kHz örnekleme frekansında ve 24 bit çözünürlükte iki kanal (stereo) ses kaydı yapılmıştır. Sonuç 72 MB boyutunda bir dosyaydı; hiçbir veri sıkıştırması yapılmadı. Kaydın yaklaşık olarak ne kadar süreyle (dakika olarak) gerçekleştiğini belirleyin. Cevap olarak kayıt zamanına en yakın tam sayıyı belirtin.