Кодирование аудиальной информации

Мир наполнен самыми разнообразными звуками: тиканье часов и гул моторов, завывание ветра и шелест листьев, пение птиц и голоса людей. О том, как рождаются звуки, и что они собой представляют, люди начали догадываться очень давно. Еще древнегреческий философ и ученый - энциклопедист Аристотель, исходя из наблюдений, объяснял природу звука, полагая, что звучащее тело создает попеременное сжатие и разрежение воздуха. Так, колеблющаяся струна то разряжает, то уплотняет воздух, а из-за упругости воздуха эти чередующиеся воздействия передаются дальше в пространство - от слоя к слою, возникают упругие волны. Достигая нашего уха, они воздействуют на барабанные перепонки и вызывают ощущение звука.

На слух человек воспринимает упругие волны, имеющие частоту где-то в пределах от 16 Гц до 20 кГц (1 Гц - 1 колебание в секунду). В соответствии с этим упругие волны в любой среде, частоты которых лежат в указанных пределах, называют звуковыми волнами или просто звуком. В учении о звуке важны такие понятия как тон и тембр звука. Всякий реальный звук, будь то игра музыкальных инструментов или голос человека, - это своеобразная смесь многих гармонических колебаний с определенным набором частот.

Колебание, которое имеет наиболее низкую частоту, называют основным тоном, другие – обертонами.

Тембр – разное количество обертонов, присущих тому или иному звуку, которое придает ему особую окраску. Именно по тембру мы легко можем отличить звуки рояля и скрипки, гитары и флейты, узнать голос знакомого человека.

Музыкальный звук можно характеризовать тремя качествами:

– тембром, т. е. окраской звука, которая зависит от формы колебаний;

– высотой, определяющейся числом колебаний в секунду (частотой);

– громкостью, зависящей от интенсивности (амплитуды) колебаний.

Громкость звука зависти от давления, возникающего при прохождении звуковой волны в жидкой и газообразной среде, которое непосредственно воспринимается ухом. Громкие звуки создают большое давление, тихие – малое. Давление измеряется в Паскалях, однако в акустике звуковое давление обычно измеряется в децибелах (дБ).

В настоящее время существует два основных способах записи звука: аналоговый и цифровой. Для того чтобы записать звук на какой-нибудь носитель его нужно преобразовать в электрический сигнал.

Это делается с помощью микрофона. Самые простые микрофоны имеют мембрану, которая колеблется под воздействием звуковых волн. К мембране присоединена катушка, перемещающаяся синхронно с мембраной в магнитном поле. В катушке возникает переменный электрический ток. Изменения напряжения тока точно отражают звуковые волны.

Переменный электрический ток, который появляется на выходе микрофона, называется аналоговым сигналом. Напомним, что применительно к сигналу «аналоговый» обозначает, что этот сигнал непрерывен по времени и амплитуде. При дискретном представлении информации физическая величина изменяется скачкообразно («лесенкой»), принимая конечное множество значений.

Виниловая пластинка является примером аналогового хранения звуковой информации, так как звуковая дорожка свою форму изменяет непрерывно. Но у аналоговых записей есть большой недостаток – старение носителя. Виниловые пластинки при проигрывании их несколько раз теряют качество. Поэтому преимущество отдают цифровой записи.

В начале 80-х годов появились компакт-диски. Они являются примером дискретного хранения звуковой информации, так как звуковая дорожка компакт-диска содержит участки с различной отражающей способностью. Теоретически эти цифровые диски могут служить вечно, если их не царапать, т.е. их преимуществами являются долговечность и неподверженность механическому старению. Другое преимущество заключается в том, что при цифровой перезаписи нет потери качества звука.

Процесс преобразования звука из аналоговой формы в цифровую называется кодирование звуковой (аналоговой) информации и наоборот, обратное преобразование –декодированием.

Этот процесс может быть представлен таким образом: звуковые волны при помощи микрофона превращаются в аналоговый переменный электрический сигнал. Он проходит через звуковой тракт и попадает в аналого-цифровой преобразователь (АЦП) - устройство, которое переводит сигнал в цифровую форму. В упрощенном виде принцип работы АЦП заключается в следующем: он измеряет через определенные промежутки времени амплитуду сигнала, делит ее на участки (квантует) и передает дальше, уже по цифровому тракту, последовательность чисел, несущих информацию об изменениях амплитуды.

Во время аналого-цифрового преобразования никакого физического преобразования не происходит. С электрического сигнала снимается отпечаток, являющийся цифровой моделью колебаний напряжения в аудиотракте. Цифровой сигнал по своей природе дискретен – т. е. прерывист, поэтому цифровая модель не совсем точно соответствует форме аналогового сигнала.

 

Семпл – это промежуток времени между двумя измерениями амплитуды аналогового сигнала. Дословно Sample переводится с английского как «образец». В мультимедийной и профессиональной звуковой терминологии это слово имеет несколько значений. Кроме промежутка времени семплом называют также любую последовательность цифровых данных, которые получены путем аналого-цифрового преобразования. Сам процесс преобразования называют семплированием. В русском техническом языке его называют временной дискредитацией.

Вывод цифрового звука происходит при помощи цифро-аналогового преобразователя (ЦАП), который на основании поступающих цифровых данных в соответствующие моменты времени генерирует электрический сигнал необходимой амплитуды.

Важными параметрами семплирования (дискредитацией) являются частота и разрядность.

Частота – количество измерений амплитуды аналогового сигнала в секунду.

Разрядность указывает, с какой точностью происходят изменения амплитуды аналогового сигнала. Точность, с которой при оцифровке передается значение амплитуды сигнала в каждый из моментов времени, определяет качество сигнала после цифро-аналогового преобразования. Именно от разрядности зависит достоверность восстановления формы волны.

Для кодирования значения амплитуды используют принцип двоичного кодирования. Звуковой сигнал должен быть представлен в виде последовательности электрических импульсов (двоичных нулей и единиц). Обычно используют 16-битное или 24-битное представление значений амплитуды. От частоты дискредитации (количества измерений уровня сигнала в единицу времени) зависит качество кодирования. С увеличением частоты дискредитации увеличивается точность двоичного представления информации. При частоте 8 кГц (количество измерений в секунду 8000) качество семплированного звукового сигнала соответствует качеству радиотрансляции, а при частоте 48 кГц (количество измерений в секунду 48000) – качеству звучания аудио-CD.

Если использовать 16-битное кодирование, то можно достичь точности изменения амплитуды аналогового сигнала до 1/65536 от динамического диапазона цифрового устройства (2¹⁶ = 65536).

Если использовать 24-битное кодирование для представления значений амплитуды звукового сигнала, то точность измерения возрастет в 256 раз.

В современных преобразователях принято использовать 24-битное кодирование сигнала, что позволяет получать высококачественную оцифровку звука. Формат Audio DVD использует разрядность 24 бита и частоту семплирования 96 кГц.

5.1 Сигнал на выходе микрофона является...

семплированым

амплитудным

аналоговым

дискретным

5.2 В кодировании звука под частотой понимают...

точность, с которой при оцифровке передается значение амплитуды сигнала

количество измерений амплитуды аналогового сигнала в секунду

обертоны

интенсивность колебаний

Сколько байт содержит 4 килобайт?

Правильный ответ: 4096

Вопрос 2

Изложите основные проблемы информатизации образования

К важнейшим проблемам внедрения информационно-коммуникационных технологий в образовательный процесс,сдерживающим, по мнению ряда авторов, модернизацию нашего образования, можно отнести:

· неготовность учителей к информатизации образования: как психологическая, так и по уровню владения персональнымкомпьютером;

· большинство учителей не имеют представления о возможных способах использования обучающих программ и другихмультимедийных приложений;

· отсутствие методических материалов по использованию ИКT в учебном заведении;

· слабая обеспеченность образовательных учреждений современным оборудованием, в том числе и мультимедийным;

· отсутствие рекомендаций по выбору того или иного оборудования для учебных заведений; часто школе дают не то, чтоей нужно, а то, что могут дать, что не позволяет выстроить грамотную и эффективную технологическую цепочкувнедрения ИКТ в школе.

К проблемам внедрения информационно-коммуникационных технологий в образовательный процесс можно отнести также:

· отсутствие специалистов, одинаково владеющих методикой преподавания, компьютерными и мультимедийнымитехнологиями на уровне, позволяющем быть лидером в педагогическом коллективе; специалистов, способных увлечьколлектив на внедрение ИКТ в образовательный процесс, в жизнь школы;

· отсутствие разветвленной системы подготовки и переподготовки учителей и заместителей директоров поинформатизации образования;

· большинство учителей необходимо еще научить пользоваться компьютером на приемлемом уровне, а только потомпереходить к обучению информационно-коммуникационным и мультимедийным технологиям, в которые включаются нетолько умение пользоваться самыми распространенными программами, но и сложным и дорогостоящиммультимедийным оборудованием;

· непонимание руководством учебных заведений, да и руководителями более высокого ранга, целей и задач, стоящихперед современной школой в части ее компьютеризации и информатизации; упрощение сути информационной средыучебного заведения, желание руководителей учебных заведений быстрее отчитаться о создании информационногопространства, информационной среды без анализа эффективности ее работы;

· отсутствие связи между научными организациями, занимающимися информатизацией образования, и самимиучреждениями образования (школами, колледжами, вузами).

Увлечение мультимедийными технологиями без соответствующей методической подготовки приводит к педагогическимошибкам, снижающим эффективность их применения. Наиболее типичными ошибками являются:

· недостаточная методическая подготовленность учителя в части использования информационно-коммуникационных имультимедийных технологий на конкретном уроке;

· неправильное определение их дидактической роли и места на уроках;

· несоответствие выразительных возможностей мультимедиа их дидактической значимости;

· бесплановость, случайность применения ИКТ;

· перегруженность урока демонстрациями, превращение урока в зрительно-звуковую, литературно-музыкальнуюкомпозицию (на уроке отсутствует учебно-воспитательная работа учителя, нарушаются элементарные дидактическиетребования, преобладает пассивное восприятие учебной информации учащимися, нерационально тратится учебное время).

 

3. Установите соответствие между

Правильный ответ: Принтер → Периферийное устройство, Операционная система → Программное обеспечение, Витая пара → Линия передачи данных, Центральный процессор → Электронная схема

Вопрос 4

был назван в честь первой женщины программиста

Вопрос 5

Характеристики такого компонента компьютера, как

 

, влияют на скорость выполнения операций.

Вопрос 6

Первый арифмометр, выполняющий четыре арифметических действия, сконструировал в XVII веке...

Правильный ответ: Готфрид Вильгельм Лейбниц

Вопрос 7

Верно

Укажите какие из следующих высказываний являются истинными:

а) появление второго поколения ЭВМ было обусловлено переходом от электронных ламп к транзисторам;
б) в ЭВМ первого поколения отсутствовало устройство управления;
в) в ЭВМ первого поколения отсутствовала оперативная память;
г) машины третьего поколения - это семейства машин с единой архитектурой, то есть программно совместимых;
д) компьютер с процессором Intel Pentium III относится к четвертому поколению ЭВМ.

Вопрос 8

Верно

Двоичное число 11100001 в десятичной системе счисления - это...

Правильный ответ: 225

Вопрос 9

Правильный ответ: [email protected]

Вопрос 10

Арифметико-логическое устройство является составной частью....

Правильный ответ: процессор

Вопрос 11

Верно ли выражение, что: " Генератор тактовых импульсов является частью микропроцессора "?

Выберите один ответ:

Правильный ответ: Неверно