Кодирование звуковой информации
💻 Информатика · 10 класс
Дискретизация аналогового сигнала, частота, глубина кодирования и расчёт объёма аудиофайла.
Как кодируется звук
Кодирование звуковой информации — это преобразование непрерывного звукового сигнала в набор чисел. Звук в природе является аналоговым: его громкость плавно меняется во времени. Компьютер же работает только с дискретными числами, поэтому сигнал нужно оцифровать.
Дискретизация
Дискретизация — это измерение громкости сигнала через равные малые промежутки времени. Частота дискретизации показывает, сколько таких измерений выполняется за одну секунду; она измеряется в герцах (Гц). Например, 44100 Гц означает 44100 замеров в секунду. Чем выше частота, тем точнее цифровая запись повторяет исходный звук.
Глубина кодирования (разрядность) — это число бит, отведённое на запись одного измерения. От неё зависит, насколько точно передаётся уровень громкости.
| Параметр | Что задаёт | Единица |
|---|---|---|
| Частота дискретизации | число замеров в секунду | Гц |
| Глубина кодирования | число уровней громкости | бит |
Расчёт объёма звукового файла
Объём оцифрованного звука вычисляется так:
I = f * t * i
где f — частота дискретизации (Гц), t — время звучания в секундах, i — глубина кодирования в битах. Результат получается в битах.
Пример. Запись длится 10 секунд, частота 8000 Гц, глубина 16 бит.I = 8000 * 10 * 16 = 1280000 бит1280000 / 8 = 160000 байт ≈ 156,25 Кбайт
Для стереозвука (два канала) результат умножается на 2, так как записываются две независимые дорожки — для левого и правого каналов. Для монозвука канал один.
Качество записи и сжатие
Качество цифрового звука тем выше, чем больше частота дискретизации и глубина кодирования. Однако вместе с качеством растёт и объём файла. Стандартное качество звукового компакт-диска — частота 44100 Гц и глубина 16 бит при двух каналах. Такая запись звучит близко к оригиналу, но занимает много места: минута звука превышает десять мегабайт.
Чтобы уменьшить объём, применяют сжатие. При сжатии часть данных, плохо различимых человеческим слухом, отбрасывается, и файл становится в несколько раз меньше. Распространённый формат сжатого звука — MP3. Сжатие позволяет хранить много музыки, но при сильном сжатии качество заметно ухудшается.
Частые ошибки. Путают частоту дискретизации с глубиной кодирования. Забывают перевести минуты в секунды. Для стереозвука не умножают объём на число каналов. Не переводят итог из бит в байты.
Кратко о главном
- Аналоговый звук оцифровывают методом дискретизации.
- Частота дискретизации — число замеров в секунду (Гц).
- Глубина кодирования — число бит на одно измерение.
- Объём:
I = f * t * i; для стерео умножают на число каналов. - Чем выше частота и глубина, тем качественнее запись и больше объём.