Задание по практической работе.
Инструкционная карта № 8.
на выполнение практического занятия по дисциплине
ОП.07. Технические средства информатизации
для обучающихся специальности 09.02.02 Компьютерные сети
Тема: Сжатие и кодирование звука. Временная дискретизация звука. Битрейт.
Цель: Знать о временной дискретизации звука, научиться сжимать и кодировать звук.
Норма времени: 2 ак.часа.
Оснащение рабочего места: инструкционные карты, конспект.
Литература Технические средства информатизации: учебник / В.П. Зверева, А.В. Назаров. — М.: КУРС: ИНФРА-М, 2018. — 248 с.
Компетенции, знания, умения и навыки, которыми должны овладеть обучающиеся:
З-2, З-3
Вопросы для актуализации опорных знаний:
1. Что такое звук?
2. Что такое кодирование звука?
Теоретическая часть
Для большинства из нас звук является привычным явлением, мы постоянно его слышим. Однако, если попытаться дать точное определение звуку, то быстро выясниться, что сделать это можно с двух различных точек зрения.
Интуитивное определение: звук, это ощущения, воспринимаемые нашим ухом и интерпретируемые мозгом определенным образом.
Научное определение: звук это колебание среды. Он распространяется в среде с помощью волн давления посредством колебания атомов и молекул.
Звук можно считать волной, даже если ее частота может все время меняться. Эта волна является продольной; в ней направление возмущения совпадает с направлением распространения волны.
|
|
|
Как и любая волна, звук имеет три важных атрибута, а именно, скорость, амплитуду и период.
Частота волны не является независимым атрибутом, она равна числу периодов волны за единицу времени (одну секунду). Единицей частоты служит герц (Гц). Скорость звука зависит от свойств среды, в которой он распространяется, а также от температуры. Скорость звука в сухом воздухе при 20 °C равен 343 м / с. Также чем выше температура звук распространяется быстрее.
И чем выше от поверхности земли, тем распространение медленнее.
Человеческое ухо способно воспринимать звук в широком диапазоне частот, обычно, от 20 Гц до 22000 Гц, что зависит от возраста и состояния здоровья человека. Это, так называемый, диапазон слышимых частот. Колебания большей частоты называют ультразвуком, меньшей — инфразвуком.
Дискретизация и квантование
Преобразование аналогового сигнала в цифровой состоит из двух этапов: дискретизации по времени и квантования по амплитуде.
Квантование — разбиение диапазона значений временных отсчётов сигнала на конечное число уровней и округление каждого отсчёта до одного из двух ближайших к нему уровней. При этом значение сигнала может округляться либо до ближайшего уровня, либо до меньшего или большего из ближайших уровней в зависимости от способа кодирования.
|
|
|
Дискретизация по времени означает, что сигнал представляется рядом отсчетов (сэмплов), взятых через равные промежутки времени. Основной вопрос на первом этапе преобразования аналогового сигнала в цифровой (оцифровки) состоит в выборе частоты дискретизации аналогового сигнала. Чем больше частота, тем точнее соответствует цифровой сигнал аналоговому.
Дискретизация - преобразование непрерывной функции в дискретную (прерывную).
Также стоит сказать про частоту дискретизации — частота взятия отсчётов непрерывного по времени сигнала при его дискретизации. Чем выше частота дискретизации, тем более широкий спектр сигнала может быть представлен в дискретном сигнале.
Не следует путать квантование с дискретизацией (и, соответственно, шаг квантования с частотой дискретизации). При дискретизации изменяющаяся во времени величина (сигнал) замеряется с заданной частотой (частотой дискретизации), таким образом, дискретизация разбивает сигнал по временной составляющей (на графике — по горизонтали). Квантование же приводит сигнал к заданным значениям, то есть округляет сигнал до ближайшего уровня (на графике — по вертикали). В АЦП округление может производится до ближайшего меньшего уровня. Сигнал, к которому применены дискретизация и квантование, называется цифровым.
|
|
|
При оцифровке сигнала количество битов, кодирующих один уровень квантования, называют глубиной квантования или разрядностью. Чем больше глубина квантования и чем больше частота дискретизации, тем точнее цифровой сигнал соответствует аналоговому.
Битрейт аудио
Битрейт — количество бит, используемых для передачи/обработки данных в единицу времени. Битрейт принято использовать при измерении эффективной скорости передачи потока данных по каналу, то есть минимального размера канала, который сможет пропустить этот поток без задержек.
Битрейт выражается битами в секунду (бит/c, bps), а также производными величинами с приставками кило- (кбит/с, kbps), мега- (Мбит/с, Mbps) и т. д.
В форматах потокового аудио (например, MP3), использующих сжатие c потерей качества, параметр «битрейт» выражает степень сжатия потока и, тем самым, определяет размер канала, для которого сжат поток данных. Чаще всего битрейт звука измеряют в килобитах в секунду.
|
|
|
Существует три режима сжатия потоковых данных:
· CBR (англ. Constant bitrate) — с постоянным битрейтом;
· VBR (англ. Variable bitrate) — с переменным битрейтом;
· ABR (англ. Average bitrate) — с усреднённым битрейтом.
При постоянном битрейте для кодирования всех участков звука используется одинаковое количество бит. Но структура звука обычно различна и, например, для кодирования тишины требуется значительно меньше бит, чем для кодирования насыщенного звука. Переменный битрейт, в отличии от постояннго, автоматически подстраивает качество кодирования, в зависимости от сложности звука на тех или иных его интервалах. То есть, для участков простых с точки зрения кодирования, будет использован более низкий битрейт, а для сложных будет применяться более высокая величина. Использование переменного битрейта позволяет добиться более высокого качества звучания при меньшем размере файла.
Усреднённый битрейт является гибридом постоянного и переменного битрейтов: значение в кбит/c задаётся пользователем, а программа варьирует его в некоторых пределах. Однако, в отличие от VBR, кодек с осторожностью использует максимально и минимально возможные значения, не рискуя выйти за заданную пользователем среднюю величину. Этот метод позволяет наиболее гибко задавать скорость обработки (для аудио это может быть любым числом между 8 и 320 кбит/с, против чисел, кратных 16 в методе CBR) и с гораздо большей (по сравнению с VBR) точностью предсказывать размер выходного файла.
Аудиоформаты без сжатия
Такие форматы хранят звук без сжатия, что означает, что они являются точными копиями исходного аудио. Поскольку они несжаты, они занимают много ненужного пространства. Если вы не редактируете аудио, вам не нужно хранить аудио в этих форматах.
Audio Interchange File Format (AIFF) — формат аудиофайлов, применяемый для хранения звуковых данных на компьютерах и других электронных устройствах.
AIFF был разработан компанией Apple Computer в 1988 году.
Waveform Audio File Format (WAVE, WAV, от англ. waveform — «в форме волны») — формат файла-контейнера для хранения записи оцифрованного аудиопотока. Этот контейнер, как правило, используется для хранения несжатого звука в импульсно-кодовой модуляции. Однако контейнер не налагает каких-либо ограничений на используемый алгоритм кодирования.
При импульсно-кодовой модуляции аналоговый передаваемый сигнал преобразуется в цифровую форму посредством трёх операций: дискретизации по времени, квантования по амплитуде и кодирования
DXD (англ. Digital eXtreme Definition — цифровое предельное разрешение) — многоразрядный формат сверхвысокого разрешения цифрового кодирования звуковых данных, применяемый в профессиональной звукозаписи. DXD — это ИКМ-сигнал с разрядностью квантования 24 или 32 бита и частотой дискретизации 352.8 кГц.
DSD (англ. Direct Stream Digital) — однобитный аудиоформат, разработанный компаниями Sony и Philips, в котором используется кодирование плотностно-импульсной модуляцией и применяется для хранения звукозаписей на оптическом носителе SACD. Отличительной чертой данной модуляции является однобитное квантование. Аналоговый звуковой сигнал конвертируется в цифровой при частоте дискретизации 2 822,4 кГц (в 64 раза больше, чем у CD Audio), но с разрешением всего 1 бит, в отличие от используемых в формате CD 16 бит при частоте 44,1 кГц.
Задание по практической работе.
1. Как осуществляется процесс оцифровки звука (составить схему).
2. Описать процесс сжатия потоковых данных (Одного из трех режимов).
3. Составить отчет по практической работе.
Содержание отчета.
1. Название работы.
2. Цель и задачи.
3. Схема оцифровки звука.
4. Режим процесса сжатия данных.
4. Ответить на контрольные вопросы.
Контрольные вопросы
1. Что такое сжатие и кодирование звука?
2. Дать определение дискретизации звука.
3. Что такое битрейт?
4. Какие форматы звука Вам известны, опишите их.
Дата добавления: 2021-05-18; просмотров: 72; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!