Кодирование и запись звука - раздел Информатика, Глава 1. Введение в информатику З
Вук Представляет Собой ...
вук представляет собой локальные изменения давления воздуха, распространяющиеся в пространстве в виде упругих волн. Органы слуха человека регистрируют перепады давления и передают сигналы в головной мозг на обработку. Органы слуха человека способны регистрировать далеко не все перепады звукового давления. Ограничения есть как по амплитуде, так и по частоте. Считается, что люди различают звуковые сигналы, имеющие частоту от 20 Гц до 20 кГц. Звуковые колебания низкой частоты, неразличимые для системы органов слуха человека, называют инфразвуком, а неразличимые колебания высокой частоты — ультразвуком.
Различия в амплитудах звуковых волн люди воспринимают как громкость звука. В технике принято измерять громкость звука в децибелах (дБ). Считается, что человек способен различать звуковые сигналы в диапазоне 20-120 дБ. Вот несколько характерных значений.
20 дБ — Тихий шёпот на расстоянии 4-5 м.
40 дБ — Спокойный разговор.
60 дБ — Шум толпы.
80 дБ — Звук вблизи оживлённой автотрассы.
100 дБ — Шум вблизи проходящего поезда.
120 дБ — Болевой порог (звук на расстоянии 100 м от взлетающего реактивного самолёта).
При звуке громкостью более 140 дБ (близкий разрыв артиллерийского снаряда) происходит физическое поражение органов слуха (лопаются барабанные перепонки), а звук громкостью более 180 дБ смертелен для человека.
ГЛУБИНА КОДИРОВАНИЯ ЗВУКА
Глубину кодирования выбирают так, чтобы обеспечить достаточную различимость амплитуд сигналов. Если выражать мгновенное значение одним байтом (0-255), то удастся записать лишь узкий диапазон громкостей шириной всего в 48 децибел, например от 20 дБ до 68 дБ. Этого достаточно для адекватного воспроизведения речи, но мало для музыки. То есть восьмиразрядное кодирование можно использовать лишь в цифровых диктофонах, сотовых телефонах и цифровых системах телефонной связи.
В настоящее время для потребительской записи музыки используют 16-разрядное кодирование, а для профессиональных задач глубина кодирования доходит до 32 разрядов. При 16-разрядном кодировании замеренное значение амплитуды звукового сигнала записывается 16-разрядным двоичным словом и представляется двумя байтами. Это позволяет различать 65 536 уровней громкости. Общий диапазон громкостей составляет при этом 96 дБ, например от 20 дБ до 116 дБ. Такая запись может адекватно передать и тихий шёпот, и рёв взлетающего самолёта.
ФОРМАТЫ ЗВУКОЗАПИСИ
Стандарты и соглашения, относящиеся к способам записи звуковых данных, организованы примерно так же, как стандарты записи видео. Существуют форматы прямой записи — форматы записи выборки данных, существуют метаформаты (контейнерные форматы), определяющие структуру записи, и существуют форматы сжатия данных, определяющие, как именно была закодирована исходная последовательность данных, полученная в результате прямой записи.
МЕТАФОРМАТ WAV
Как мы уже говорили выше, для воспроизведения выборки данных нам не хватает ряда дополнительных сведений. Эти сведения приписывают к данным и получают запись в контейнерном формате (метаформате). Одним из контейнерных форматов, в частности, является формат WAV, введённый в действие компаниями IBM и Microsoft. Это основной звуковой метаформат для компьютеров платформы IBM PC. Для операционной системы Windows он считается стандартом. На компьютерах других систем могут действовать другие метаформаты, введённые другими корпорациями.
Формат WAV определяет структуру звукозаписи. Звукозапись имеет общий заголовок (метку формата) и может состоять из нескольких блоков данных (выборок), причём каждая выборка может быть закодирована по-разному.
О глубине кодирования, количестве каналов, частоте дискретизации и формате сжатия можно узнать по заголовку выборки. Кроме звуковых выборок запись в формате WAF может содержать и данные не звуковой природы, например текстовые блоки. В этом случае воспроизведение звука может сопровождаться текстовыми сообщениями, например об авторе и исполнителе музыкальной композиции.
Формат WAV позволяет размещать внутри общей звукозаписи блоки выборок данных, закодированные со сжатием. В этом случае заголовок выборки содержит сведения о том, каким методом выборка была сжата.
Многократное сжатие обеспечивают необратимые методы, похожие на рассмотренные выше методы JPEG и MPEG. В частности, в настоящее время для эффективного сжатия выборок звуковых данных используется разновидность метода MPEG, которая сокращённо обозначается как МРЗ.
При степени сжатия 1:10 формат МР3 обеспечивает удовлетворительное качество воспроизведения звукозаписи, отличимое от оригинала только на звуковоспроизводящей аппаратуре высших классов. При степени сжатия 1:4 качество воспроизведения таково, что сжатую запись на слух практически нельзя отличить от оригинальной (несжатой).
Сегодня в формате МРЗ распространяются звукозаписи на компакт-дисках (до 110 часов звучания на одном носителе), поставляются звукозаписи, размещённые в Интернете, вещают радиостанции Интернет-радио. Ориентировочно можно считать, что формат МРЗ позволяет расходовать 1 Мбайт носителя данных на одну минуту звукозаписи. Это позволяет оценивать ёмкость носителей.
АУДИОКОДЕКИ
Принцип воспроизведения сжатых звукозаписей тот же, что и принцип воспроизведения сжатых видеозаписей. Существует особый класс программ — кодеки (кодек =кодер + декодер), осуществляющих кодирование сжатой последовательности данных при записи и её декодирование при воспроизведении. Записи распространяются в метаформате, например WAV. Встретив внутри записи блок данных, записанный со сжатием, программа, отвечающая за воспроизведение звука, подключает нужный кодек (он указан в заголовке блока) и с его помощью распаковывает данные.
Все темы данного раздела:
Живые организмы и растения обрабатывают информацию с помощью своих органов и систем.
1.9. Что такое информационные ресурсы и информационные технологии?
Информационные ресурсы — это идеи человечества и указания по их
Упражнения
1.1. Запишите множество вариантов загорания двух светофоров, расположенных на соседних перекрёстках. [ Ответ ]
1.2. Три человека, Ив
Оперативная память
Оперативная память (ОЗУ, англ. RAM, Random Access Memory — память с произвольным доступом) — это быстрое запоминающее устройство не очень большого объёма, не
Кэш-память
Кэш (англ. cache), или сверхоперативная память — очень быстрое ЗУ небольшого объёма, которое используется при обмене данными между микропроцессором и операти
Специальная память
К устройствам специальной памяти относятся постоянная память (ROM), перепрограммируемая постоянная память (Flash Memory), память CMOS RAM, питаема
Накопители на гибких магнитных дисках
Гибкий диск (англ. floppy disk), или лискета, — носитель небольшого объема информации, представляющий собой гибкий пластиковый диск в защитной
Накопители на жестких магнитных дисках
Если гибкие диски — это средство переноса данных между компьютерами, то жесткий диск — информационный склад компьютера.
Накопитель на жёстк
Накопители на компакт-дисках
Здесь носителем информации является CD-ROM (Сompact Disk Read-Only Memory - компакт диск, из которого можно только читать).
Записывающие оптические и магнитооптические накопители
· Записывающий накопитель CD-R (Compact Disk Recordable) способен, наряду с прочтением обычных компакт-дисков, записывать информацию на специальные оптические диски емкостью 650 Мб
Накопители на магнитной ленте (стримеры) и накопители на сменных дисках
Стример (англ. tape streamer) — устройство для резервного копирования больших объёмов информации. В качестве носителя здесь применяются кассеты с магнитной л
Монитор на базе электронно-лучевой трубки
Основной элемент дисплея — электронно-лучевая трубка. Её передняя, обращенная к зрителю часть с внутренней стороны покрыта люминофором — специальным веществом, способным из
Жидкокристаллические мониторы
Все шире используются наряду с традиционными ЭЛТ-мониторами. Жидкие кристаллы — это особое состояние некоторых органических веществ, в котором они обладают текучестью и свойством о
Сенсорный экран
Рис. 2.19. Сенсорный экран
Общение с компьютером осуществляется путём прикосновения пальцем к определённому месту чувствительн
World Wide Web — главный информационный сервис.
World Wide Web (WWW, "Всемирная паутина") — гипертекстовая, а точнее, гипермедийная информационная система поиска ресурсов Интернет и доступа к ним.
Электронная почта.
Электронная почта (Electronic mail, англ. mail — почта, сокр. e-mail) cлужит для передачи текстовых сообщений в пределах Интернет, а также между другими сетями электронной почты. К тексту письма со
Cистема телеконференций Usenet (от Users Network).
Эта система организует коллективные обсуждения по различным направлениям, называемые телеконференциями. В каждой телеконференции проводится ряд дискуссий по конкретным темам. Сегодня Usenet имеет б
Системы, основанные на предметных каталогах.
Используют базы данных, формируемые специалистами-редакторами, которые отбирают информацию, устанавливают связи для баз данных, организуют и снабжают данные в разных поисковых категориях перекрёстн
Автоматические индексы.
Переоценить их трудно. Поиск по ключевым словам в одной базе данных, занимающий в худшем случае несколько секунд, принесёт те же результаты, что и обшаривание всех WWW-страниц во всей сети Интернет
Программа пересылки файлов Ftp.
Перемещает копии файлов с одного узла Интернет на другой в соответствии с протоколом FTP (File Transfer Protocol — "протокол передачи файлов"). При этом не имеет значения
Краткая историческая справка
История счётных устройств насчитывает много веков. Ниже в хронологическом порядке приводятся некоторые наиболее значимые события этой истории, их даты и имена участников.
Около 500
Сложение в шестнадцатиричной системе
При сложении цифры суммируются по разрядам, и если при этом возникает избыток, то он переносится влево. Пример 1.
В ы ч и т а н и е
Пример 4. Вычтем единицу из чисел 102, 108 и 1016
У м н о ж е н и е
Выполняя умножение многозначных чисел в различных позиционных системах счисления, можно использовать обычный алгоритм перемножения чисел в столбик, но при этом результаты перемножения и сложения од
Д е л е н и е
Деление в любой позиционной системе счисления производится по тем же правилам, как и деление углом в десятичной системе. В двоичной системе деление выполняется особенно просто, ведь очередная цифра
Диапазоны значений целых чисел со знаком
Формат числа в байтах
Диапазон
Запись с порядком
Обычная запись
-2
Сложение и вычитание
В большинстве компьютеров операция вычитания не используется. Вместо нее производится сложение обратных или дополнительных кодов уменьшаемого и вычитаемого. Это позволяет существен
Умножение и деление
Во многих компьютерах умножение производится как последовательность сложений и сдвигов. Для этого в АЛУ имеется регистр, называемый накапливающим сумматоро
Сложение и вычитание
При сложении и вычитании сначала производится подготовительная операция, называемая выравниванием порядков.
В процессе выравнивания порядков мант
Упражнения
4.1. Используя Правило Счета, запишите первые 20 целых чисел в десятичной, двоичной, троичной, пятеричной и восьмеричной системах счисления. [ Ответ ]
С х е м а ИЛИ
Схема ИЛИ реализует дизъюнкцию двух или более логических значений. Когда хотя бы на одном входе схемы ИЛИ будет единица, на её выходе также будет единица.
С х е м а И—НЕ
Схема И—НЕ состоит из элемента И и инвертора и осуществляет отрицание результата схемы И. Связь между выходом z и входами
С х е м а ИЛИ—НЕ
Схема ИЛИ—НЕ состоит из элемента ИЛИ и инвертора и осуществляет отрицание результата схемы ИЛИ. Связь между выходом z и входами
ОСНОВНЫЕ ЗАКОНЫ АЛГЕБРЫ ЛОГИКИ
Закон
Для ИЛИ
Для И
Переместительный
I. Решение логических задач средствами алгебры логики
Обычно используется следующая схема решения:
изучается условие задачи; вводится система обозначений для логических высказываний; конструируется логическая формула
II. Решение логических задач табличным способом
При использовании этого способа условия, которые содержит задача, и результаты рассуждений фиксируются с помощью специально составленных таблиц.
Пример 3. В симфонический
III. Решение логических задач с помощью рассуждений
Этим способом обычно решают несложные логические задачи.
Пример 6. Вадим, Сергей и Михаил изучают различные иностранные языки: китайский, японский и арабский. На вопрос, к
Упражнения
5.1. Установите, какие из следующих предложений являются логическими высказываниями, а какие — нет (объясните почему):
а) "Солнце есть спутн
ЛОГИЧЕСКИЕ ЗАДАЧИ
5.23. Три девочки — Роза, Маргарита и Анюта представили на конкурс цветоводов корзины выращенных ими роз, маргариток и анютиных глазок. Девочка, вырастившая маргаритки, обратила вн
В противоположность этому, операционная система или инструментальное ПО не вносят прямого вклада в удовлетворение конечных потребностей пользователя.
Прикладные программы могут использоваться либо автономно, то есть решать поставленную задачу без помощи других программ, либо в составе программных комплексов или пакетов.
6.4. Как
Функции и характеристики сетевых операционных систем (ОС)
(по материалам www-сайта Омского государственного технического университета http://edu.omgtu.omskelecom.ru)
К основным функциям сетевых ОС относят:
управление каталогами и ф
Основные служебные слова
алг (алгоритм)
сим (символьный)
дано
для
да
арг (аргумент)
лит (литерный)
Упражнения
7.1. Запишите по правилам алгоритмического языка выражения:
a)
Упражнения
Составьте системы тестов для решения следующих задач:
8.1. Найдите наибольший общий делитель двух заданных целых чисел.
8.2. Най
Табличное кодирование
Схемы табличного кодирования информации не встречаются в живой природе — это изобретение общества. В их основе лежат предварительно созданные таблицы образцов сигналов. Кодируемый сигнал сравнивает
Системы счисления
Вопросы, касающиеся записи чисел и действий с ними, относятся к арифметике. Она вводит в этой области следующую систему понятий.
• Набор правил представления (изображения) и наименования
Кодирование положительных целых чисел
Положительные целые числа кодируются согласно правилам двоичной арифметики. Числа в диапазоне от 0 до 255 записываются одним байтом. Порядок преобразования числа в двоичную форму рассмотрим на п
Кодирование целых чисел со знаком
Теоретически, для знака записи числа можно было бы выделить один бит, например самый старший. Тогда оставшиеся 7 бит позволили бы выразить целые числа от -127 до +127, включая 0. Однако при таком
РАЗРЕШЕНИЕ ИЗОБРАЖЕНИЯ
У каждого физического изображения есть линейные размеры (ширина и высота). Эти размеры могут быть выражены в линейных единицах измерения (метрах, сантиметрах, миллиметрах). Приняв математическую мо
ПСИХОФИЗИОЛОГИ ЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ИЗОБРАЖЕНИЯ
Из курса геометрии мы знаем, что математическая точка — это бесконечно малый объект, имеющий положение в пространстве, но не имеющий таких свойств, как размер и цвет. Чтобы ввести возможность кодир
Форматы записи изображений
И
з-за того, что при кодировании изображений образуются обширные массивы данных, результат кодирования крайне редко используют для непосредств
Кодирование и запись видео
К
одирование видеоизображений основано на разложении видеоряда в виде последовательности отдельных изображений (кадров). На этом, в частности, ос
Лекция 9.2 Файлы и каталоги.
Файл — это последовательность данных неопределённого размера, имеющая собственное имя.
Файл может быть сколь угодно большим и сколь угодно малым. Если в файле не хранитс
Лекция 10 Сжатие данных
Характерной особенностью большинства типов данных является их избыточность. Степень избыточности данных зависит от типа данных. Например, для видеоданных степень избыточности в несколько раз больше
Учебные издания для средних школ
1. Кушниренко А.Г. и др. Информатика. — М.: Дрофа, 1998.
2. Кулаков А.Г., Ландо С.К., Семенов А.Л., Шень А.Х. Алгоритмика, V—VII классы. — М.: Дрофа, 1996.
3. Кузнецов А.А. и др.
Другие издания
29. Власов В.К. и др. Элементы информатики. — М.: Наука, 1988.
30. Абрамов С.А. и др. Задачи по программированию. — М.: Наука, 1988.
31. Дудников Е.Е. Персональные компьютеры. — М
Настройка Turbo Pascal
Предположим, интегрированная среда Turbo Pascal находится в каталоге C:\TP (тогда файл turbo.exe должен находиться в каталоге C:\TP\BIN). Требуется выполнить следу
Настройка .tpp
Рекомендуется: установить среду Turbo Pascal 7.0 в каталог C:\TP. В этом случае запишите на свой диск и запустите на выполнение конфигурационный файл tpp.reg.
Настройка .qbp
Рекомендуется: установить среду Quick Basic в каталог C:\QB. В этом случае запишите на свой диск и запустите на выполнение конфигурационный файл qbp.reg.
Настройка браузера
При принятии файла нестандартного типа браузер выдает запрос на сохранение файла, с возможностью открытия этого файла, если он имеет зарегистрированное расширение. Поэтому, каждый раз при попытке з
Система тестов
Номер теста
Данные
Результат
xA
yA
xB
yB
xC
Система тестов
Номер теста
Проверяемый
случай
Число
Результат
Число положительное
Система тестов
Номер теста
Проверяемый случай
Коэффициенты
Результаты
a
b
c
Система тестов
Номер теста
Проверяемый
случай
Коэффициенты прямых
Результаты
a1
b1
Новости и инфо для студентов