Несколько заданий по информатике. Темы – объем информации в сообщениях алфавита, объем видеопамяти, звуковая информация.
Объем информации и алфавит
Сообщение записано буквами 16-символьного алфавита, содержит 130 символов. Какой объем информации оно несет?
Ответ.
Количество символов k=130
Формула мощности алфавита:
N = 2^i,
Отсюда
16 = 2^i = 2^4
Общий объем информации равен 130*4 = 520 бит.
Избегайте сложных переходов - они плохо сжимаются и могут оставлять окончательное сжатое видео, выглядящее «толстым» во время движения. Исправленные сокращения обычно лучше. Привлекательные видеопоследовательности не очень сжаты и должны быть недостаточно использованы.
Знайте скорость передачи данных своей аудитории. При предоставлении видео в Интернете создавайте файлы с более низкой скоростью передачи данных. Пользователи с быстрым подключением к Интернету могут просматривать файлы с небольшой задержкой загрузки или без нее, но пользователь с подключением удаленного доступа должен дождаться загрузки файлов. Сделайте короткие клипы, чтобы сохранить время загрузки в допустимых пределах для пользователей удаленного доступа.
Сообщение, составленное с помощью 32-символьного алфавита, содержит 450 символов. Какой объем информации оно несет?
Ответ.
Размер (мощность) алфавита N=32
Количество символов k=450
Формула мощности алфавита:
N = 2^i,
где i – количество бит на один символ.
Отсюда
32 = 2^i = 2^5
Значит, объем символа равен 5 битам.
Общий объем информации равен 450*5 = 2250 бит.
Выберите соответствующую частоту кадров. Частота кадров указывает кадры в секунду. Если у вас более высокий уровень скорости передачи данных, более низкая частота кадров может улучшить воспроизведение по ограниченной полосе пропускания. Например, если вы уплотняете клип с небольшим движением, сокращение его в половину частоты кадров, вероятно, сэкономит только 20% скорости передачи данных. Однако, если вы уплотняете тяжело движущиеся видеоролики, уменьшение частоты кадров будет намного больше влиять на скорость передачи данных.
Поскольку видео выглядит намного лучше при использовании собственных скоростей кадров, оставьте частоту кадров высокой, если позволяют каналы распространения и платформы воспроизведения. Для веб-распространения не забудьте эту деталь в сервисе хостинга. Если вам нужно уменьшить частоту кадров, лучшие результаты получаются путем деления ставки на целые числа. Используйте эти советы при съемке мобильного контента.
Сообщение, составленное с помощью 64-символьного алфавита, содержит 870 символов. Какой объем информации оно несет?
Ответ.
Размер (мощность) алфавита N=64
Количество символов k=870
Формула мощности алфавита:
N = 2^i,
где i – количество бит на один символ.
Отсюда
64 = 2^i = 2^6
Значит, объем символа равен 6 битам.
Общий объем информации равен 870*6 = 5220 бит.
Попытайтесь сохранить тему отдельно от фона; цвета и значения между фоном и объектом не должны быть настолько похожими. Плохое освещение является серьезной проблемой для мобильных устройств и может уменьшить видимость на небольших экранах. Установите частоту кадров для выходного фильма в соответствии с устройством вывода или типом вывода. Частота кадров 22 кадра в секунду является хорошим компромиссом для уменьшения размера файла без потери качества. Уменьшите пленку в максимально возможной степени и удалите любой внешний контент, особенно в пустых кадрах. Для ограничения размера файла может быть выполнено множество действий с предыдущей кодировкой. Некоторые из них применимы к методам фотографии, в то время как другие - это постпроизводственные задачи, которые облегчают уплотняющую часть кодировщика. Работайте в пропорции, соответствующей мобильному выходу. Новые пресеты проекта облегчают эту задачу. Размеры кадра больше, чем эффективный выходной размер, но они соответствуют отношению выходного кадра для облегчения кодирования.
- Узкие фотографии более целесообразны.
- Делайте фотографии и настраивайте их с учетом этого ограничения.
- Избегайте чрезмерного панорамирования или прокрутки.
- В общем, используйте минимальную частоту кадров.
- Совместите цветовую палитру с правильными мобильными устройствами.
- Мобильные устройства обычно имеют ограниченный диапазон цветов.
- Визуализация оттенков серого полезна для сравнения значений.
Информационное сообщение объемом 4 КБайта содержит 4096 символов. Сколько символов содержит алфавит, при помощи которого было записано это сообщение?
Ответ.
Размер (мощность) алфавита N
Количество символов k=4096
Формула мощности алфавита:
N = 2^i,
где i – количество бит на один символ.
Общий объем информации 4 Кб = 4*1024*8 бит = 32768 бит.
Объем символа равен 32768/4096 = 8 бит
Формула мощности алфавита:
N = 2^i,
где i – количество бит на один символ.
Отсюда
N = 2^8 = 256 символов
Чтобы прийти к окончательному выводу, необходимо проанализировать материал, в котором была сохранена среда, в данном случае, рекордер. Проверьте, был ли этот материал должным образом подготовлен или, например, он остался в каком-то месте, что может повредить его. Это должно было бы сделать верную транскрипцию, и, чтобы быть уверенным в идентичности двух дикторов, идеальным было бы все-таки сделать экзамен на конфронтацию голоса, - сказал Соуза.
Он, однако, критиковал другие моменты, такие как изменение названия исходного аудиофайла. Не здорово изменить название файла, чтобы узнать, какой рекордер вышел, - сказала Молина. Федеральный судья Верховного суда Эдсон Фачин, докладчик Лава Джато в Суде, указал в начальном порядке дознания, что у Темера среди расследованных установлено, что в судьях, зарегистрированных Джосли, нет незаконности.
Сколько Килобайтов составляет сообщение из 1024 символов 16-символьного алфавита?
Ответ
Размер (мощность) алфавита N=16
Количество символов k=1024
Формула мощности алфавита:
N = 2^i,
где i – количество бит на один символ.
Отсюда
16 = 2^i = 2^4
Значит, объем символа равен 4 битам.
Общий объем информации равен 1024*4 = 4096 бит = 512 байт = 0,5 Кб.
Следует отметить, все еще и уместно, что Верховный суд в Общем Реперкуссии постановил, что доказательства состоят из экологической записи, сделанной одним из собеседников, не знающими другого. записи в аудио, сделанные возможным сотрудником Джосли Мендонса Батиста, - писал Фачин.
Федеральное государственное министерство подготовило четыре отчета о «проверке записи аудиофайла». Первоначальный анализ должен быть проведен, и дальнейшие исследования должны проводиться после проведения исследования против Темера. Теперь мы обладаем двумя ценными значениями, а именно частотой дискретизации 44, 1 кГц и 16-разрядной высотой квантования.
Письмо состояло из 45 строк. В каждой строке вместе с пробелами было 64 символа. Мощность алфавита – 16 символов. Сколько байт информации содержало письмо?
Ответ.
Размер (мощность) алфавита N=16
Количество символов k = 45*64 = 256
Формула мощности алфавита:
N = 2^i,
где i – количество бит на один символ.
Отсюда
16 = 2^i = 2^4
Значит, объем символа равен 4 битам.
Общий объем информации равен 256*4 = 1024 бит = 128 байт.
Это кодирование является линейным, поскольку выходной сигнал пропорционален аналоговому входному сигналу. Этот блок не является практичным, особенно потому, что данные обычно записываются в виде байтов, то есть 8-битных слов. Но даже здесь мы получаем большое значение: 789 миллионов байт. Для простоты используются кратные. В итоге мы получаем 752 МБ, который округляется до 750 МБ.
Цифровой звук - это общий термин, который относится к преобразованию акустической волны в сигнал или файл, который может быть прочитан компьютером или цифровым записывающим устройством, закодированным как 0 или эта операция позволяет отображать звук, который можно использовать в компьютерной системе, но также сохраните его и передайте.
Сообщение составленное, с помощью 32—символьного алфавита, содержит 450 символов. Какой объем информации оно несет?
Ответ
Размер (мощность) алфавита N = 32
Количество символов k = 450
Формула мощности алфавита
N = 2^i
где i – количество бит на один символ.
Отсюда
32 = 2^i = 2^5
Отсюда объем символа равен 5 бит
Общий объем информации равен 450*5 = 2250 бит
Акустическая волна обычно поднимается микрофоном. Локальные избыточные давления и впадины воздуха, возникающие при распространении звука, создают движения на мембране микрофона. Эти движения генерируют электрический ток магнитной индукцией. Именно этот ток, точнее, его изменения во времени, которые составляют сигнал.
Таким образом, микрофон преобразует сигнал акустического давления в электрический сигнал, пропорциональный этому давлению. Значение аналогового сигнала выражается в вольтах, которые постоянно изменяются. Цифровой сигнал, с другой стороны, преобразуется в 0 и 1: это последовательность двоичных чисел.
Видеопамять
Какой объем видеопамяти необходим для хранения четырех страниц изображения, если битовая глубина равна 24, а разрешающая способность дисплея 1024х768 пикселей?
Ответ.
Количество пикселей на четырех страницах памяти равно 4*1024*768=3 145 728.
Объем видеопамяти равен 24*3 145 728 = 75 497 472 бит = 9 437 184 байт = 9 216 Кбайт = 9 Мбайт.
Преобразователи, интегральные схемы, специализированные в этой задаче, действуют следующим образом: они измеряют через равные промежутки времени значение аналогового сигнала и сразу преобразуют это значение в двоичное число. Эта операция называется выборкой или выборкой.
Частота выборки и количественная оценка. Чтобы максимально точно транслировать аналоговый сигнал, потребуется очень большое количество измерений. Другими словами, чем выше частота дискретизации, тем ближе цифровой перевод будет к аналоговому оригиналу. Для аудиоприложений эта частота дискретизации должна быть не менее удвоенной максимальной частоты аналогового сигнала плюс 10%.
Ответ
800*600 = 480000 пикселей приходится на одну страницу.
4194304/480000 = 8,74 бит на один пиксель. Округляя, получим 8 бит.
Получается, можно использовать 256 цветов (это 8-битовая матрица, 28=256).
Объем видеопамяти равен 2 Мб, битовая глубина - 24, разрешающая способность дисплея — 1600 х 1024. Какое максимальное количество страниц можно использовать при этих условиях?
Ответ
На одну страницу приходится 1600х1024 = 1 638 400 пикселей.
Объем памяти на одну страницу равен 1 638 400 х 24 = 39 321 600 бит.
Объем видеопамяти равен 2 х 1024 х 1024 х 8 = 16 777 216 бит.
При этих условиях видеопамяти не хватит даже на одну страницу.
Если, например, этот сигнал имеет максимальную частоту 1 кГц, частота дискретизации должна быть не менее 2, 1 кГц. Для музыки потребуется минимальная частота дискретизации выше примерно 12 кГц, но для высокой точности требуется 44, 1 кГц. Второй важный момент касается количества бит, доступных для цифрового кодирования.
Каждая цифра, составляющая двоичное число, является одним битом. Если используется только один бит, будут получены только два значения: 0 и Кодоны теперь на четырех битах: число значений достигает 16, т.е. 2 мощности. Каждый раз, когда преобразователь выполняет измерение напряжения аналогового сигнала, он преобразует найденное значение в двоичное число. Понятно, что это двоичное число будет намного более точным, если оно закодировано на 4 бита, а не на 2 бита.
Какой объем видеопамяти необходим для хранения двух страниц изображения, при условии, что разрешающая способность дисплея 1024х576 пикселей, а глубина цвета - 24?
Ответ.
Количество пикселей на двух страницах памяти равно 2*1024*576=1 179 648.
Объем видеопамяти равен 24*1 179 648= 28 311 552 бит = 3 538 944 байт = 3 456 Кбайт = 3,375 Мбайт.
Битовая глубина равна 32, видеопамять делится на две страницы, разрешающая способность дисплея – 800х640. Вычислить объем видеопамяти.
Ответ.
Количество пикселей на двух страницах памяти равно 2*800*640 = 1 024 000.
Объем видеопамяти равен 32х1 024 000= 32 768 000 бит = 4 096 000 байт = 4 000 Кбайт = 3,9 Мбайт.
Существует корреляция между записываемым динамическим диапазоном и разрешением записанного звука. Таким образом, для 8-битного сигнала будет 48 дБ, 16-битный сигнал, 96 дБ, 20 бит, 120 дБ. 20-бит - это профессиональный стандарт. Здесь, из части синусоидального сигнала, серия преобразований от аналогового к цифровому.
Соблюдайте комбинированное влияние частоты дискретизации и увеличения количества битов кодирования. В первом примере сигнал сэмплируется семь раз и кодируется на три бита, следовательно, 8 различных возможных значений. Во втором примере частота дискретизации удваивается, а кодировка выполняется на четырех битах.
Объем видеопамяти равен 2,5 Мб, глубина цвета - 16, разрешающая способность дисплея — 960 х 640. Найти максимальное количество страниц, которое можно использовать при этих условиях.
Ответ
На одну страницу приходится 960х640 = 614 400 пикселей.
Объем памяти на одну страницу равен 614 400 х 16 = 9 830 400 бит.
Объем видеопамяти равен 2,5 х 1024 х 1024 х 8 = 20 971 520 бит.
Количество страниц – 20 971 520 / 9 830 400 = 2,1.
Максимальное количество страниц равно 2.
Удвоение частоты выборки снова, сохраняя четырехбитное кодирование: получается гораздо более удовлетворительная, но все же несовершенная оцифровка. В четвертом и последнем примере частота остается неизменной, но теперь кодирование выполняется на пять бит. Кривая полученных значений аппроксимирует кривую исходного сигнала.
Увеличивая частоту дискретизации и разрешение, вы получаете звук, близкий к оригиналу. Недостатком высоких частот и разрешений является вес сгенерированных файлов. Каковы преимущества оцифровки сигнала? Двоичные электрические сигналы могут быть регенерированы, то есть шум или искажение могут быть устранены. Ширина полосы и динамика сигнала увеличены.
Объем видеопамяти равен 1 Мб. Разрешающая способность дисплея — 800 х 600. Какое максимальное количество цветов можно использовать при условии, что видеопамять делится на две страницы?
Ответ.
На одну страницу приходится 1 Мб/2 = 512 Кб = 512*1024*8 = 4194304 бит
800*600 = 480000 пикселов приходится на одну страницу.
4194304/480000 = 8,74 бит на один пиксел. Округляя, получим 8 бит.
Получается, можно использовать 256 цветов (это 8-битовая матрица, 2^8=256).
Аудиоформаты обычно являются самоописанным типом, то есть файл содержит заголовок, который описывает особенности кодирования. Выбор формата связан с использованием, которое будет сделано из файла. Используется в среде «Причина». Отрисовка выполняется с помощью плагина.
Три основных стандарта кодеков. Полезно только для системных звуков. Использует принцип маскировки частот. Качество воспроизведения песни связано с используемым синтезатором. Возможное воспроизведение цифрового звука. После оцифровки звук можно редактировать, исправлять. Он также может быть передан непосредственно компьютером, который оцифровал его обратным процессом. Используется цифро-аналоговый преобразователь, который повторно интерпретирует последовательность цифр, содержащихся в файле. Этот звук можно воспроизводить в исходном формате или воспроизводить на нескольких выходах той же звуковой карты.
Аудиоинформация
Определить объем памяти для хранения стерео аудиофайла, время звучания которого составляет пять минут при частоте дискретизации 44 кГц и глубине кодирования 16 бит.
Ответ.
i - глубина звука (бит);
Т - время звучания (с).
Отсюда
А = 44000 * 16 * 5*60 = 211 200 000 бит = 25,18 Мб.
Объем свободной памяти на диске — 4 Мбайта, глубина кодирования — 8. Звуковая информация записана с частотой дискретизации 44,1 кГц. Какова длительность звучания такой информации?
Ответ
Для расчета информационного объема закодированного звука (А) используется формула: А = D * i * Т,
где: D - частота дискретизации (Гц);
i - глубина звука (бит);
Т - время звучания (с).
Отсюда
Т = А/ D / i = 4*1024*1024*8/(44,1*1000)/8 = 95 секунд.
Одна минута записи звуковой информации занимает на диске 1,3 Мбайта, глубина кодирования равна 8. С какой частотой дискретизации записан звук?
Ответ
Для расчета информационного объема закодированного звука (А) используется формула: А = D * i * Т,
где: D - частота дискретизации (Гц);
i - глубина звука (бит);
Т - время звучания (с).
Отсюда
D = A/(i*T) = 1,3*1024*1024*8/(8*60) = 22 719 Гц
Какой объем памяти требуется для хранения звуковой информации при времени звучания 3 минуты с частотой дискретизации 44,01 кГц и глубине кодирования 16 бит?
Ответ
Чтобы рассчитать объем памяти для хранения звуковой информации, используем формулу
А = D * i * Т,
где: D - частота дискретизации (Гц);
i - глубина звука (бит);
Т - время звучания (с).
Отсюда
А = 44010*16*3*60 = 126 748 800 бит = 15,1 Мб
Объем свободной памяти на диске — 0,1 Гб, разрядность звуковой платы — 16. Какова длительность звучания цифрового аудиофайла, записанного с частотой дискретизации 44100 Гц?
Формула для расчета длительности звучания: T=A/D/I,
где А - объем памяти, бит;
D - частота дискретизации, Гц:
I - разрядность звуковой платы, бит.
А = 0,1 Гбайт = 858 993 459 бит
D = 44100 Гц
I = 16 бит
Время звучания равно:
858 993 459 бит: 44100 Гц: 16 бит = 1217,4 с = 20,3 мин
Две минуты записи цифрового аудиофайла занимают на диске 5,1 Мб. Частота дискретизации — 22050 Гц. Какова разрядность аудиоадаптера?
Ответ
Определим разрядность по формуле
i = A/(D * t),
где: D - частота дискретизации (Гц);
А – объем памяти (бит);
Т - время звучания (с).
i = 5,1*1024*1024*8/(22050*2*60) = 16 бит
Цели:
образовательные:
- Познакомиться с технологией двоичного кодирования файлов формата Wav
- Научиться решать задачи на определение объема звукового файла формата WAV
Временная дискретизация - процесс, при котором, во время кодирования непрерывного звукового сигнала, звуковая волна разбивается на отдельные маленькие временные участки, причем для каждого такого участка устанавливается определенная величина амплитуды. Чем больше амплитуда сигнала, тем громче звук.
Глубина звука (глубина кодирования) - количество бит на кодировку звука.
Уровни громкости (уровни сигнала) - звук может иметь различные уровни громкости. Количество различных уровней громкости рассчитываем по формуле N = 2 I где I - глубина звука.
Частота дискретизации - количество измерений уровня входного сигнала в единицу времени (за 1 сек). Чем больше частота дискретизации, тем точнее процедура двоичного кодирования. Частота измеряется в герцах (Гц). 1 измерение за 1 секунду -1 ГЦ.
1000 измерений за 1 секунду 1 кГц. Обозначим частоту дискретизации буквой D . Для кодировки выбирают одну из трех частот: 44,1 КГц, 22,05 КГц, 11,025 КГц.
Считается, что диапазон частот, которые слышит человек, составляет от 20 Гц до 20 кГц .
Качество двоичного кодирования - величина, которая определяется глубиной кодирования и частотой дискретизации.
Аудиоадаптер (звуковая плата) - устройство, преобразующее электрические колебания звуковой частоты в числовой двоичный код при вводе звука и обратно (из числового кода в электрические колебания) при воспроизведении звука.
Характеристики аудиоадаптера: частота дискретизации и разрядность регистра.).
Разрядность регистра - число бит в регистре аудиоадаптера. Чем больше разрядность, тем меньше погрешность каждого отдельного преобразования величины электрического тока в число и обратно. Если разрядность равна I , то при измерении входного сигнала может быть получено 2 I = N различных значений.
Размер цифрового моноаудиофайла (A ) измеряется по формуле:
A = D * T * I /8 , где D - частота дискретизации (Гц), T - время звучания или записи звука, I разрядность регистра (разрешение). По этой формуле размер измеряется в байтах.
Размер цифрового стереоаудиофайла (A ) измеряется по формуле:
A =2* D * T * I /8 , сигнал записан для двух колонок, так как раздельно кодируются левый и правый каналы звучания.
Учащимся полезно выдать таблицу 1 , показывающую, сколько Мб будет занимать закодированная одна минута звуковой информации при разной частоте дискретизации:
Алгоритм 1 (Вычислить информационный объем звукового файла):
1) выяснить, сколько всего значений считывается в память за время звучания файла;
2) выяснить разрядность кода (сколько бит в памяти занимает каждое измеренное значение);
3) перемножить результаты;
4) перевести результат в байты;
5) перевести результат в К байты;
6) перевести результат в М байты;
Алгоритм 2 (Вычислить время звучания файла.)
1) Информационный объем файла перевести в К байты.
2) Информационный объем файла перевести в байты.
3) Информационный объем файла перевести в биты.
4) Выяснить, сколько значений всего измерялось (Информационный объем в битах поделить на разрядность кода).
5) Вычислить количество секунд звучания. (Предыдущий результат поделить на частоту дискретизации.)
1. Размер цифрового файла
Уровень «3»
1. Определить размер (в байтах) цифрового аудиофайла, время звучания которого составляет 10 секунд при частоте дискретизации 22,05 кГц и разрешении 8 бит. Файл сжатию не подвержен.
Решение:
Формула для расчета размера (в байтах) цифрового аудио-файла: A = D * T * I /8.
Для перевода в байты полученную величину надо разделить на 8 бит.
22,05 кГц =22,05 * 1000 Гц =22050 Гц
A = D * T * I /8 = 22050 х 10 х 8 / 8 = 220500 байт.
Ответ: размер файла 220500 байт.
2. Определить объем памяти для хранения цифрового аудиофайла, время звучания которого составляет две минуты при частоте дискретизации 44,1 кГц и разрешении 16 бит.
Решение :
A = D * T * I /8. - объем памяти для хранения цифрового аудиофайла.
44100 (Гц) х 120 (с) х 16 (бит) /8 (бит) = 10584000 байт= 10335,9375 Кбайт= 10,094 Мбайт.
Ответ: ≈ 10 Мб
Уровень «4»
3. В распоряжении пользователя имеется память объемом 2,6 Мб. Необходимо записать цифровой аудиофайл с длительностью звучания 1 минута. Какой должна быть частота дискретизации и разрядность?
Решение:
Формула для расчета частоты дискретизации и разрядности: D* I =А/Т
(объем памяти в байтах) : (время звучания в секундах):
2, 6 Мбайт= 2726297,6 байт
D* I =А/Т= 2726297,6 байт: 60 = 45438,3 байт
D=45438,3 байт: I
Разрядность адаптера может быть 8 или 16 бит. (1 байт или 2 байта). Поэтому частота дискретизации может быть либо 45438,3 Гц = 45,4 кГц ≈ 44,1 кГц -стандартная характерная частота дискретизации, либо 22719,15 Гц = 22,7 кГц ≈ 22,05 кГц - стандартная характерная частота дискретизации
Ответ:
|
Частота дискретизации |
Разрядность аудиоадаптера |
|
|
1 вариант |
22,05 КГц |
16 бит |
|
2 вариант |
44,1 КГц |
8 бит |
4. Объем свободной памяти на диске — 5,25 Мб, разрядность звуковой платы — 16. Какова длительность звучания цифрового аудиофайла, записанного с частотой дискретизации 22,05 кГц?
Решение:
Формула для расчета длительности звучания: T=A/D/I
(объем памяти в байтах) : (частота дискретизации в Гц) : (разрядность звуковой платы в байтах):
5,25 Мбайт = 5505024 байт
5505024 байт: 22050 Гц: 2 байта = 124,8 сек
Ответ: 124,8 секунды
5. Одна минута записи цифрового аудиофайла занимает на диске 1,3 Мб, разрядность звуковой платы — 8. С какой частотой дискретизации записан звук?
Решение:
Формула для расчета частоты дискретизации: D =А/Т/I
(объем памяти в байтах) : (время записи в секундах) : (разрядность звуковой платы в байтах)
1,3 Мбайт = 1363148,8 байт
1363148,8 байт: 60: 1 = 22719,1 Гц
Ответ: 22,05 кГц
6. Две минуты записи цифрового аудиофайла занимают на диске 5,1 Мб. Частота дискретизации — 22050 Гц. Какова разрядность аудиоадаптера?
Решение:
Формула для расчета разрядности: (объем памяти в байтах) : (время звучания в секундах): (частота дискретизации):
5, 1 Мбайт= 5347737,6 байт
5347737,6 байт: 120 сек: 22050 Гц= 2,02 байт =16 бит
Ответ: 16 бит
7. Объем свободной памяти на диске — 0,01 Гб, разрядность звуковой платы — 16. Какова длительность звучания цифрового аудиофайла, записанного с частотой дискретизации 44100 Гц?
Решение:
Формула для расчета длительности звучания T=A/D/I
(объем памяти в байтах) : (частота дискретизации в Гц) : (разрядность звуковой платы в байтах)
0,01 Гб = 10737418,24 байт
10737418,24 байт: 44100: 2 = 121,74 сек =2,03 мин
Ответ: 20,3 минуты
8. Оцените информационный объем моноаудиофайла длительностью звучания 1 мин. если "глубина" кодирования и частота дискретизации звукового сигнала равны соответственно:
а) 16 бит и 8 кГц;
б) 16 бит и 24 кГц.
Решение:
а).
16 бит х 8 000 = 128000 бит = 16000 байт = 15,625 Кбайт/с
15,625 Кбайт/с х 60 с = 937,5 Кбайт
б).
1) Информационный объем звукового файла длительностью в 1 секунду равен:
16 бит х 24 000 = 384000 бит = 48000 байт = 46,875 Кбайт/с
2) Информационный объем звукового файла длительностью 1 минута равен:
46,875 Кбайт/с х 60 с =2812,5 Кбайт = 2,8 Мбайт
Ответ: а) 937,5 Кбайт; б) 2,8 Мбайт
Уровень «5»
Используется таблица 1
9. Какой объем памяти требуется для хранения цифрового аудиофайла с записью звука высокого качества при условии, что время звучания составляет 3 минуты?
Решение:
Высокое качество звучания достигается при частоте дискретизации 44,1КГц и разрядности аудиоадаптера, равной 16.
Формула для расчета объема памяти: (время записи в секундах) x (разрядность звуковой платы в байтах) x (частота дискретизации):
180 с х 2 х 44100 Гц = 15876000 байт = 15,1 Мб
Ответ: 15,1 Мб
10. Цифровой аудиофайл содержит запись звука низкого качества (звук мрачный и приглушенный). Какова длительность звучания файла, если его объем составляет 650 Кб?
Решение:
Для мрачного и приглушенного звука характерны следующие параметры: частота дискретизации — 11, 025 КГц, разрядности аудиоадаптера — 8 бит (см. таблицу 1). Тогда T=A/D/I. Переведем объем в байты: 650 Кб = 665600 байт
Т=665600 байт/11025 Гц/1 байт ≈60.4 с
Ответ: длительность звучания равна 60,5 с
Решение:
Информационный объем звукового файла длительностью в 1 секунду равен:
16 бит х 48 000 х 2 = 1 536 000 бит = 187,5 Кбайт (умножили на 2, так как стерео).
Информационный объем звукового файла длительностью 1 минута равен:
187,5 Кбайт/с х 60 с ≈ 11 Мбайт
Ответ: 11 Мб
Ответ: а) 940 Кбайт; б) 2,8 Мбайт.
12. Рассчитайте время звучания моноаудиофайла, если при 16-битном кодировании и частоте дискретизации 32 кГц его объем равен:
а) 700 Кбайт;
б) 6300 Кбайт
Решение:
а).
1) Информационный объем звукового файла длительностью в 1 секунду равен:
700 Кбайт: 62,5 Кбайт/с = 11,2 с
б).
1) Информационный объем звукового файла длительностью в 1 секунду равен:
16 бит х 32 000 = 512000 бит = 64000 байт = 62,5 Кбайт/с
2) Время звучания моноаудиофайла объемом 700 Кбайт равно:
6300 Кбайт: 62,5 Кбайт/с = 100,8 с = 1,68 мин
Ответ: а) 10 сек; б) 1,5 мин.
13. Вычислить, сколько байт информации занимает на компакт-диске одна секунда стереозаписи (частота 44032 Гц, 16 бит на значение). Сколько занимает одна минута? Какова максимальная емкость диска (считая максимальную длительность равной 80 минутам)?
Решение:
Формула для расчета объема памяти A
=
D
*
T
*
I
:
(время записи в секундах) * (разрядность звуковой платы в байтах) * (частота дискретизации). 16 бит -2 байта.
1) 1с х 2 х 44032 Гц = 88064 байт (1 секунда стереозаписи на компакт-диске)
2) 60с х 2 х 44032 Гц = 5283840 байт (1 минута стереозаписи на компакт-диске)
3) 4800с х 2 х 44032 Гц = 422707200 байт=412800 Кбайт=403,125 Мбайт (80 минут)
Ответ: 88064 байт (1 секунда), 5283840 байт (1 минута), 403,125 Мбайт (80 минут)
2. Определение качества звука.
Для определения качества звука надо найти частоту дискретизации и воспользоваться таблицей №1
256 (2 8) уровней интенсивности сигнала -качество звучания радиотрансляции, использованием 65536 (2 16) уровней интенсивности сигнала - качество звучания аудио-CD. Самая качественная частота соответствует музыке, записанной на компакт-диске. Величина аналогового сигнала измеряется в этом случае 44 100 раз в секунду.
Уровень «5»
13. Определите качество звука (качество радиотрансляции, среднее качество, качество аудио-CD) если известно, что объем моноаудиофайла длительностью звучания в 10 сек. равен:
а) 940 Кбайт;
б) 157 Кбайт.
(, стр. 76, №2.83)
Решение:
а).
1) 940 Кбайт= 962560 байт = 7700480 бит
2) 7700480 бит: 10 сек = 770048 бит/с
3) 770048 бит/с: 16 бит = 48128 Гц -частота дискретизации - близка к самой высокой 44,1 КГц
Ответ: качество аудио-CD
б).
1) 157 Кбайт= 160768 байт = 1286144 бит
2) 1286144 бит: 10 сек = 128614,4 бит/с
3) 128614,4 бит/с: 16 бит = 8038,4 Гц
Ответ: качество радиотрансляции
Ответ: а) качество CD; б) качество радиотрансляции.
14. Определите длительность звукового файла, который уместится на гибкой дискете 3,5”. Учтите, что для хранения данных на такой дискете выделяется 2847 секторов объемом 512 байт.
а) при низком качестве звука: моно, 8 бит, 8 кГц;
б) при высоком качестве звука: стерео, 16 бит, 48 кГц.
(, стр. 77, №2.85)
Решение:
а).
8 бит х 8 000 = 64 000 бит = 8000 байт = 7,8 Кбайт/с
3) Время звучания моноаудиофайла объемом 1423,5 Кбайт равно:
1423,5 Кбайт: 7,8 Кбайт/с = 182,5 с ≈ 3 мин
б).
1) Информационный объем дискеты равен:
2847 секторов х 512 байт = 1457664 байт = 1423,5 Кбайт
2) Информационный объем звукового файла длительностью в 1 секунду равен:
16 бит х 48 000 х 2= 1 536 000 бит = 192 000 байт = 187,5 Кбайт/с
3) Время звучания стереоаудиофайла объемом 1423,5 Кбайт равно:
1423,5 Кбайт: 187,5 Кбайт/с = 7,6 с
Ответ: а) 3 минуты; б) 7,6 секунды.
3. Двоичное кодирование звука.
При решении задач пользуется следующим теоретическим материалом:
Для того, чтобы кодировать звук, аналоговый сигнал, изображенный на рисунке,
плоскость разбивается на вертикальные и горизонтальные линии. Вертикальное разбиение -это дискретизация аналогового сигнала (частота измерения сигнала), горизонтальное разбиение - квантование по уровню. Т.е. чем мельче сетка - тем качественнее приближен аналоговый звук с помощью цифр. Восьмибитное квантование применяется для оцифровки обычной речи (телефонного разговора) и радиопередач на коротких волнах. Шестнадцатибитное - для оцифровки музыки и УКВ (ультро-коротко-волновые) радиопередач.
Уровень «3»
15. Аналоговый звуковой сигнал был дискретизирован сначала с использованием 256 уровней интенсивности сигнала (качество звучания радиотрансляции), а затем с использованием 65536 уровней интенсивности сигнала (качество звучания аудио-CD). Во сколько раз различаются информационные объемы оцифрованного звука? (, стр. 77, №2.86)
Решение:
Длина кода аналогового сигнала с использованием 256 уровней интенсивности сигнала равна 8 битам, с использованием 65536 уровней интенсивности сигнала равна 16 битам. Так как длина кода одного сигнала увеличилась вдвое, то информационные объемы оцифрованного звука различаются в 2 раза.
Ответ: в 2 раза.
Уровень « 4»
16. Согласно теореме Найквиста—Котельникова, для того чтобы аналоговый сигнал можно было точно восстановить по его дискретному представлению (по его отсчетам), частота дискретизации должна быть как минимум вдвое больше максимальной звуковой частоты этого сигнала.
- Какова должна быть частота дискретизации звука, воспринимаемого человеком?
- Что должно быть больше: частота дискретизации речи или частота дискретизации звучания симфонического оркестра?
Цель: познакомить учащихся с характеристиками аппаратных и программных средств работы со звуком. Виды деятельности: привлечение знаний из курса физики (или работа со справочниками). (, стр. ??, задача 2)
Решение:
Считается, что диапазон частот, которые слышит человек, составляет от 20 Гц до 20 кГц. Таким образом, по теореме Найквиста—Котельникова, для того чтобы аналоговый сигнал можно было точно восстановить по его дискретному представлению (по его отсчетам), частота дискретизации должна быть как минимум вдвое больше максимальной звуковой частоты этого сигнала. Максимальная звуковая частота которую слышит человек -20 КГц, значит, аппарату ра и программные средства должны обеспечивать частоту дискретизации не менее 40 кГц, а точнее 44,1 КГц. Компьютерная обработка звучания симфонического оркестра предполагает более высокую частоту дискретизации, чем обработка речи, поскольку диапазон частот в случае симфонического оркестра значительно больше.
Ответ: не меньше 40 кГц, частота дискретизации симфонического оркестра больше.
Уровень»5»
17. На рисунке изображено зафиксированное самописцем звучание 1 секунды речи. Закодируйте его в двоичном цифровом коде с частотой 10 Гц и длиной кода 3 бита. (, стр. ??, задача 1)
Решение:
Кодирование с частотой 10 Гц означает, что мы должны измерить высоту звука 10 раз за секунду. Выберем равноотстоящие моменты времени:
Длина кода в 3 бита означает 2 3 = 8 уровней квантования. То есть в качестве числового кода высоты звука в каждый выбранный момент времени мы можем задать одну из следующих комбинаций: 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, 111. Их всего 8, следовательно, высоту звука можно измерять на 8 «уровнях»:
«Округлять» значения высоты звука будем до ближайшего нижнего уровня:
Используя данный способ кодирования, мы получим следующий результат (пробелы поставлены для удобства восприятия): 100 100 000 011 111 010 011 100 010 110.
Примечание. Целесообразно обратить внимание учащихся на то, насколько неточно код передает изменение амплитуды. То есть частота дискретизации 10 Гц и уровень квантования 2 3 (3 бита) слишком малы. Обычно для звука (голоса) выбирают частоту дискретизации 8 кГц, т. е. 8000 раз в секунду, и уровень квантования 2 8 (код длиной 8 бит).
Ответ: 100 100 000 011 111 010 011 100 010 110.
18. Объясните, почему уровень квантования относится, наряду с частотой дискретизации, к основным характеристикам представления звука в компьютере. Цели: закрепить понимание учащимися понятий «точность представления данных», «погрешность измерения», «погрешность представления»; повторить с учащимися двоичное кодирование и длину кода. Вид деятельности: работа с определениями понятий. (, стр. ??, задача 3)
Решение:
В геометрии, физике, технике есть понятие «точность измерения», тесно связанное с понятием «погрешность измерения». Но есть еще и понятие «точность представления».
Например, про рост человека можно сказать, что он: а) около. 2 м, б) чуть больше 1,7 м, в) равен 1 м 72 см, г) равен 1 м 71 см 8 мм. То есть для обозначения измеренного роста можно использовать 1, 2, 3 или 4 цифры.
Так же и для двоичного кодирования. Если для записи высоты звука в конкретный момент времени использовать только 2 бита, то, даже если измерения были точны, передать можно только 4 уровня: низкий (00), ниже среднего (01), выше среднего (10), высокий (11). Если использовать 1 байт, то можно передать 256 уровней. Чем выше уровень квантования
, или, что то же самое, чем больше битов отводится для записи измеренного значения, тем точнее передается это значение.
Примечание. Следует отметить, что измерительный инструмент тоже должен поддерживать выбранный уровень квантования (длину, измеренную линейкой с дециметровыми делениями, нет смысла представлять с точностью до миллиметра).
Похожие статьи
