Кодирование звуковой  информации

 С начала 90-х годов персональные компьютеры получили возможность работать со звуковой информацией. Звуковая волна - это непрерывная волна с меняющейся амплитудой и частотой. Чем больше амплитуда сигнала, тем он громче для человека, чем больше частота сигнала, тем выше тон. Для того чтобы компьютер мог обрабатывать звук, непрерывный звуковой сигнал должен быть превращен в последовательность электрических импульсов (двоичных нулей и единиц).  Звуковая волна разбивается на отдельные маленькие временные участки, причем для каждого участка устанавливается определенная величина амплитуды. Каждому участку присваивается определенный код. Этот процесс называется временной дискретизацией.  Естественно, чем меньше "размер" участка, тем выше качество звукозаписи. Представление непрерывного звукового сигнала в виде дискретных цифровых сигналов выполняют специальные устройства – аналогово-цифровые преобразователи (АЦП). Обратное преобразование для воспроизведения звука, закодированного числовым кодом, выполняют цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП). АЦП и ЦАП являются компонентами звуковых карт.

Современные звуковые карты могут обеспечить 16- битную глубину кодирования, т.е. производят кодирование 65536 различных уровней сигнала. Количество различных уровней сигнала (состояний при данном кодировании) можно рассчитать по формуле:

N = 2^I = 2¹⁶ = 65536, где I - глубина звука.

В данном случае каждому значению амплитуды звукового сигнала присваивается 16-битный код.

Качество кодирования зависит от количества от количества измерений уровня сигнала в единицу времени, то есть частоты дискретизации. Чем большее количество измерений производится за 1 секунду (чем больше частота дискретизации), тем точнее процедура двоичного кодирования.

И так, качество двоичного кодирования звука определяется глубиной кодирования и частотой дискретизации.

Количество измерений в секунду может лежать в диапазоне от 8000 до 48000, то есть частота дискретизации аналогового звукового сигнала может принимать значения от 8 до 48 кГц. При частоте 8 кГц качество дискретизированного звукового сигнала соответствует качеству радиотрансляции, а при частоте 48 кГц – качеству звучания ауди0-CD. Возможны как моно-, так и стереорежимы.

Например, информационный объем стереоаудиофайла длительностью звучания 1 секунда при высоком качестве звука (16 битов, 48 кГц) определяется:

16 бит х 48 кГц х 1 сек х 2 = 1 536 000 бит = 192 000 байт = 187,5 Кбайт

Задачи и упражнения

1.      Какое количество уровней звукового сигнала кодируется в устаревших 8-битных звуковых картах?

2.      Рассчитайте объем моно аудио файла длительностью 10 секунд при 16-битном кодировании и частоте дискретизации 44 Кгц.

3.      Одна минута записи цифрового аудиофайла занимает на диске 1,3 Мб, разрядность звуковой платы – 8. С какой частотой дискретизации записан звук?

4.      Объем свободной памяти на диске – 0,01 Гб, разрядность звуковой платы – 16. Какова длительность звучания цифрового аудиофайла, записанного с частотой дискретизации 44100 Гц?

5.      Какой объем памяти требуется для хранения цифрового аудиофайла с записью звука высокого качества при условии, что время звучания составляет 3 минуты?