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Kodierung von Audioinformationen. Vorbereitung auf das Einheitliche Staatsexamen

1.Welches Computergerät modelliert das menschliche Denken?
-CPU

2. Maßnahmen auf Ausgangsinformationen (Fakten) nach bestimmten Regeln sind
-Datenverarbeitung

3.Wählen Sie eine Regel aus den vorgeschlagenen Nachrichten aus
-Bei der Multiplikation einfacher Brüche werden deren Zähler und Nenner multipliziert

4. Für wen dürfte die folgende Botschaft am aufschlussreichsten sein: „Ein Programm ist ein in einer Programmiersprache geschriebener Algorithmus“?
-Anfänger-Programmierer

5.Wo werden das aktuell laufende Programm und die von ihm verarbeiteten Daten gespeichert?
- im RAM

6.Welches Computergerät führt den Sound-Sampling-Prozess durch?
-Soundkarte

7. Der Informationsgehalt einer von einer Person empfangenen Nachricht wird bestimmt
-Verfügbarkeit von neuem Wissen und Klarheit

8. Fügen Sie anstelle von Auslassungspunkten die entsprechenden Konzepte ein: „Das Verzeichnis enthält Informationen über … gespeichert in …“
A) Dateien, externer Speicher

9.Geben Sie die Befehle an, die bei Ausführung das ausgewählte Fragment in der Zwischenablage ablegen
B) Ausschneiden und Kopieren

10.Welche der folgenden Aktionen beziehen sich auf die Textformatierung?
-Einstellung des Nivellierungsmodus

11. Die Anwendungssoftware umfasst:
B) Texteditoren

12.Betriebssystem ist
- eine Reihe von Programmen, die die Steuerung des Computers und seine Interaktion mit dem Benutzer organisieren

13.Vorgeschlagene Befehle
5Stellen Sie Laufwerk A auf Strom.
2Erstellen Sie das TOWN-Verzeichnis
3Erstellen Sie ein STREET-Verzeichnis
1Erstellen Sie die Datei Home.txt
4Geben Sie das erstellte Verzeichnis ein
Ordnen Sie die nummerierten Befehle so an, dass ein Algorithmus entsteht, der auf einer leeren Diskette eine Datei mit dem vollständigen Namen A:\TOWN\STREET\Home.txt erstellt
B) 5,2,3,1

14. Zum Speichern von Text sind 84000 Bit erforderlich. Wie viele Seiten benötigt dieser Text, wenn die Seite 30 Zeilen mit 70 Zeichen pro Zeile enthält? Zur Kodierung von Text wird eine Kodierungstabelle mit 256 Zeichen verwendet.
84000/(log(256)/log(2))/30/70 = 5

15.Das Buch besteht aus 64 Seiten. Jede Seite hat 256 Zeichen. Wie viele Informationen sind in einem Buch enthalten, wenn es ein 32-stelliges Alphabet verwendet?
A) 81920 Byte B) 40 KB C) 10 KB D) 16 KB E) 64 KB
64*256*(log(32)/log(2)) /8/1024 = 10

16. Wie viele Zeichen enthält eine Nachricht, die mit einem 16-stelligen Alphabet geschrieben wurde, wenn ihr Volumen 1/16 Megabyte beträgt?
(1/16)*1024*1024*8/(log(16)/log(2)) = 131072

17. Wie viel Speicher benötigt ein Grafikbild, wenn es eine Größe von 40 x 60 hat und ein 32-Bit-Binärcode zur Codierung der Pixelfarbe verwendet wird?
A) 2400 Bytes B) 2100 Bytes C) 960 Bytes D) 9600 Bytes E) 12000 Bytes
40*60*32/8 = 9600

18.Text belegt 0,25 KB Speicher. Wie viele Zeichen enthält dieser Text, wenn eine Kodierungstabelle mit 256 Zeichen verwendet wird?
0,25*1024*8/(log(256)/log(2)) = 256

19. Wie viele Informationsbits sind in einer Viertelkilobyte-Nachricht enthalten?
1/4*1024*8 = 2048

Prinzipien der Audio-Digitalisierung

Digitaler Ton ist ein analoges Audiosignal, das durch diskrete numerische Werte seiner Amplitude dargestellt wird.

Audio-Digitalisierung- Technologie des geteilten Zeitschritts und anschließende Aufzeichnung der erhaltenen Werte in numerischer Form.
Ein anderer Name für Audio-Digitalisierung ist Analog-Digital-Wandlung Klang.

Die Audiodigitalisierung umfasst zwei Prozesse:

  • der Prozess der zeitlichen Abtastung (Abtastung) eines Signals
  • Amplitudenquantisierungsprozess.

Zeitabtastung

Zeitabtastprozess - der Prozess des Erhaltens der Werte eines umgewandelten Signals mit einem bestimmten Zeitschritt - Probenahmeschritt. Man nennt die Anzahl der in einer Sekunde durchgeführten Signalstärkemessungen Abtastrate oder Abtastrate, oder Abtastrate(vom englischen „sampling“ – „sampling“). Je kleiner der Abtastschritt ist, desto höher ist die Abtastfrequenz und desto genauer ist die Darstellung des Signals, das wir erhalten.
Dies wird durch den Satz von Kotelnikov bestätigt (in der ausländischen Literatur findet man ihn als Satz von Shannon, Shannon). Demnach kann ein analoges Signal mit begrenztem Spektrum durch eine diskrete Folge von Werten seiner Amplitude genau beschrieben werden, wenn diese Werte mit einer Frequenz aufgenommen werden, die mindestens doppelt so hoch ist wie die höchste Frequenz des Signalspektrums. Das heißt, ein analoges Signal, bei dem die höchste Frequenz des Spektrums gleich F m ist, kann durch eine Folge diskreter Amplitudenwerte genau dargestellt werden, wenn für die Abtastfrequenz F d gilt: F d >2F m .
In der Praxis bedeutet dies, dass die gewählte Abtastfrequenz mindestens 40 kHz betragen muss, damit das digitalisierte Signal Informationen über den gesamten Bereich der hörbaren Frequenzen des ursprünglichen analogen Signals (0 - 20 kHz) enthält. Man nennt die Anzahl der Amplitudenmessungen pro Sekunde Abtastrate(wenn der Abtastschritt konstant ist).
Die Hauptschwierigkeit bei der Digitalisierung besteht darin, dass gemessene Signalwerte nicht mit perfekter Genauigkeit erfasst werden können.

Lineare (gleichmäßige) Amplitudenquantisierung

Lassen Sie uns N Bits zuweisen, um einen Wert der Signalamplitude im Computerspeicher aufzuzeichnen. Das bedeutet, dass man mit einem N-Bit-Wort 2 N verschiedene Positionen beschreiben kann. Lassen Sie die Amplitude des digitalisierten Signals zwischen -1 und 1 einiger herkömmlicher Einheiten liegen. Stellen wir uns diesen Bereich von Amplitudenänderungen – den dynamischen Bereich des Signals – in Form von 2 N -1 gleichen Intervallen vor, die ihn in 2 N Ebenen – Quanten – unterteilen. Um nun jeden einzelnen Amplitudenwert aufzuzeichnen, muss dieser auf die nächste Quantisierungsstufe gerundet werden. Dieser Vorgang wird Amplitudenquantisierung genannt. Amplitudenquantisierung – der Prozess des Ersetzens realer Signalamplitudenwerte durch mit einiger Genauigkeit angenäherte Werte. Jede der 2N möglichen Ebenen wird als Quantisierungsebene bezeichnet, und der Abstand zwischen den beiden nächsten Quantisierungsebenen wird als Quantisierungsschritt bezeichnet. Wenn die Amplitudenskala linear in Stufen unterteilt wird, spricht man von einer linearen (homogenen) Quantisierung.
Die Rundungsgenauigkeit hängt von der gewählten Anzahl (2 N) der Quantisierungsstufen ab, die wiederum von der Anzahl der Bits (N) abhängt, die zur Aufzeichnung des Amplitudenwerts zugewiesen sind. Die Zahl N wird aufgerufen Quantisierungsbittiefe(d. h. die Anzahl der Ziffern, also Bits, in jedem Wort) und die Zahlen, die sich aus der Rundung der Amplitudenwerte ergeben, sind Zählungen oder Proben(vom englischen „sample“ – „measurement“). Es wird davon ausgegangen, dass Quantisierungsfehler, die durch die 16-Bit-Quantisierung entstehen, für den Hörer nahezu unbemerkt bleiben. Diese Methode der Signaldigitalisierung – Signalabtastung in der Zeit in Kombination mit der Methode der homogenen Quantisierung – wird genannt Pulscodemodulation, PCM(Englisch: Pulse Code Modulation – PCM).
Das digitalisierte Signal in Form einer Reihe aufeinanderfolgender Amplitudenwerte kann bereits im Computerspeicher abgelegt werden. Für den Fall, dass absolute Amplitudenwerte erfasst werden, wie z Aufnahmeformat angerufen PCM(Pulscodemodulation). Die seit den frühen 1980er Jahren verwendete Standard-Audio-CD (CD-DA) speichert Informationen im PCM-Format mit einer Abtastfrequenz von 44,1 kHz und einer Quantisierungsbittiefe von 16 Bit.

Andere Digitalisierungsmethoden

Analog-Digital-Wandler (ADCs)

Der oben beschriebene Audio-Digitalisierungsprozess wird von Analog-Digital-Wandlern (ADCs) durchgeführt.
Diese Konvertierung umfasst die folgenden Vorgänge:

  1. Die Bandbreitenbegrenzung erfolgt über einen Tiefpassfilter zur Unterdrückung von Spektralanteilen, deren Frequenz die halbe Abtastfrequenz überschreitet.
  2. Zeitliche Abtastung, also Ersetzen eines kontinuierlichen analogen Signals durch eine Folge seiner Werte zu diskreten Zeitpunkten – Abtastungen. Dieses Problem wird durch die Verwendung einer speziellen Schaltung am Eingang des ADC gelöst – einem Sample-and-Hold-Gerät.
  3. Bei der Pegelquantisierung handelt es sich um das Ersetzen eines Signalabtastwerts durch den nächstgelegenen Wert aus einer Reihe fester Werte – Quantisierungspegel.
  4. Kodierung oder Digitalisierung, wodurch der Wert jedes quantisierten Abtastwerts als Zahl dargestellt wird, die der Seriennummer der Quantisierungsstufe entspricht.

Dies geschieht wie folgt: Ein kontinuierliches analoges Signal wird in Abschnitte „geschnitten“, mit einer Abtastfrequenz wird ein digitales diskretes Signal erhalten, das einen Quantisierungsprozess mit einer bestimmten Bittiefe durchläuft und anschließend codiert, also ersetzt wird durch eine Folge von Codesymbolen. Um Ton im Frequenzbereich von 20–20.000 Hz aufzunehmen, ist eine Abtastfrequenz von 44,1 und höher erforderlich (derzeit sind ADCs und DACs mit Abtastfrequenzen von 192 und sogar 384 kHz erschienen). Um eine qualitativ hochwertige Aufnahme zu erhalten, reichen 16 Bit aus, aber um den Dynamikumfang zu erweitern und die Qualität von Tonaufnahmen zu verbessern, werden 24 (seltener 32) Bit verwendet.

Kodierung digitalisierter Audiodaten vor der Aufnahme auf Medien

Es gibt viele verschiedene Möglichkeiten, digitales Audio zu speichern. Digitalisierter Ton ist eine Reihe von Signalamplitudenwerten, die in bestimmten Intervallen erfasst werden.

Terminologie

  • Encoder – ein Programm (oder Gerät), das einen bestimmten Datencodierungsalgorithmus implementiert (z. B. ein Archivierer oder ein MP 3-Encoder), der Quellinformationen als Eingabe verwendet und codierte Informationen in einem bestimmten Format als Ausgabe zurückgibt.
  • Decoder – ein Programm (oder Gerät), das die umgekehrte Umwandlung eines codierten Signals in ein decodiertes Signal durchführt.
  • Codec (aus dem Englischen „codec“ – „Coder/Decoder“) – eine Software- oder Hardwareeinheit, die zum Kodieren/Dekodieren von Daten entwickelt wurde.

Die gängigsten Codecs

  • MP3 – MPEG-1 Layer 3
  • OGG – Ogg Vorbis
  • WMA – Windows Media Audio
  • MPC - MusePack
  • AAC – MPEG-2/4 AAC (Advanced Audio Coding)
    • MPEG-2 AAC-Standard
    • MPEG-4 AAC-Standard

Einige Audio-Digitalisierungsformate im Vergleich

Hauptartikel: Vergleich von Audioformaten

Namen formatieren Quantisierung, Bit Abtastfrequenz, kHz Anzahl der Kanäle Menge des Datenflusses von der Festplatte, kbit/s Kompressions-/Packungsverhältnis
16 44,1 2 1411,2 1:1 ohne Niederlage
Dolby Digital (AC3) 16-24 48 6 bis 640 ~12:1 mit Verlusten
DTS 20-24 48; 96 bis zu 8 vor 1536 ~3:1 mit Verlusten
DVD-Audio 16; 20; 24 44,1; 48; 88,2; 96 6 6912 2:1 ohne Niederlage
DVD-Audio 16; 20; 24 176,4; 192 2 4608 2:1 ohne Niederlage
MP3 schwebend bis 48 2 bis zu 320 ~11:1 mit Verlusten
A.A.C. schwebend bis 96 bis 48 bis 529 mit Verlusten
AAC+ (SBR) schwebend bis 48 2 bis zu 320 mit Verlusten
Ogg Vorbis bis 32 bis 192 bis 255 bis 1000 mit Verlusten
WMA bis 24 bis 96 bis zu 8 bis 768 2:1, verlustfreie Version verfügbar

Vollständiger Zyklus der Tonkonvertierung: von der Digitalisierung bis zur Verbraucherwiedergabe

Vollständiger Zyklus der Tonkonvertierung: von der Digitalisierung bis zur Wiedergabe

Ziel. Verstehen Sie den Prozess der Umwandlung von Toninformationen und beherrschen Sie die Konzepte, die zur Berechnung der Lautstärke von Toninformationen erforderlich sind. Lernen Sie, Probleme zu einem Thema zu lösen.

Zielmotivation. Vorbereitung auf das Einheitliche Staatsexamen.

Unterrichtsplan

1. Sehen Sie sich eine Präsentation zum Thema mit Kommentaren des Lehrers an. Anhang 1

Präsentationsmaterial: Kodierung von Audioinformationen.

Seit Anfang der 90er Jahre können Personalcomputer mit Audioinformationen arbeiten. Jeder Computer, der über eine Soundkarte, ein Mikrofon und Lautsprecher verfügt, kann Audioinformationen aufzeichnen, speichern und wiedergeben.

Der Prozess der Umwandlung von Schallwellen in Binärcode im Computerspeicher:

Der Prozess der Wiedergabe von im Computerspeicher gespeicherten Audioinformationen:

Klang ist eine Schallwelle mit sich ständig ändernder Amplitude und Frequenz. Je größer die Amplitude, desto lauter ist es für einen Menschen; je höher die Frequenz des Signals, desto höher der Ton. Mithilfe von Computersoftware lässt sich nun ein kontinuierliches Audiosignal in eine Folge elektrischer Impulse umwandeln, die in binärer Form dargestellt werden können. Bei der Codierung eines kontinuierlichen Audiosignals ist dies der Fall Zeitabtastung . Eine kontinuierliche Schallwelle wird in einzelne kleine temporäre Abschnitte unterteilt und für jeden dieser Abschnitte wird ein bestimmter Amplitudenwert eingestellt.

Somit besteht eine kontinuierliche Abhängigkeit der Signalamplitude von der Zeit Bei) wird durch eine diskrete Folge von Lautstärkepegeln ersetzt. In der Grafik sieht dies so aus, als würde man eine glatte Kurve durch eine Folge von „Schritten“ ersetzen. Jedem „Schritt“ wird ein Lautstärkepegelwert, sein Code (1, 2, 3 usw.) zugewiesen.

Weiter). Lautstärkepegel können als eine Reihe möglicher Zustände betrachtet werden. Je mehr Lautstärkepegel während des Codierungsprozesses zugewiesen werden, desto mehr Informationen enthält der Wert jedes Pegels und desto besser ist der Klang.

Audio-Adapter ( Soundkarte) ist ein spezielles Gerät, das an einen Computer angeschlossen ist und dazu dient, elektrische Schwingungen der Audiofrequenz bei der Toneingabe in einen numerischen Binärcode umzuwandeln und bei der Tonwiedergabe die umgekehrte Umwandlung (von einem numerischen Code in elektrische Schwingungen) durchzuführen.

Bei der Tonaufnahme misst der Audioadapter die Amplitude des elektrischen Stroms mit einer bestimmten Periode und gibt den Binärcode des resultierenden Werts in das Register ein. Anschließend wird der resultierende Code aus dem Register in den RAM des Computers neu geschrieben. Die Qualität des Computerklangs wird durch die Eigenschaften des Audioadapters bestimmt:

  • Abtastfrequenz
  • Bittiefe (Klangtiefe).

Zeitabtastrate

Dies ist die Anzahl der Messungen des Eingangssignals in 1 Sekunde. Die Frequenz wird in Hertz (Hz) gemessen. Eine Messung pro Sekunde entspricht einer Frequenz von 1 Hz. 1000 Messungen in 1 Sekunde – 1 Kilohertz (kHz). Charakteristische Abtastraten von Audioadaptern:

11 kHz, 22 kHz, 44,1 kHz usw.

Die Registerbreite (Klangtiefe) ist die Anzahl der Bits im Audioadapterregister, die die Anzahl der möglichen Schallpegel angibt.

Die Bittiefe bestimmt die Genauigkeit der Eingangssignalmessung. Je größer die Bittiefe, desto kleiner ist der Fehler jeder einzelnen Umwandlung des elektrischen Signalwerts in eine Zahl und zurück. Wenn die Bittiefe 8 (16) beträgt, können bei der Messung des Eingangssignals 2 8 = 256 (2 16 = 65536) verschiedene Werte erhalten werden. Offensichtlich kodiert und reproduziert ein 16-Bit-Audioadapter den Ton genauer als ein 8-Bit-Adapter. Moderne Soundkarten bieten eine 16-Bit-Audiokodierungstiefe. Die Anzahl der verschiedenen Signalpegel (Zustände für eine bestimmte Kodierung) kann mit der Formel berechnet werden:

N = 2 I = 2 · 16 = 65536, wobei I die Schalltiefe ist.

Somit können moderne Soundkarten eine Kodierung von 65536 Signalpegeln ermöglichen. Jedem Audiosignalamplitudenwert wird ein 16-Bit-Code zugewiesen. Bei der binären Codierung eines kontinuierlichen Audiosignals wird dieses durch eine Folge diskreter Signalpegel ersetzt. Die Qualität der Kodierung hängt also von der Anzahl der Signalpegelmessungen pro Zeiteinheit ab Abtastraten. Je mehr Messungen in 1 Sekunde durchgeführt werden (je höher die Abtastfrequenz, desto genauer ist das binäre Codierungsverfahren).

Audiodatei - eine Datei, die Audioinformationen in numerischer Binärform speichert.

2. Wiederholen Sie die Maßeinheiten der Informationen

1 Byte = 8 Bit

1 KB = 2 10 Byte = 1024 Byte

1 MB = 2 10 KB = 1024 KB

1 GB = 2 10 MB = 1024 MB

1 TB = 2 10 GB = 1024 GB

1 PB = 2 · 10 TB = 1024 TB

3. Vertiefen Sie das Gelernte, indem Sie sich eine Präsentation oder ein Lehrbuch ansehen

4. Problemlösung

Lehrbuch, das die Lösung bei der Präsentation zeigt.

Aufgabe 1. Bestimmen Sie die Informationslautstärke einer Stereo-Audiodatei mit einer Tondauer von 1 Sekunde und hoher Tonqualität (16 Bit, 48 kHz).

Aufgabe (unabhängig). Lehrbuch, das die Lösung bei der Präsentation zeigt.
Bestimmen Sie den Informationsumfang einer digitalen Audiodatei mit einer Tondauer von 10 Sekunden bei einer Abtastfrequenz von 22,05 kHz und einer Auflösung von 8 Bit.

5. Konsolidierung. In der nächsten Lektion selbstständig Probleme zu Hause lösen

Bestimmen Sie die Speicherkapazität zum Speichern einer digitalen Audiodatei mit einer Spieldauer von zwei Minuten bei einer Abtastfrequenz von 44,1 kHz und einer Auflösung von 16 Bit.

Dem Nutzer steht eine Speicherkapazität von 2,6 MB zur Verfügung. Es ist erforderlich, eine digitale Audiodatei mit einer Tondauer von 1 Minute aufzunehmen. Wie hoch sollten die Abtastfrequenz und die Bittiefe sein?

Der freie Speicher auf der Festplatte beträgt 5,25 MB, die Bittiefe der Soundkarte beträgt 16. Wie lange dauert der Ton einer digitalen Audiodatei, die mit einer Abtastfrequenz von 22,05 kHz aufgenommen wurde?

Eine Minute Aufnahme einer digitalen Audiodatei beansprucht 1,3 MB Speicherplatz und die Soundkarte hat eine Bitkapazität von 8. Mit welcher Abtastrate wird der Ton aufgenommen?

Wie viel Speicher wird benötigt, um eine hochwertige digitale Audiodatei mit einer Spieldauer von 3 Minuten zu speichern?

Die digitale Audiodatei enthält eine Audioaufnahme von geringer Qualität (der Ton ist dunkel und gedämpft). Wie lange dauert eine Datei, wenn sie 650 KB groß ist?

Zwei Minuten Aufnahme einer digitalen Audiodatei beanspruchen 5,05 MB Speicherplatz. Abtastfrequenz - 22.050 Hz. Welche Bittiefe hat der Audioadapter?

Der freie Speicher auf der Festplatte beträgt 0,1 GB, die Bittiefe der Soundkarte beträgt 16. Wie lange dauert der Ton einer digitalen Audiodatei, die mit einer Abtastfrequenz von 44.100 Hz aufgenommen wurde?

Antworten

Nr. 92. 124,8 Sekunden.

Nr. 93. 22,05 kHz.

Nr. 94. Eine hohe Klangqualität wird mit einer Abtastfrequenz von 44,1 kHz und einer Audio-Adapter-Bittiefe von 16 erreicht. Die erforderliche Speichergröße beträgt 15,1 MB.

Nr. 95. Die folgenden Parameter sind typisch für einen düsteren und gedämpften Klang: Abtastfrequenz - 11 kHz, Bittiefe des Audioadapters - 8. Die Tondauer beträgt 60,5 s.

Nr. 96. 16 Bit.

Nr. 97. 20,3 Minuten.

Literatur

1. Lehrbuch: Informatik, Problembuch-Workshop, Band 1, herausgegeben von I.G. Semakin, E.K. Henner)

2. Festival pädagogischer Ideen „Open Lesson“ Sound. Binäre Kodierung von Audioinformationen. Supryagina Elena Aleksandrovna, Informatiklehrerin.

3. N. Ugrinovich. Informatik und Informationstechnologie. 10-11 Klassen. Moskau. Binomial. Wissenslabor 2003.

Mit unterschiedlicher Amplitude und Frequenz. Je höher die Amplitude des Signals, desto lauter wird es von einer Person wahrgenommen. Je höher die Frequenz des Signals, desto höher ist sein Ton.

Abbildung 1. Amplitude der Schallwellenschwingungen

Schallwellenfrequenz bestimmt durch die Anzahl der Schwingungen pro Sekunde. Dieser Wert wird in Hertz (Hz, Hz) gemessen.

Das menschliche Ohr nimmt Geräusche im Bereich von 20 Hz bis 20 kHz wahr, dieser Bereich wird als Schall bezeichnet Klang. Man nennt die Anzahl der Bits, die einem Tonsignal zugeordnet sind Audiokodierungstiefe. Moderne Soundkarten bieten eine Audiokodierungstiefe von 16, 32 oder 64 Bit. Beim Kodieren von Audioinformationen wird ein kontinuierliches Signal ersetzt diskret, das heißt, es wird in eine Folge elektrischer Impulse umgewandelt, die aus binären Nullen und Einsen bestehen.

Audio-Abtastrate

Eines der wichtigen Merkmale des Audiokodierungsprozesses ist die Abtastrate, also die Anzahl der Signalpegelmessungen pro 1 $ Sekunde:

  • Eine Messung pro Sekunde entspricht einer Frequenz von $1$ Gigahertz (GHz);
  • 1000 $ Messungen pro Sekunde entsprechen einer Frequenz von 1 $ Kilohertz (kHz).

Definition 2

Audio-Abtastrate ist die Anzahl der Lautstärkemessungen pro Sekunde.

Die Anzahl der Messungen kann im Bereich von 8 kHz bis 48 kHz liegen, wobei der erste Wert der Frequenz von Radiosendungen und der zweite der Klangqualität von Musikmedien entspricht.

Anmerkung 1

Je höher die Frequenz und die Sampling-Tiefe des Audios sind, desto höher ist die Klangqualität des digitalisierten Audios. Die niedrigste Qualität des digitalisierten Tons, die der Qualität der Telefonkommunikation entspricht, wird erreicht, wenn die Abtastfrequenz 8000 Mal pro Sekunde beträgt, die Abtasttiefe beträgt $8$ Bits, was der Aufnahme einer Audiospur (Monomodus) entspricht. Die höchste Qualität des digitalisierten Tons, die der Qualität einer Audio-CD entspricht, wird erreicht, wenn die Abtastfrequenz 48.000 Mal pro Sekunde beträgt, die Abtasttiefe 16 Bits beträgt, was der Aufnahme von zwei Audiospuren entspricht (Stereomodus).

Informationsvolumen einer Sounddatei

Es ist zu beachten, dass der Informationsumfang der Audiodatei umso größer ist, je höher die Qualität des digitalen Tons ist.

Schätzen wir das Informationsvolumen einer Mono-Audiodatei ($V$). Dies kann mit der Formel erfolgen:

$V = N \cdot f \cdot k$,

wobei $N$ die Gesamtdauer des Tons ist, ausgedrückt in Sekunden,

$f$ - Abtastfrequenz (Hz),

$k$ – Kodierungstiefe (Bits).

Beispiel 1

Wenn die Dauer des Tons beispielsweise 1 $ Minute beträgt und wir eine durchschnittliche Tonqualität haben, bei der die Abtastfrequenz 24 $ kHz und die Kodierungstiefe 16 $ Bits beträgt, dann gilt:

$V=60 \cdot 24000 \cdot 16 \bit=23040000 \bit=2880000 \byte = 2812,5 \KB=2,75 \MB.$

Bei der Kodierung von Stereo-Audio wird der Sampling-Vorgang separat und unabhängig für den linken und rechten Kanal durchgeführt, wodurch sich die Größe der Audiodatei im Vergleich zu Mono-Audio entsprechend verdoppelt.

Beispiel 2

Schätzen wir beispielsweise das Informationsvolumen einer digitalen Stereo-Audiodatei, deren Tondauer 1 $ Sekunde bei durchschnittlicher Tonqualität (16 $ Bits, 24.000 $ Messungen pro Sekunde) beträgt. Multiplizieren Sie dazu die Kodierungstiefe mit der Anzahl der Messungen pro $1$ Sekunde und multiplizieren Sie mit $2$ (Stereoton):

$V=16 \bit \cdot 24000 \cdot 2 = 768000 \bit = 96000 \byte = 93,75 \KB.$

Grundlegende Methoden zur Kodierung von Audioinformationen

Es gibt verschiedene Methoden zum Kodieren von Audioinformationen mit Binärcode, darunter zwei Hauptrichtungen: FM-Methode Und Wave-Table-Methode.

FM-Methode (Frequenzmodulation) basiert auf der Tatsache, dass theoretisch jeder komplexe Klang in eine Folge einfacher harmonischer Signale unterschiedlicher Frequenz zerlegt werden kann, von denen jedes eine regelmäßige Sinuskurve darstellt, was bedeutet, dass er durch einen Code beschrieben werden kann. Der Prozess der Zerlegung von Schallsignalen in harmonische Reihen und deren Darstellung in Form diskreter digitaler Signale erfolgt in speziellen Geräten, die als „Analog-Digital-Wandler“ (ADC) bezeichnet werden.

Abbildung 2. Konvertieren eines Audiosignals in ein diskretes Signal

Abbildung 2a zeigt das Audiosignal am ADC-Eingang und Abbildung 2b zeigt das bereits umgewandelte diskrete Signal am ADC-Ausgang.

Für die Rückwandlung beim Abspielen von Ton, der in Form eines Zahlencodes dargestellt wird, werden Digital-Analog-Wandler (DACs) verwendet. Der Tonumwandlungsprozess ist in Abb. dargestellt. 3. Diese Kodierungsmethode bietet keine gute Klangqualität, sondern einen kompakten Code.

Abbildung 3. Konvertieren eines diskreten Signals in ein Audiosignal

Abbildung 3a zeigt das diskrete Signal, das wir am Eingang des DAC haben, und Abbildung 3b zeigt das Audiosignal am Ausgang des DAC.

Table-Wave-Methode (Wave-Tisch) basiert auf der Tatsache, dass vorgefertigte Tabellen Muster der Geräusche der umgebenden Welt, von Musikinstrumenten usw. speichern. Numerische Codes drücken die Tonhöhe, Dauer und Intensität des Klangs sowie andere Parameter aus, die die Eigenschaften des Klangs charakterisieren. Da als Samples „echte“ Klänge verwendet werden, ist die Qualität des durch die Synthese erhaltenen Klangs sehr hoch und nähert sich der Klangqualität echter Musikinstrumente.

Beispiele für Audiodateiformate

Sounddateien gibt es in verschiedenen Formaten. Die beliebtesten davon sind MIDI, WAV, MP3.

MIDI-Format(Musical Instrument Digital Interface) war ursprünglich zur Steuerung von Musikinstrumenten gedacht. Wird derzeit im Bereich elektronischer Musikinstrumente und Computersynthesemodule verwendet.

WAV-Audiodateiformat(Wellenform) stellt einen beliebigen Klang als digitale Darstellung der ursprünglichen Schallschwingung oder Schallwelle dar. Alle Standard-Windows-Sounds haben eine WAV-Erweiterung.

MPZ-Format(MPEG-1 Audio Layer 3) ist eines der digitalen Formate zum Speichern von Audioinformationen. Es bietet eine höhere Kodierungsqualität.

Test zum Thema: „Computerstruktur“

Variante 1

1. Eine gemeinsame Eigenschaft der Babbage-Maschine, eines modernen Computers und des menschlichen Gehirns ist die Fähigkeit, Folgendes zu verarbeiten:

A) numerische Informationen; B) Audioinformationen;

B) Textinformationen; D) grafische Informationen.

2. Die Massenproduktion von Personalcomputern begann im Jahr:

A) 40er Jahregg;B) 80er Jahregg;

B)50er Jahre;D) 90er Jahregg.

A) der Computer besteht aus separaten Modulen, die durch ein Backbone miteinander verbunden sind;

B) ein Computer ist ein einzelnes, unteilbares Gerät;

B) die Komponenten des Computersystems sind unersetzlich;

D) Das Computersystem ist in der Lage, die Anpassung so lange wie gewünscht durchzuführen

Anforderungen der modernen Gesellschaft und bedarf keiner Modernisierung.

4. Geben Sie das Computergerät an, das Informationen verarbeitet:

B) überwachen; D) Tastatur.

5. Die Computerleistung hängt ab von:

A) Art des Monitors; B) Versorgungsspannung;

B) Prozessorfrequenzen; D) die Geschwindigkeit des Tastendrucks.

6. Welches Gerät hat eine schädliche Wirkung auf die menschliche Gesundheit?

Ein Drucker;IN)Systemeinheit;

B) überwachen; D) Tastatur.

7. Wenn Sie den Computer ausschalten, werden alle Informationen gelöscht:

A) auf einer Diskette; B) auf der Festplatte;

B) aufCD- RomScheibe; D) im RAM.

8. Das kleinste adressierbare Element des RAM ist:

A) Maschinenwort; B) Byte;

B) registrieren; D) Datei.

9. Die Eigenschaften von ROM sind:

A) nur Informationen lesen; B) Informationen umschreiben;

B) Energieabhängigkeit; D) kurzfristige Speicherung von Informationen.

10. Hauptzweck der Festplatte:

A)Informationen übertragen;

B) Daten speichern, die sich nicht immer im RAM befinden;

B) Prozessinformationen;

D) Informationen eingeben.

11. Damit der Prozessor mit auf der Festplatte gespeicherten Programmen arbeiten kann, ist Folgendes erforderlich:

A) sie in den RAM laden;

B) sie auf dem Monitorbildschirm anzeigen;

B) sie in den Prozessor laden;

D) offener Zugang.

12. Geben Sie Geräte an, die keine Informationseingabegeräte sind:

Eine Tastatur; B) überwachen;

B) Maus; D) Scanner.

13. Geben Sie eine Aussage an, die einen Nadeldrucker charakterisiert:

A) hohe Druckgeschwindigkeit; B) geräuschloser Betrieb;

B) hochwertiger Druck; D) Vorhandensein eines Druckkopfes.

14. Tastatur - Das:

15. Die Taste schließt die Eingabe des Befehls ab:

Eine Schicht;IN) Raum;

B)Rücktaste;G) Eingeben.

16. Satzzeichen werden gedruckt:

A)Mit SchlüsselSchicht; B) mit einem SchlüsselAlt;

B) durch einfaches Drücken einer Taste;G)Mit SchlüsselStrg.

17. Lautsprecher - Das:

A) Audioinformationsverarbeitungsgerät;

B) Gerät zur Ausgabe von Audioinformationen;

B) Audioinformationsspeichergerät;

D) Audio-Informationseingabegerät.

Option 2

1. Die ersten Computer wurden erstellt in:

A) 40er Jahre; B) 70er Jahre;

B) 50er Jahre; D) 80er Jahregg.

2. Welches Gerät hat die schnellste Informationsaustauschgeschwindigkeit?

A) CD- Romfahren; B) Diskettenlaufwerk;

B) Festplatte; D) RAM-Chips.

3. Geben Sie die richtige Aussage an:

A) Das Motherboard enthält nur die Blöcke, die Informationen verarbeiten, und die Schaltkreise, die alle anderen Computergeräte steuern, sind auf separaten Platinen implementiert und in Standardanschlüsse auf dem Motherboard eingesteckt.

B) Das Motherboard enthält alle Blöcke, die mithilfe elektrischer Signale Informationen empfangen, verarbeiten und ausgeben und an die alle erforderlichen Ein-/Ausgabegeräte angeschlossen werden können;

B) Auf der Hauptplatine befindet sich ein Systemdatenbus, an den Adapter und Controller angeschlossen sind, sodass der Computer mit Eingabe-/Ausgabegeräten kommunizieren kann;

D) Alle Geräte des Computersystems befinden sich auf der Hauptplatine und die Kommunikation zwischen ihnen erfolgt über ein Backbone.

4. Welches Gerät dient zum Speichern von Informationen?

A) externer Speicher; B) Auftragsverarbeiter;

B) überwachen; D) Tastatur.

5. Um Informationen zu bewahren, müssen Disketten geschützt werden vor:

Eine Erkältung; B) Magnetfelder;

B) Licht; D) atmosphärische VeränderungenDruck.

6. Der Prozessor verarbeitet Informationen:

A) im Dezimalzahlensystem

B) im Binärcode;

B) in BASIC-Sprache;

D) in Textform.

7. In welcher Richtung vom Monitor aus ist die schädliche Strahlung am stärksten?

A) vom Bildschirm nach vorne; B) vom Bildschirm nach unten;

B) vom Bildschirm zurück; D) vom Bildschirm nach oben.

8. Die Prozessorleistung ist gekennzeichnet durch:

A)Anzahl der Operationen pro Sekunde;

B) die Anzahl der gleichzeitig laufenden Programme;

B) der Zeitpunkt der Organisation der Kommunikation zwischen ALU und RAM;

D) dynamische Eigenschaften von Eingabe-Ausgabe-Geräten.

9. Kleinster adressierbarer Teil des RAM:

A)bisschen;IN)Datei;

B) Kilobyte; D) Byte.

10. Eine charakteristische Eigenschaft von RAM ist:

A) Energieabhängigkeit;

B) Energieunabhängigkeit;

B) Informationen umschreiben;

D) Langzeitspeicherung von Informationen.

11. Um Informationen zu übertragen, verwenden Sie:

A) Diskette; B) Diskettenlaufwerk;

B) RAM; D) Prozessor.

12. Während der Ausführung ist das Programm:

A) in der Zwischenablage; B) im RAM;

B) auf der Tastatur; D) auf der Festplatte.

13. Geben Sie die für einen Tintenstrahldrucker charakteristischen Konzepte an:

A) schlechte Druckqualität; B) Tinte;

B) Laserstrahl; D) Druckkopf mit Stäben.

14. Maus - Das:

A) Informationsausgabegerät;

B) symbolisches Informationseingabegerät;

B) Eingabegerät vom Manipulatortyp;

D) Informationsspeichergerät.

15. Geben Sie ein Gerät an, das kein Ausgabegerät ist:

Ein Bildschirm; B) Drucker;

B) Tastatur; D) Tonlautsprecher.

16. Tastenbelegung Rücktaste :

A) Befehlseingabe;

B) Löschen des Zeichens links vom Cursor;

B) Drucken von Großbuchstaben;

D) Gehen Sie zum Seitenanfang.

17. Scanner - Das:

A) Informationsverarbeitungsgerät;

B) Informationsspeichergerät;

B) ein Gerät zur Eingabe von Informationen aus Papier;

D) ein Gerät zur Ausgabe von Informationen auf Papier.

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