Как найти объем звукового файла

Звук. Информационный объем звукового файла

Основные понятия

Частота дискретизации(f) определяет количество отсчетов, запоминаемых за 1 секунду;

1 Гц (один герц) – это один отсчет в секунду,

а 8 кГц – это 8000 отсчетов в секунду

Глубина кодирования (b) – это количество бит, которое необходимо для кодирования 1 уровня громкости

Время звучания (t)

Объем памяти для хранения данных 1 канала (моно)

I=f·b·t

(для хранения информации о звуке длительностью  t секунд, закодированном с частотой дискретизации f Гц и глубиной кодирования b бит требуется I бит памяти)

При двухканальной записи (стерео)  объем памяти, необходимый для хранения данных одного канала, умножается на 2 

I=f·b·t·2
 

Единицы измерения I - биты, b -биты, f - Герцы,  t – секунды Частота дискретизации 44,1 кГц, 22,05 кГц, 11,025 кГц

Кодирование звуковой информации

Основные теоретические положения

Временная дискретизация звука. Для того чтобы компьютер мог обрабатывать звук, непрерывный звуковой сигнал должен быть преобразован в цифровую дискретную форму с помощью временной дискретизации. Непрерывная звуковая волна разбивается на отдельные маленькие временные участки, для каждого такого участка устанавливается определенная величина интенсивности звука.

Таким образом, непрерывная зависимость громкости звука от времени A(t) заменяется на дискретную последовательность уровней громкости. На графике это выглядит как замена гладкой кривой на последовательность "ступенек".

Частота дискретизации. Для записи аналогового звука и его преобразования в цифровую форму используется микрофон, подключенный к звуковой плате. Качество полученного цифрового звука зависит от количества измерений уровня громкости звука в единицу времени, т.е. частоты дискретизации. Чем большее количество измерений производится за 1 секунду (чем больше частота дискретизации), тем точнее "лесенка" цифрового звукового сигнала повторяет кривую аналогового сигнала.

Частота дискретизации звука - это количество измерений громкости звука за одну секунду, измеряется в герцах (Гц). Обозначим частоту дискретизации буквой f.

Частота дискретизации звука может лежать в диапазоне от 8000 до 48 000 измерений громкости звука за одну секунду. Для кодировки выбирают одну из трех частот: 44,1 КГц, 22,05 КГц, 11,025 КГц.

Глубина кодирования звука. Каждой "ступеньке" присваивается определенное значение уровня громкости звука. Уровни громкости звука можно рассматривать как набор возможных состояний N, для кодирования которых необходимо определенное количество информации b, которое называется глубиной кодирования звука

Глубина кодирования звука - это количество информации, которое необходимо для кодирования дискретных уровней громкости цифрового звука.

Если известна глубина кодирования, то количество уровней громкости цифрового звука можно рассчитать по формуле N = 2^b. Пусть глубина кодирования звука составляет 16 битов, тогда количество уровней громкости звука равно:

N = 2^b = 2¹⁶ = 65 536.

В процессе кодирования каждому уровню громкости звука присваивается свой 16-битовый двоичный код, наименьшему уровню звука будет соответствовать код 0000000000000000, а наибольшему - 1111111111111111.

Качество оцифрованного звука. Чем больше частота и глубина дискретизации звука, тем более качественным будет звучание оцифрованного звука. Самое низкое качество оцифрованного звука, соответствующее качеству телефонной связи, получается при частоте дискретизации 8000 раз в секунду, глубине дискретизации 8 битов и записи одной звуковой дорожки (режим "моно"). Самое высокое качество оцифрованного звука, соответствующее качеству аудио-CD, достигается при частоте дискретизации 48 000 раз в секунду, глубине дискретизации 16 битов и записи двух звуковых дорожек (режим "стерео").

Необходимо помнить, что чем выше качество цифрового звука, тем больше информационный объем звукового файла.

Задачи для самостоятельной подготовки.

1. Рассчитайте  объём  монофонического  аудиофайла  длительностью  10 с  при  16-битном  кодировании  и  частоте  дискретизации 44,1 к Гц.  (861  Кбайт)

2. Производится двухканальная (стерео) звукозапись с частотой дискретизации 48 кГц и 24-битным разрешением. Запись длится 1 минуту, ее результаты записываются в файл, сжатие данных не производится. Какое из приведенных ниже чисел наиболее близко к размеру полученного файла, выраженному в мегабайтах?

 1)0,3   2) 4   3) 16   4) 132

3. Производится одноканальная (моно) звукозапись с частотой дискретизации 11 кГц и глубиной кодирования 24 бита. Запись длится 7 минут, ее результаты записываются в файл, сжатие данных не производится. Какое из приведенных ниже чисел наиболее близко к размеру полученного файла, выраженному в мегабайтах?

 1) 11     2) 13    3)  15              4)  22

4. Производится двухканальная (стерео) звукозапись с частотой дискретизации 11 кГц и глубиной кодирования 16 бит. Запись длится 6 минут, ее результаты записываются в файл, сжатие данных не производится. Какое из приведенных ниже чисел наиболее близко к размеру полученного файла, выраженному в мегабайтах?

1) 11                2) 12           3)  13         4)  15

5. При  16-битном  кодировании,  частоте  дискретизации  32 кГц  и  объёме моноаудиофайла 700 Кбайт время  звучания  равно:

                          1) 20 с             2) 10 с             3) 1,5 мин                  4) 1,5 с

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

7. Аналоговый звуковой сигнал  был  дискретизирован  сначала  с  использованием  256 уровней  интенсивности  сигнала  (качество  звучания  радиотрансляции),  а  затем  65 536 уровней (качество звучания аудио-CD).  Во  сколько  раз  различаются  информационные  объёмы  оцифрованного  звука?

                          1) 16                2) 24               3) 4                 4) 2

Литература.

1. http://wiki.iteach.ru/images/f/fe/Лазарева_примеры_реш_задач.pdf
2. http://kpolyakov.narod.ru/school/ege.htm
3. http://fipi.ru/view/sections/217/docs/514.html
4. Диагностические и тренировочные работы МИОО 2011-2012 http://www.alleng.ru/d/comp/com_ege-tr.htm
5. http://festival.1september.ru/articles/103548/
6. http://www.5byte.ru/9/0009.php
7. Информатика. Задачник-практикум в 2 т. /Под ред. И.Г. Семакина, Е.К. Хеннера: Том 1. – Лаборатория Базовых Знаний, 2008 г. – 304 с.: ил. 
8. Практикум по информатике и информационным технологиям. Учебное пособие для общеобразовательных учреждений / Н.Д. Угринович, Л.Л. Босова, Н.И. Михайлова. – М.: Бином. Лаборатория Знаний, 2002. 400 с.: ил.

Определить объем звукового файла — КиберПедия

Методические указания

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.

Измерений за 1 секунду 1 кГц. Обозначим частоту дискретизации буквой D.

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:

, где D –частота дискретизации (Гц), T – время звучания или записи звука, I – глубина кодирования (разрешение). По этой формуле размер измеряется в байтах.

Размер цифрового стереоаудиофайла (A) измеряется по формуле:

, сигнал записан для двух колонок, так как раздельно кодируются левый и правый каналы звучания.

Размер цифрового четырехканального стереоаудиофайла (A) измеряется по формуле:

, объем памяти, необходимый для хранения данных одного канала умножается на 4.

Примеры

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: .

Для перевода в байты полученную величину надо разделить на 8 бит.

.

(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.

– объем памяти для хранения цифрового аудиофайла.

Ответ: ≈ 10 Мб.

3. Производится двухканальная (стерео) звукозапись с частотой дискретизации 32 кГц и 16-битным разрешением. Запись длится 5 минут, её результаты записываются в файл, сжатие данных не производится. Определите размер полученного файла, выраженного в мегабайтах.

Решение.

Так как частота дискретизации 32 кГц, то за одну секунду запоминается 32 000 значений сигнала.

Глубина кодирования 16 бита, т. е. 2 байта. Т. к. запись двухканальная, объём памяти, необходимый для хранения данных одного канала, умножается на 2. Чтобы найти размер полученного файла, необходимо умножить время, в течение которого проводилась запись на глубину кодирования и на частоту дискретизации:

300 · 2 · 2 · 32 000 = 38 400 000 байт = 36,6 Мбайт.

Ответ: 36,6 Мбайт.

4. В течение двух минут производилась четырёхканальная (квадро) звукозапись с частотой дискретизации 24 кГц и 16-битным разрешением. Определите размер полученного файла, выраженного в мегабайтах.

Решение.

Так как частота дискретизации 24 кГц, то за одну секунду запоминается 24 000 значений сигнала.

Глубина кодирования – 16 бит = 2 байта, время записи 2 минуты или 120 секунд. Т.к. запись четырёхканальная, то объём памяти, необходимый для хранения данных одного канала, умножается на 4, поэтому для хранения информации о такой записи потребуется 24000 · 2 · 120 · 4 = 2304 0000 байт или 21,97 Мб, что близко к 22 Мб.

Ответ: 22 Мбайт.

5. 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.

Т=5505024 байт: 22050 Гц : 2 байта = 124,8 сек.

Ответ: 124,8 секунды.

6. Оцените информационный объем стереоаудиофайла длительностью звучания 1 минута, если «глубина» кодирования 16 бит, а частота дискретизации 48 кГц.

Решение.

Информационный объем звукового файла длительностью в 1 секунду равен:

16 бит · 48 000 · 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 · 60 с ≈ 11 Мбайт.

Ответ: 11 Мб.

7. Проводилась одноканальная (моно) звукозапись с частотой дискретизации 16 кГц и 32-битным разрешением. В результате был получен файл размером 20 Мбайт, сжатие данных не производилось. Определите временя, в течение которого проводилась запись.

Решение.

Так как частота дискретизации 16 кГц, то за одну секунду запоминается 16000 значений сигнала.

Глубина кодирования – 32 бита = 4 байта, размер файла 20 Мб = 20971520 байт. Время записи определится следующим образом: Т = 20971520 / (16000 · 4) = 328 секунд или 5,5 минут, что близко к 5 минутам.

Ответ: 5,5 мин.

8. Производится двухканальная (стерео) звукозапись с частотой дискретизации 48 кГц и 32-битным разрешением, результаты записываются в файл, сжатие данных не используется. Размер файла с записью не может превышать 16 Мбайт. Определите продолжительность записи в секундах.

Решение.

Так как частота дискретизации 48 кГц, то за одну секунду запоминается 48 000 значений сигнала.

Глубина кодирования 32 бит, т. е. 4 байта. Поскольку запись двухканальная, объём памяти, необходимый для хранения данных одного канала, умножается на 2, поэтому, так как размер файла не может превышать 16 Мбайт, один канал занимает 8 Мбайт или 8·2²⁰ байт. Чтобы найти максимально возможную продолжительность записи, необходимо разделить найденный информационный объем на глубину кодирования и на частоту дискретизации:

сек

Ответ: 43,69 сек.

9. Производилась четырёхканальная (квадро) звукозапись с частотой дискретизации 32 кГц и 24-битным разрешением. В результате был получен файл размером 20 Мбайт, сжатие данных не производилось. Определите время, в течение которого проводилась запись, в секундах.

Решение.

Так как частота дискретизации 32 кГц, то за одну секунду запоминается 32 000 значений сигнала.

Глубина кодирования 24 бита, т. е. 3 байта. Т. к. запись четырёхканальная, объём памяти, необходимый для хранения данных одного канала, умножается на 4, поэтому, так как потребовалось 20 Мбайт, один канал занимает 5 Мбайт или 5·2²⁰ байт. Чтобы найти время, в течение которого проводилась запись, необходимо разделить найденный информационный объем на глубину кодирования и на частоту дискретизации:

сек.

Тем самым, время записи примерно равно 1 минуте.

Ответ: 1 минута.

Задания для самостоятельной работы

Вариант 1

1. Студенты группы изучают один из трех языков: английский, немецкий или французский. Причем 12 студентов не учат английский. Сообщение, что случайно выбранный студент Петров изучает английский, несет log23 бит информации, а что Иванов изучает французский – 1 бит. Сколько студентов изучают немецкий язык?

2. В некоторой стране автомобильный номер длиной 7 символов составляют из заглавных букв (задействовано 30 различных букв) и десятичных цифр в любом порядке. Каждый такой номер в компьютерной программе записывается минимально возможным и одинаковым целым количеством байт (при этом используют посимвольное кодирование и все символы кодируются одинаковым и минимально возможным количеством бит). Определите объем памяти, отводимый этой программой для записи 40 номеров.

3. Производится одноканальная (моно) звукозапись с частотой дискретизации 48 кГц и глубиной кодирования 16 бит. Запись длится 2 минуты, ее результаты записываются в файл, сжатие данных не производится. Определите размер полученного файла, выраженного в мегабайтах.

4. Проводилась одноканальная (моно) звукозапись с частотой дискретизации 16 кГц и 32-битным разрешением. В результате был получен файл размером 20 Мбайт, сжатие данных не производилось. Определите приблизительно, сколько минут производилась запись. В качестве ответа укажите ближайшее к времени записи целое число минут.

5. Для хранения изображения размером точек выделено128´128 4 Кбайт памяти. Определите, какое максимальное число цветов в палитре.

Вариант 2

1. В колоде содержится 32 карты. Из колоды случайным образом вытянули туза, потом его положили обратно и перетасовали колоду. После этого из колоды опять вытянули этого же туза. Какое количество бит информации в сумме содержат эти два сообщения?

2. В марафоне участвуют 12 спортсменов. Специальное устройство регистрирует прохождение финиша, записывая его номер с использованием минимально возможного количества бит, одинакового для каждого бегуна. Каков информационный объем сообщения, записанного устройством, после того как финиш пересекли 2/3 спортсменов?

3. Производится одноканальная (моно) звукозапись с частотой дискретизации 22 кГц и глубиной кодирования 16 бит. Запись длится 2 минуты, ее результаты записываются в файл, сжатие данных не производится. Определите размер полученного файла, выраженного в мегабайтах.

4. Производилась четырехканальная (квадро) звукозапись с частотой дискретизации 24 кГц и 16-битным разрешением. В результате был получен файл размером 1800 Мбайт, сжатие данных не производилось. Определите приблизительно, сколько минут производилась запись. В качестве ответа укажите ближайшее к времени записи целое число минут.

5. 16-цветный рисунок содержит 500 байт информации. Из скольких точек он состоит?

Вариант 3

1. В колоде содержится 32 карты. Из нее наугад взяли 2 карты. Какое количество информации несет сообщение о том, что выбраны туз и король одной масти?

2. 131 спортсмен участвовал в соревнованиях по толканию ядра. Все результаты записывались специальным автоматическим устройством с помощью минимально возможного количества бит, одинакового для всех спортсменов. Каков информационный объем сообщения, если известно, что наилучшим результатом было 37 метров?

3. Производится одноканальная (моно) звукозапись с частотой дискретизации 11 кГц и глубиной кодирования 24 бита. Запись длится 7 минут, ее результаты записываются в файл, сжатие данных не производится. Определите размер полученного файла, выраженного в мегабайтах.

4. Музыкальный фрагмент был записан в формате моно, оцифрован и сохранён в виде файла без использования сжатия данных. Размер полученного файла – 24 Мбайт. Затем тот же музыкальный фрагмент был записан повторно в формате стерео (двухканальная запись) и оцифрован с разрешением в 4 раза выше и частотой дискретизации в 1,5 раза меньше, чем в первый раз. Сжатие данных не производилось. Укажите размер файла в Мбайт, полученного при повторной записи. В ответе запишите только целое число, единицу измерения писать не нужно.

5. Определить требуемый объем (в мегабайтах) видеопамяти для реализации графического режима монитора с разрешающей способностью 1024×768 пикселей при количестве отображаемых цветов 4294967296.

Вариант 4

1. В составе 16 вагонов, среди которых К – купейные, П – плацкартные и СВ – спальные. Сообщение о том, что ваш друг приезжает в СВ несет 3 бита информации. Определите, сколько в поезде вагонов СВ.

2. ЕГЭ сдавали 64 ученика. Максимальный бал, который можно было получить во время экзамена – 100. Набранный балл (число, а не цифра) каждого ученика был закодирован с использованием двоичного кода минимально возможным количеством бит, равных для всех. Определите информационный объем сообщения, содержащего набранные баллы каждого ученика.

3. Производится одноканальная (моно) звукозапись с частотой дискретизации 16 кГц и 32-битным разрешением. Запись длится 8 минут, ее результаты записываются в файл, сжатие данных не производится. Определите размер полученного файла, выраженного в мегабайтах.

4. Производилась двухканальная (стерео) звукозапись с частотой дискретизации 64 кГц и 32-битным разрешением. В результате был получен файл размером 60 Мбайт, сжатие данных не производилось. Определите приблизительно, сколько времени (в минутах) проводилась запись? В качестве ответа укажите ближайшее к времени записи целое число.

5. Определить объем видеопамяти в Кбайтах для графического файла размером 480´1240 пикселей и глубиной цвета 16 бит.

Вариант 5

1. Ученики класса, состоящего из 21 человека, изучают немецкий или французский языки. Сообщение о том, что ученик A изучает немецкий язык, несет log₂3 бит информации. Сколько человек изучают французский язык?

2. В некоторой стране автомобильный номер длиной 10 символов составляют из заглавных букв (задействовано 19 различных букв) и десятичных цифр в любом порядке. Каждый такой номер в компьютерной программе записывается минимально возможным и одинаковым целым количеством байт (при этом используют посимвольное кодирование и все символы кодируются одинаковым и минимально возможным количеством бит). Определите объем памяти, отводимый этой программой для записи 40 номеров.

3. Производится одноканальная (моно) звукозапись с частотой дискретизации 16 кГц и 32-битным разрешением. Запись длится 4 минуты, ее результаты записываются в файл, сжатие данных не производится. Определите размер полученного файла, выраженного в мегабайтах.

4. Производилась двухканальная (стерео) звукозапись с частотой дискретизации 64 кГц и 16-битным разрешением. В результате был получен файл размером 60 Мбайт, сжатие данных не производилось. Определите приблизительно, сколько времени (в минутах) проводилась запись? В качестве ответа укажите ближайшее к времени записи целое число.

5. Определить объем видеопамяти в Килобайтах для графического файла размером 480´640 пикселей и палитрой из 32 цветов.

Вариант 6

1. В коробке лежали 64 фломастера. Все фломастеры - разных цветов. Какое количество информации содержит сообщение о том, что из неё достали красный фломастер?

2. При регистрации в компьютерной системе каждому пользователю выдается пароль, состоящий из 9 символов и содержащий только символы A, B, C, D. E, F. Каждый такой пароль в компьютерной программе записывается минимально возможным и одинаковым целым количеством байт (при этом используют посимвольное кодирование и все символы кодируются одинаковым и минимально возможным количеством бит). Определите объем памяти, отводимый этой программой для записи 50 паролей

3. Производится одноканальная (моно) звукозапись с частотой дискретизации 44,1 кГц и глубиной кодирования 16 бита. Запись длится 2 минуты, ее результаты записываются в файл, сжатие данных не производится. Определите размер полученного файла, выраженного в мегабайтах.

4. Проводилась одноканальная (моно) звукозапись с частотой дискретизации 16 кГц и 32-битным разрешением. В результате был получен файл размером 1 Мбайт, сжатие данных не производилось. Определите приблизительно, сколько минут производилась запись. В качестве ответа укажите ближайшее к времени записи целое число секунд.

5. После преобразования графического изображения количество цветов уменьшилось с 256 до 32. Во сколько раз уменьшился объем занимаемой им памяти?

Вариант 7

1. В доме 16 этажей. На каждом этаже по несколько квартир. Сообщение о том, что Саша живет в квартире №40, содержит 6 бит информации. Сколько квартир на каждом этаже?

2. При регистрации в компьютерной системе, используемой при проведении командной олимпиады, каждому ученику выдается уникальный идентификатор - целое число от 1 до 1000. Для хранения каждого идентификатора ученика используется одинаковое и минимально возможное количество бит. В каждой команде участвует 4 ученика. Идентификатор команды состоит из последовательно записанных идентификаторов учеников и 12 дополнительных бит. Для записи каждого идентификатора команды система использует одинаковое и минимально возможное количество байт. Сколько байт должна отвести система для записи идентификаторов 20 команд?

3. Производится одноканальная (моно) звукозапись с частотой дискретизации 8 кГц и глубиной кодирования 16 бита. Запись длится 2 минуты, ее результаты записываются в файл, сжатие данных не производится. Определите размер полученного файла, выраженного в мегабайтах.

4. Проводилась одноканальная (моно) звукозапись с частотой дискретизации 16 кГц и 24-битным разрешением. В результате был получен файл размером 3 Мбайт, сжатие данных не производилось. Определите приблизительно, сколько минут производилась запись. В качестве ответа укажите ближайшее к времени записи целое число секунд.

5. Цветной сканер имеет разрешение 512´1024 точек на дюйм. Объем памяти, занимаемой просканированным изображением размером 4´2 дюйма, составляет около 8 Мбайт. Какова выраженная в битах глубина представления цвета сканера?

Вариант 8

1. В корзине лежат 32 клубка шерсти. Среди них – 4 красных. Сколько информации несет сообщение о том, что достали клубок красной шерсти?

2. Автомобильный номер состоит из нескольких букв (количество букв одинаковое во всех номерах), за которыми следуют три цифры. При этом используются 10 цифр и только 5 букв: Н, О, М, Е и Р. Нужно иметь не менее 100 тысяч различных номеров. Какое наименьшее количество букв должно быть в автомобильном номере?

3. Производится одноканальная (моно) звукозапись с частотой дискретизации 16 кГц и 32-битным разрешением. Запись длится 4 минуты, ее результаты записываются в файл, сжатие данных не производится. Определите размер полученного файла, выраженного в мегабайтах.

4. Проводилась одноканальная (моно) звукозапись с частотой дискретизации 16 кГц и 32-битным разрешением. В результате был получен файл размером 20 Мбайт, сжатие данных не производилось. Определите приблизительно, сколько минут производилась запись. В качестве ответа укажите ближайшее к времени записи целое число минут.

5. Цвет пикселя монитора определяется тремя составляющими: зеленой, синей и красной. Под красную и синюю составляющие отвели по 5 бит. Сколько бит отвели под зеленую составляющую, если растровое изображение размером 8´8 пикселей занимает 128 байт?

Вариант 9

1. В коробке лежат 64 цветных карандаша. Сообщение о том, что достали белый карандаш, несет 4 бита информации. Сколько белых карандашей было в корзине?

2. Автомобильный номер состоит из трех букв, за которыми следуют три цифры. При этом используются 10 цифр и только 6 букв: Я, Н, Д, Е, К и С. Для хранения одного номера используется минимально возможное и одинаковое для всех номеров количество бит. Сколько байт памяти потребуется для хранения 400 автомобильных номеров? Номера хранятся без разделителей.

3. Производится одноканальная (моно) звукозапись с частотой дискретизации 48 кГц и 16-битным разрешением. Запись длится 2 минуты, ее результаты записываются в файл, сжатие данных не производится. Определите размер полученного файла, выраженного в мегабайтах

4. Проводилась одноканальная (моно) звукозапись с частотой дискретизации 16 кГц и 24-битным разрешением. В результате был получен файл размером 3 Мбайт, сжатие данных не производилось. Определите приблизительно, сколько минут производилась запись. В качестве ответа укажите ближайшее к времени записи целое число секунд.

5. Цвет пикселя монитора определяется тремя составляющими: зеленой, синей и красной. Под красную и синюю составляющие отвели по 5 бит. Сколько бит отвели под зеленую составляющую, если растровое изображение размером 8´8 пикселей занимает 128 байт?

Вариант 10

1. В ящике лежат перчатки (белые и черные). Среди них – 2 пары черных. Сообщение о том, что из ящика достали пару черных перчаток, несет 4 бита информации. Сколько всего пар перчаток было в ящике?

2. При регистрации в компьютерной системе, используемой при проведении командной олимпиады, каждому ученику выдается уникальный идентификатор - целое число от 1 до 1000. Для хранения каждого идентификатора используется одинаковое и минимально возможное количество бит. Идентификатор команды состоит из последовательно записанных идентификаторов учеников и 8 дополнительных бит. Для записи каждого идентификатора команды система использует одинаковое и минимально возможное количество байт. Во всех командах равное количество участников. Сколько участников в каждой команде, если для хранения идентификаторов 20 команд-участниц потребовалось 180 байт?

3. Производится одноканальная (моно) звукозапись с частотой дискретизации 16 кГц и 32-битным разрешением. Запись длится 12 минут, ее результаты записываются в файл, сжатие данных не производится. Определите размер полученного файла, выраженного в мегабайтах.

4. Производится одноканальная (моно) цифровая звукозапись. Значение сигнала фиксируется 48 000 раз в секунду, для записи каждого значения используется 32 бит. Результаты записываются в файл, сжатие данных не производится. Размер файла с записью не может превышать 16 Мбайт. Определите приблизительно, сколько минут производилась запись. В качестве ответа укажите ближайшее к времени записи целое число секунд.

5. После преобразования растрового 256-цветного графического файла в черно-белый двуцветный формат его размер уменьшился на 70 байт. Каков был размер исходного файла в байтах?

Вариант 11

1. В классе 30 человек. За контрольную работу по математике получено 6 пятерок, 15 четверок, 8 троек и 1 двойка. Какое количество информации в сообщении о том, что Иванов получил четверку?

2. В велокроссе участвуют 119 спортсменов. Специальное устройство регистрирует прохождение каждым из участников промежуточного финиша, записывая его номер с использованием минимально возможного количества бит, одинакового для каждого спортсмена. Каков информационный объем сообщения, записанного устройством, после того как промежуточный финиш прошли 70 велосипедистов?

3. Производится одноканальная (моно) звукозапись с частотой дискретизации 16 кГц и 32-битным разрешением. Запись длится 11 минут, ее результаты записываются в файл, сжатие данных не производится. Определите размер полученного файла, выраженного в мегабайтах.

4. Производится одноканальная (моно) цифровая звукозапись. Значение сигнала фиксируется 16 000 раз в секунду, для записи каждого значения используется 32 бит. Результаты записываются в файл, сжатие данных не производится. Размер файла с записью не может превышать 3 Мбайт. Определите приблизительно, сколько минут производилась запись. В качестве ответа укажите ближайшее к времени записи целое число секунд.

5. В процессе преобразования растрового графического файла его объем уменьшился в 1,5 раза. Сколько цветов было в палитре первоначально, если после преобразования получено изображение того же разрешения в 256-цветной палитре?

Вариант 12

1. Сообщение о том, что ваш друг живет на 6 этаже несет 4 бита информации. Сколько этажей в доме?

2. При регистрации в компьютерной системе каждому пользователю выдаётся пароль, состоящий из 6 символов и содержащий только символы из 7 буквенного набора Н, О, Р, С, Т, У, X. В базе данных для хранения сведений о каждом пользователе отведено одинаковое и минимально возможное целое число байт. При этом используют посимвольное кодирование паролей, все символы кодируются одинаковым и минимально возможным количеством бит. Кроме собственно пароля для каждого пользователя в системе хранятся дополнительные сведения, для чего отведено 10 байт. Определите объём памяти, необходимый для хранения сведений о 100 пользователях

3. Производится одноканальная (моно) звукозапись с частотой дискретизации 128 Гц. При записи использовались 64 уровня дискретизации. Запись длится 6 минут 24 секунд, её результаты записываются в файл, причём каждый сигнал кодируется минимально возможным и одинаковым количеством битов. Определите размер полученного файла, выраженного в мегабайтах.

4. Производилась двухканальная (стерео) звукозапись с частотой дискретизации 16 кГц и 24-битным разрешением. В результате был получен файл размером 60 Мбайт, сжатие данных не производилось. Определите приблизительно, сколько минут производилась запись. В качестве ответа укажите ближайшее к времени записи целое число минут.

5. Фотография размером 10´10 см была отсканирована с разрешением 400dpi при глубине цвета 24 бита. Определите информационную емкость полученного растрового файла в килобайтах. Примечание: принять 1 дюйм = 2,5 см.

Вариант 13

1. В колоде содержится 32 карты. Из колоды случайным образом вытянули карту. Сколько информации несет сообщение о том, что вытянутая карта - туз?

2. В бассейне ведется наблюдение за температурой воды. Результатом одного измерения является целое число от +10 до +35 градусов, которое записывается при помощи минимально возможного количества бит. Было сделано 27 измерений. Определите информационный объем всех результатов наблюдения.

3. Производится одноканальная (моно) звукозапись с частотой дискретизации 256 Гц. При записи использовались 128 уровней дискретизации. Запись длится 8 минут, её результаты записываются в файл, причём каждый сигнал кодируется минимально возможным и одинаковым количеством битов. Определите размер полученного файла, выраженного в килобайтах.

4. Производится двухканальная (стерео) звукозапись с частотой дискретизации 16 кГц и 24-битным разрешением, результаты записываются в файл, сжатие данных не используется. Размер файла с записью не может превышать 4 Мбайт. Определите приблизительно, сколько минут производилась запись. В качестве ответа укажите ближайшее к времени записи целое число секунд.

5. Для кодирования цвета фона интернет-страницы используется атрибут <bgcolor=”#XXXXXX”>, где в кавычках задаются шестнадцатеричные значения интенсивности цветовых компонент в 24-битной цветовой модели RGB. Какой цвет будет у страницы, задаваемой тегом <bgcolor=”#FFFF00”>?

Вариант 14

1. Какое количество информации несет сообщение о том, что человек живет в первом или втором подъезде, если в доме 16 подъездов?

2. При регистрации в компьютерной системе каждому пользователю выдаётся пароль, состоящий из 15 символов и содержащий только символы из 12-символьного набора: А, В, C, D, Е, F, G, H, K, L, M, N. В базе данных для хранения сведений о каждом пользователе отведено одинаковое и минимально возможное целое число байт. При этом используют посимвольное кодирование паролей, все символы кодируют одинаковым и минимально возможным количеством бит. Кроме собственно пароля, для каждого пользователя в системе хранятся дополнительные сведения, для чего выделено целое число байт; это число одно и то же для всех пользователей. Для хранения сведений о 20 пользователях потребовалось 400 байт. Сколько байт выделено для хранения дополнительных сведений об одном пользователе? В ответе запишите только целое число – количество байт.

3. В течение трех минут производилась четрёхканальная (квадро) звукозапись с частотой дискретизации 16 КГц и 24-битным разрешением. Сжатие данных не производилось. Определите размер полученного файла, выраженного в мегабайтах

4. Производится двухканальная (стерео) звукозапись с частотой дискретизации 16 кГц и 24-битным разрешением, результаты записываются в файл, сжатие данных не используется. Размер файла с записью не может превышать 8 Мбайт. Определите приблизительно, сколько минут производилась запись. В качестве ответа укажите ближайшее к времени записи целое число секунд.

5. В цветовой модели RGB графического редактора Paint.NET установлены следующие десятичные параметры цвета: 127, 127, 127. Какой цвет будет соответствовать этим параметрам?

Вариант 15

1. Для передачи сигналов на флоте используются специальные сигнальные флаги, вывешиваемые в одну линию (последовательность важна). Какое количество различных сигналов может передать корабль при помощи трех сигнальных флагов, если на корабле имеются флаги четырех различных видов (флагов каждого вида неограниченное количество)?

2. При регистрации в компьютерной системе каждому пользователю выдаётся пароль, состоящий из 11 символов и содержащий только символы И, К, Л, М, Н. Каждый такой пароль в компьютерной программе записывается минимально возможным и одинаковым целым количеством байт (при этом используют посимвольное кодирование и все символы кодируются одинаковым и минимально возможным количеством бит). Определите объём памяти, отводимый этой программой для записи 60 паролей.

3. В течение одной минуты производилась четырехканальная (квадро) звукозапись с частотой дискретизации 32 кГц и 32-битным разрешением. Сжатие данных не производилось. Определите размер полученного файла, выраженного в мегабайтах.

4. Производится двухканальная (стерео) звукозапись с частотой дискретизации 48кГц и 32-битным разрешением, результаты записываются в файл, сжатие данных не используется. Размер файла с записью не может превышать 16Мбайт. Определите приблизительно, сколько минут производилась запись. В качестве ответа укажите ближайшее к времени записи целое число секунд.

5. Достаточно ли видеопамяти объемом 256 Кбайт для работы монитора в режиме 640 ´ 480 и палитрой из 16 цветов?

Вариант 16

1. Каждый элемент светового табло может гореть одним из 4 цветов. Какое наименьшее количество элементов должно работать, чтобы можно было передать 500 различных сигналов?

2. В велокроссе участвуют 779 спортсменов. Специальное устройство регистрирует прохождение каждым из участников промежуточного финиша, записывая его номер с использованием минимально возможного количества бит, одинакового для каждого спортсмена. Каков информационный объем сообщения (в байтах), записанного устройством, после того как промежуточный финиш прошли 280 велосипедистов?

3. Производится четырёхканальная (квадро) звукозапись с частотой дискретизации 16 кГц и 16-битным разрешением. Запись длится 1 минуту, её результаты записываются в файл, сжатие данных не производится. Определите размер полученного файла, выраженного в мегабайтах.

4. Производится двухканальная (стерео) звукозапись с частотой дискретизации 16кГц и 32-битным разрешением, результаты записываются в файл, сжатие данных не используется. Размер файла с записью не может превышать 3Мбайт. Секунд

5. Каков минимальный объем памяти (в байтах), достаточный для хранения черно-белого растрового изображения размером 32 х 32 пикселя, если известно, что в изображении используется не более 16 градаций серого цвета.

Вариант 17

1. В ящике белые и черные шары. Черных среди них 2. Сообщение о том, что достали черный, несет 4 бита информации. Сколько белых шаров в ящике?

2. При регистрации в компьютерной системе каждому пользователю выдается пароль, состоящий из13 символов и содержащий только символы Z, X, C, V, B. Каждый такой пароль в системе записывается минимально возможным и одинаковым целым количеством байт (при этом используют посимвольное кодирование и все символы кодируются одинаковым и минимально возможным количеством бит). Определи объем памяти, отводимый системой для записи 75 паролей.

3. Производится четырёхканальная (квадро) звукозапись с частотой дискретизации 32 кГц и 24-битным разрешением. Запись длится 1 минуту, её результаты записываются в файл, сжатие данных не производится. Определите размер полученного файла, выраженного в мегабайтах.

4. Производится двухканальная (стерео) звукозапись с частотой дискретизации 48кГц и 16-битным разрешением, результаты записываются в файл, сжатие данных не используется. Размер файла с записью не может превышать 2Мбайт. Секунд.

5. Монитор работает с 16 цветной палитрой в режиме 640*400 пикселей. Для кодирования изображения требуется 1250 Кбайт. Сколько страниц видеопамяти оно занимает?

Вариант 18

1. К празднику надували белые и синие шарики. Белых шариков 24. Сообщение о том, что лопнул синий шарик, несет 2 бита информации. Сколько всего надули шариков?

2. При регистрации в компьютерной системе каждому пользователю выдаётся пароль, состоящий из 15 символов и содержащий только символы Ш,К,О,Л,А (таким образом, используется 5 различных символов). Каждый такой пароль в компьютерной системе записывается минимально возможным и одинаковым целым количеством байт (при этом используют посимвольное кодирование и все символы кодируются одинаковым и минимально возможным количеством бит). Определите объём памяти, отводимый этой системой для записи 30 паролей.

3. Производится четырёхканальная (квадро) звукозапись с частотой дискретизации 64 кГц и 32-битным разрешением. Запись длится 1 минуту, её результаты записываются в файл, сжатие данных не производится. Определите размер полученного файла, выраженного в мегабайтах.

4. Производится двухканальная (стерео) звукозапись с частотой дискретизации 48кГц и 32-битным разрешением, результаты записываются в файл, сжатие данных не используется. Размер файла с записью не может превышать 6Мбайт. Определите приблизительно, сколько минут производилась запись. В качестве ответа укажите ближайшее к времени записи целое число секунд.

5. Объем видеопамяти равен 256 Кб. Количество используемых цветов -16. Вычислите варианты разрешающей способности дисплея. При условии, что число страниц изображения может быть равно 1, 2 или 4.

Вариант 19

1. В ящике находится 32 теннисных мяча, среди которых есть мячи желтого цвета. Наудачу вынимается один мяч. Сообщение «извлечен мяч НЕ желтого цвета» несет 4 бита информации. Сколько желтых мячей в ящике?

2. При регистрации в компьютерной системе каждому пользователю выдаётся пароль, состоящий из 15 символов и содержащий только символы А, Б, В, Г,Д, Е. Каждый такой пароль в компьютерной программе записывается минимально возможным и одинаковым целым количеством байт, при этом используют посимвольное кодирование и все символы кодируются одинаковым и минимально возможным количеством бит. Определите, сколько байт необходимо для хранения 20 паролей.

3. Производится четырёхканальная (квадро) звукозапись с частотой дискретизации 32 кГц и 16-битным разрешением. Запись длится 1 минуту, её результаты записываются в файл, сжатие данных не производится. Определите размер полученного файла, выраженного в мегабайтах.

4. Производилась четырёхканальная (квадро) звукозапись с частотой дискретизации 16 кГц и 24-битным разрешением. В результате был получен файл размером 48 Мбайт, сжатие данных не производилось. Определите приблизительно, сколько минут производи

Задача №9. Кодирование звуковой и графической информации. Передача информации.

Автор материалов - Лада Борисовна Есакова.

При оцифровке звука в памяти запоминаются только отдельные значения сигнала. Чем чаще записывается сигнал, тем лучше качество записи.

Частота дискретизации f – это количество раз в секунду, которое происходит преобразование аналогового звукового сигнала в цифровой. Измеряется в Герцах (Гц).

Глубина кодирования (а также, разрешение) – это количество бит, выделяемое на одно преобразование сигнала. Измеряется в битах (Бит).

Возможна запись нескольких каналов: одного (моно), двух (стерео), четырех (квадро).

Обозначим частоту дискретизации – f (Гц), глубину кодирования – B(бит), количество каналов – k, время записи – t(Сек).

Количество уровней дискретизации d можно рассчитать по формуле: d = 2^B.

Тогда объем записанного файла V(бит)  = f * B * k * t.

Или, если нам дано количество уровней дискретизации,

V(бит)  = f * log₂d * k * t.

Единицы измерения объемов информации:

1 б (байт) = 8 бит

1 Кб (килобайт) = 2¹⁰ б

1 Мб (мегабайт) = 2²⁰ б

1 Гб (гигабайт) = 2³⁰ б

1 Тб (терабайт) = 2⁴⁰ б

1 Пб (петабайт) = 2⁵⁰ б

 

При оцифровке графического изображения качество картинки зависит от количества точек и количества цветов, в которые можно раскрасить точку.

Если X – количество точек по горизонтали,

Y – количество точек по вертикали,

I – глубина цвета (количество бит, отводимых для кодирования одной точки), то количество различных цветов в палитре N = 2^I. Соответственно, I = log₂N.

Тогда объем файла, содержащего изображение, V(бит) = X * Y * I

Или, если нам дано количество цветов в палитре, V(бит) = X * Y * log₂N.

Скорость передачи информации по каналу связи (пропускная способность канала) вычисляется как количество информации в битах, переданное за 1 секунду (бит/с).

Объем переданной информации вычисляется по формуле V = q * t, где q – пропускная способность канала, а t – время передачи.

 

Кодирование звука

Пример 1.

Производится двухканальная (стерео) звукозапись с частотой дискретизации 16 кГц и глубиной кодирования 32 бит. Запись длится 12 минут, ее результаты записываются в файл, сжатие данных не производится. Какое из приведенных ниже чисел наиболее близко к размеру полученного файла, выраженному в мегабайтах?

1) 30               2) 45           3)  75         4)  90

Решение:

V(бит)  = f(Гц)* B(бит) * k * t(Сек),

где V – размер файла, f – частота дискретизации, B – глубина кодирования, k – количество каналов, t – время.

Значит, V(Мб) = (f * B * k * t ) / 2²³

Переведем все величины в требуемые единицы измерения:

V(Мб) = (16*1000 * 32 * 2 * 12 * 60 ) / 2²³

Представим все возможные числа, как степени двойки:

V(Мб) = (2⁴ * 2³ * 125 * 2⁵ * 2 * 2² * 3 * 15 * 2²) / 2²³ = (5625 * 2¹⁷) / 2²³ = 5625 / 2⁶ =

5625 / 64 ≈ 90.

Ответ: 4

!!! Без представления чисел через степени двойки вычисления становятся намного сложнее.

!!! Частота – это физическая величина, а потому 16 кГц = 16 * 1000 Гц, а не 16 * 2¹⁰. Иногда этой разницей можно пренебречь, но на последних диагностических работах она влияла на правильность ответа.

 

Пример 2.

В те­че­ние трех минут про­из­во­ди­лась четырёхка­наль­ная (квад­ро) зву­ко­за­пись с ча­сто­той дис­кре­ти­за­ции 16 КГц и 24-бит­ным раз­ре­ше­ни­ем. Сжа­тие дан­ных не про­из­во­ди­лось. Какая из при­ве­ден­ных ниже ве­ли­чин наи­бо­лее близ­ка к раз­ме­ру по­лу­чен­но­го файла?

 

1) 25 Мбайт

2) 35 Мбайт

3) 45 Мбайт

4) 55 Мбайт

Решение:

V(бит)  = f(Гц)* B(бит) * k * t(Сек),

где V – размер файла, f – частота дискретизации, B – глубина кодирования (или разрешение), k – количество каналов, t – время.

Значит, V(Мб) = (f * B * k * t ) / 2²³ = (16 * 1000 * 24 * 4 * 3 * 60) / 2²³ = (2⁴ * 2³ * 125 * 3 * 2³ * 2² * 3 * 15 * 2²) / 2²³ = (125 * 9 * 15 * 2¹⁴) / 2²³ = 16875 / 2⁹ = 32, 96 ≈ 35

Ответ: 2

 

Пример 3.

Ана­ло­го­вый зву­ко­вой сиг­нал был записан сна­ча­ла с ис­поль­зо­ва­ни­ем 64 уров­ней дис­кре­ти­за­ции сиг­на­ла, а затем с ис­поль­зо­ва­ни­ем 4096 уров­ней дис­кре­ти­за­ции сиг­на­ла. Во сколь­ко раз уве­ли­чил­ся ин­фор­ма­ци­он­ный объем оциф­ро­ван­но­го звука?

            1) 64

2) 8

3) 2

4) 12

Решение:

V(бит)  = f * log₂d * k * t, где V – размер файла, f – частота дискретизации, d – количество уровней дискретизации, k – количество каналов, t – время.

V₁ = f * log₂64 * k * t = f * 6 * k * t

V₂ = f * log₂4096 * k * t = f * 12 * k * t

V₂ / V₁ = 2

Пра­виль­ный ответ ука­зан под но­ме­ром 3.

Ответ: 3

 

Кодирование изображения

Пример 4.

Какой минимальный объём памяти (в Кбайт) нужно зарезервировать, чтобы можно было сохранить любое растровое изображение размером 64×64 пикселей при условии, что в изображении могут использоваться 256 различных цветов? В ответе запишите только целое число, единицу измерения писать не нужно.

Решение:

V(бит) = X * Y * log₂N, где V – объем памяти, X,Y – количество пикселей по горизонтали и вертикали, N – количество цветов.

V (Кб) = (64 * 64 * log₂256) / 2¹³ = 2¹² * 8 / 2¹³ = 4

Ответ: 4

 

Пример 5.

Для хранения растрового изображения размером 64x32 пикселя отвели
1 килобайт памяти. Каково максимально возможное число цветов в палитре изображения?

Решение:

V(бит) = X * Y * log₂N, где V – объем памяти, X,Y – количество пикселей по горизонтали и вертикали, N – количество цветов.

log₂N = V /( X*Y) = 2¹³ / (2⁶ * 2⁵) = 4

N = 16

Ответ:16

 

Сравнение двух способов передачи данных

Пример 6.

До­ку­мент объ­е­мом 5 Мбайт можно пе­ре­дать с од­но­го ком­пью­те­ра на дру­гой двумя спо­со­ба­ми:

А) Сжать ар­хи­ва­то­ром, пе­ре­дать архив по ка­на­лу связи, рас­па­ко­вать.

Б) Пе­ре­дать по ка­на­лу связи без ис­поль­зо­ва­ния ар­хи­ва­то­ра.

Какой спо­соб быст­рее и на­сколь­ко, если

– сред­няя ско­рость пе­ре­да­чи дан­ных по ка­на­лу связи со­став­ля­ет 2¹⁸ бит в се­кун­ду,

– объем сжа­то­го ар­хи­ва­то­ром до­ку­мен­та равен 80% от ис­ход­но­го,

– время, тре­бу­е­мое на сжа­тие до­ку­мен­та – 35 се­кунд, на рас­па­ков­ку – 3 се­кун­ды?

В от­ве­те на­пи­ши­те букву А, если спо­соб А быст­рее или Б, если быст­рее спо­соб Б. Сразу после буквы на­пи­ши­те ко­ли­че­ство се­кунд, на­сколь­ко один спо­соб быст­рее дру­го­го. Так, на­при­мер, если спо­соб Б быст­рее спо­со­ба А на 23 се­кун­ды, в от­ве­те нужно на­пи­сать Б23. Слов «се­кунд», «сек.», «с.» к от­ве­ту до­бав­лять не нужно.

 

Решение:

Спо­соб А. Общее время скла­ды­ва­ет­ся из вре­ме­ни сжа­тия, рас­па­ков­ки и пе­ре­да­чи. Время пе­ре­да­чи t рас­счи­ты­ва­ет­ся по фор­му­ле t = V / q, где V — объём ин­фор­ма­ции, q — скорость пе­ре­да­чи дан­ных.

Объем сжатого документа: 5 * 0,8 = 4 Мб =4 * 2²³ бит.

Найдём общее время: t = 35 с + 3 с + 4 * 2²³ бит / 2¹⁸ бит/с = 38 + 2⁷ с = 166 с.

Спо­соб Б. Общее время сов­па­да­ет с вре­ме­нем пе­ре­да­чи: t = 5 * 2²³ бит / 2¹⁸ бит/с = 5 * 2⁵ с = 160 с.

Спо­соб Б быст­рее на 166 - 160 = 6 с.

Ответ: Б6

 

Определение времени передачи данных

Пример 7.

Ско­рость пе­ре­да­чи дан­ных через ADSL─со­еди­не­ние равна 128000 бит/c. Через дан­ное со­еди­не­ние пе­ре­да­ют файл раз­ме­ром 625 Кбайт. Опре­де­ли­те время пе­ре­да­чи файла в се­кун­дах.

Решение:

Время t = V / q, где V — объем файла, q — скорость пе­ре­да­чи дан­ных.

t = 625 * 2¹⁰ байт / (2 ⁷ * 1000) бит/c = 625 * 2¹³ бит / (125 * 2¹⁰) бит/c = 5 * 2³ с = 40 с.

Ответ: 40

 

Пример 8.

У Васи есть до­ступ к Ин­тер­нет по вы­со­ко­ско­рост­но­му од­но­сто­рон­не­му ра­дио­ка­на­лу, обес­пе­чи­ва­ю­ще­му ско­рость по­лу­че­ния им ин­фор­ма­ции 2¹⁷ бит в се­кун­ду. У Пети нет ско­рост­но­го до­сту­па в Ин­тер­нет, но есть воз­мож­ность по­лу­чать ин­фор­ма­цию от Васи по низ­ко­ско­рост­но­му те­ле­фон­но­му ка­на­лу со сред­ней ско­ро­стью 2¹⁵ бит в се­кун­ду. Петя до­го­во­рил­ся с Васей, что тот будет ска­чи­вать для него дан­ные объ­е­мом 4 Мбай­та по вы­со­ко­ско­рост­но­му ка­на­лу и ре­транс­ли­ро­вать их Пете по низ­ко­ско­рост­но­му ка­на­лу. Ком­пью­тер Васи может на­чать ре­транс­ля­цию дан­ных не рань­ше, чем им будут по­лу­че­ны пер­вые 512 Кбайт этих дан­ных. Каков ми­ни­маль­но воз­мож­ный про­ме­жу­ток вре­ме­ни (в се­кун­дах), с мо­мен­та на­ча­ла ска­чи­ва­ния Васей дан­ных, до пол­но­го их по­лу­че­ния Петей? В от­ве­те ука­жи­те толь­ко число, слово «се­кунд» или букву «с» до­бав­лять не нужно.

 

Решение:

Нужно опре­де­лить, сколь­ко вре­ме­ни будет пе­ре­да­вать­ся файл объ­е­мом 4 Мбай­та по ка­на­лу со ско­ро­стью пе­ре­да­чи дан­ных 2¹⁵ бит/с; к этому вре­ме­ни нужно до­ба­вить за­держ­ку файла у Васи (пока он не по­лу­чит 512 Кбайт дан­ных по ка­на­лу со ско­ро­стью 2¹⁷ бит/с).

Время скачивания дан­ных Петей: t₁= 4*2²³ бит / 2¹⁵ бит/с = 2¹⁰ c.

Время за­держ­ки: t₂ = 512 кб / 2¹⁷ бит/с = 2^{(9 + 10 + 3) - 17} c = 2⁵ c.

Пол­ное время: t₁ + t₂ = 2¹⁰ c + 2⁵ c = (1024 + 32) c = 1056 c.

Ответ: 1056

 

Пример 9.

Данные объемом 60 Мбайт передаются из пункта А в пункт Б по каналу связи, обеспечивающему скорость передачи данных 2¹⁹ бит в секунду, а затем из пункта Б в пункт В по каналу связи, обеспечивающему скорость передачи данных 2²⁰ бит в секунду. Задержка в пункте Б (время между окончанием приема данных из пункта А и началом передачи в пункт В) составляет 25 секунд. Сколько времени (в секундах) прошло с момента начала передачи данных из пункта А до их полного получения в пункте В? В ответе укажите только число, слово «секунд» или букву «с» добавлять не нужно.

Решение:

Полное время складывается из времени передачи из пункта А в пункт Б (t₁), задержки в пункте Б (t2) и времени передачи из пункта Б в пункт В (t₃).

t₁ = (60 * 2²³) / 2¹⁹ =60 * 16 = 960 c

t₂ = 25 c

t₃ = (60 * 2²³) / 2²⁰ =60 * 8 = 480 c

Полное время t₁ + t₂ +t₃ = 960 + 25 + 480 = 1465 c

Ответ: 1465

Ты нашел то, что искал? Поделись с друзьями!

Задачи на расчет объёма звуковой информации — КиберПедия

Теория

Звук может иметь различные уровни громкости. Количество различных уровней рассчитывается по формуле N = 2ⁱ, где i - глубина звука.

Частота дискретизации - количество измерений уровня входного сигнала в единицу времени (за 1 секунду).

Размер цифрового моноаудиофайла вычисляется по формуле А=Д*Т*i,

где Д- частота дискретизации;

Т- время звучания или записи звука;

i - разрядность регистра (глубина звука).

Для стереоаудиофайла размер вычисляется по формуле А=2*Д*Т*i

 

Примеры

1. Подсчитать, сколько места будет занимать одна минута цифрового звука на жестком диске или любом другом цифровом носителе, записанного с частотой 44.1 кГц и разрядностью 16 бит.

Решение:

Если записывают стереосигнал

А = 2*Д*Т*i = 44100*120*16 = 84672000бит = = 10584000байт = 10335,9375Кб = 10,094Мб.

Если записывают моносигнал А = 5Мб.

Ответ: 10 Мб, 5Мб

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

Решение:

А = Д * Т * i

Т =А / Д / i

Т = 10737418,24/44100/2 = 121,74(сек) = 2,03(мин)

Ответ: 2,03 мин.

Задачи для самостоятельного решения

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.

2. 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?

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

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

 

Содержательный подход к измерению информации

Теория

Согласно Шеннону, информативность сообщения характеризуется содержащейся в нем полезной информацией — той частью сообщения, которая снимает полностью или уменьшает неопределенность какой-либо ситуации.

Неопределенность некоторого события — это количество возможных исходов данного события.

Пусть в некотором сообщении содержатся сведения о том, что произошло одно из N равновероятных (равновозможных) событий. Тогда количество информации i, заключенное в этом сообщении, и число событий N связаны формулой: 2ⁱ = N (или i=log₂N). Эта формула носит название формулы Хартли.

В общем случае, если N – количество возможных событий, p_i – вероятности отдельных событий, применяется формула Шеннона:

 

 

Энтропия (H) – мера неопределенности, выраженная в битах.

Количество информации I и энтропия H характеризуют одну и ту же ситуацию, но с качественно противоположенных сторон.

I – это количество информации, которое требуется для снятия неопределенности H.

Когда неопределенность снята полностью, количество полученной информации I равно изначально существовавшей неопределенности H.

 

Примеры

1. Сколько бит информации несет сообщение о том, что из 256 одинаковых по размеру, но разноцветных шаров наугад выбрали красный шар?

Решение: Выбор шара любого цвета, в том числе и красного – события равновероятностные, следовательно, i = log₂256 = 8(бит).

Ответ: сообщение о том, что из 256 одинаковых по размеру, но разноцветных шаров наугад выбрали красный шар, несет 8бит.

2. В гимназический класс школы были отобраны ученики из 128 претендентов. Какое количество учеников было отобрано, если сообщение о том, кто был отобран, содержит 140 битов информации?

Решение: Определим, сколько бит содержит сообщение об одном ученике. 2ⁱ = N, 2ⁱ = 128, i = 7(бит). Т.о. было отобрано 140 / 7 = 20 человек.

Ответ: 20 человек было отобрано в гимназический класс.

3. В озере живут караси и окуни. Вероятность попадания на удочку карася – 0,75; окуня – 0,25. Сколько информации содержится в сообщении, что рыбак поймал рыбу?

Решение: По формуле Шеннона

 

 

Ответ: в сообщении, что рыбак поймал рыбу содержится 0,8 бит информации.

Задачи для самостоятельного решения

1. В барабане для розыгрыша лотереи находится 32 шара. Сколько информации содержится в сообщении о первом выпавшем номере (например, выпал номер 15)?

2. При угадывании целого числа в диапазоне от 1 до N было получено 6 бит информации. Чему равно N?

3. Сообщение о том, что из корзины с разноцветными шарами (все шары разного цвета) достали зеленый шар, содержит 4 бита информации. Сколько шаров было в корзине?

4. Из папки NEW одновременно удалили 10 файлов. Сообщение о названиях удаленных файлов содержит 80 бит информации. Сколько файлов было всего в папке?

5. В доме 4 подъезда, в каждом из которых 16 этажей. Какое количество информации содержится в сообщении о том, что Иван живет на пятом этаже в третьем подъезде?

6. Система может находиться в трех различных состояниях с вероятностями: в первом (худшем) состоянии с вероятностью 0,1; во втором – 0,4; в третьем (лучшем) – 0,5. Чему равно количество информации о произвольном состоянии системы?

 

Урок "Решение задач на кодирование звуковой информации"

Решение задач на кодирование звуковой информации

При решении задач учащиеся опираются на следующие понятия:

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:

1. Размер цифрового файла

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. ([1], стр. 156, пример 1)

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.

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. ([1], стр. 157, №88)

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.

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? ([1], стр. 157, №89)

Формула для расчета частоты дискретизации и разрядности: D* I =А/Т

(объем памяти в байтах) : (время звучания в секундах):

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

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? ([1], стр. 157, №90)

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? ([1], стр. 157, №91)

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? ([1], стр. 157, №94)

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? ([1], стр. 157, №95)

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.

([2], стр. 76, №2.82)

Решение:

а).
1) Информационный объем звукового файла длительностью в 1 секунду равен:
16 бит х 8 000 = 128000 бит = 16000 байт = 15,625 Кбайт/с
2) Информационный объем звукового файла длительностью 1 минута равен:
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? ([1], стр. 157, №92)

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? ([1], стр. 157, №93)

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

11. Оцените информационный объем высокачественного стереоаудиофайла длительностью звучания 1 минута, если "глубина" кодирования 16 бит, а частота дискретизации 48 кГц. ([2], стр. 74, пример 2.54)

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

([2], стр. 76, №2.84)

Решение:

а).
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:
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)? ([4], стр. 34, упражнение №34)

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 (2⁸) уровней интенсивности сигнала -качество звучания радиотрансляции, использованием 65536 (2¹⁶) 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.

([2], 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.

([2], стр. 77, №2.85)

Решение:

а).
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:
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? ([2], 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). ([3], 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, аппаратура 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. ([3], 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 2³ = 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 2³ (3 бита) слишком малы. Обычно для звука (голоса) выбирают частоту дискретизации 8 кГц, т. е. 8000 раз в секунду, и уровень квантования 2⁸ (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. ([3], 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).

Ответ: чем выше уровень квантования тем точнее передается звук.

Литература:

[1] Информатика. Задачник-практикум в 2 т. /Под ред. И.Г. Семакина, Е.К. Хеннера: Том 1. – Лаборатория Базовых Знаний, 1999 г. – 304 с.: ил.

[2] Практикум по информатике и информационным технологиям. Учебное пособие для общеобразовательных учреждений / Н.Д. Угринович, Л.Л. Босова, Н.И. Михайлова. – М.: Бином. Лаборатория Знаний, 2002. 400 с.: ил.

[3] Информатика в школе: Приложение к журналу «Информатика и образование». №4 — 2003. — М.: Образование и Информатика, 2003. — 96 с.: ил.

[4] Кушниренко А.Г., Леонов А.Г., Эпиктетов М.Г. и др. Информационная культура: одирование информации. Информационные модели. 9-10 класс: Учебник для общеобразовательных учебных заведений. — 2-е изд. — М.: Дрофа, 1996. — 208 с.: ил.

[5] Гейн А.Г., Сенокосов А.И. Справочник по информатике для школьников. — Екатеринбург: «У-Фактория», 2003. — 346. с54-56.

Школьная информатика в помощь аудиофилу. Часть 1. – hifi-audio.ru

Почему часть первая, скажете вы, может эта информация не нужна или скучна, а автор задумал уже и вторую часть. Но дело в том, что задумал автор как раз сразу именно вторую часть, и она не столько про задачи, а про довольно один любопытный вопрос,  но без первой части, во-первых, то что там будет рассмотрено, не понять, а во вторых, есть парадокс, когда люди увлекающиеся аудио вроде-бы и сами все знают, но в элементарных понятиях “плавают”.
Вот и ударим праведным молотом информации по не грамотности или “забывчивости”.
И что в этом нам поможет?
Друзья, вы не поверите вероятно, но поможет нам школьный, как я понял, курс информатики.
Школьная информатика в помощь аудиофилу – прекрасный заголовок, как мне кажется, и связь поколений, и единение.

Итак, вы знаете как посчитать размер аудио-файла, его частоту и прочие моменты?  Кто-то уверенно скажет “да”, но, я уверен, что многие скажут “знаю, но не помню”,  и что-то в этом роде. Ведь так, признаемся?
На глаза как раз попался сборник задач по информатике, Как никогда актуальный.
Давайте рассмотрим задачи из него, которые мне показались крайне позновательными и любопытными и совместно их решим, разумеется.

Задачи даны по уроку “Определение объема звукового файла”.
Постулаты:
Размер цифрового моноаудиофайла измеряется по формуле: 

A = D*T*i,

где D – частота дискретизации (Гц), T – время звучания или записи звука, i – разрядность регистра (разрешение).
Но лично мне такое наименование не нравится, сразу не понятно, что есть что, поэтому формулу я перепишу с такими обозначениями:

Р = f * t * b

, где

Р – размер файла в байтах, f – частота дискретизации (Гц), t – время звучания звука (сек), b – разрядность регистра (в байтах).
Все необходимые сведения даны, и теперь попробуем решить первую задачу.

Задача 1.

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

Вам все  понятно и вы уже решили в уме? Молодцы, мы пока порешаем.

Итак, дано:

Р (размер) = 1,3 Мб
t = одна минута или = 60 секунд
Разрядность звуковой платы — 8 бит
f  (частота дескритизации, Гц) = ?

Решение.

Для начала переведем размер аудиофайла данный в мегабайтах с байты, чтобы воспользоваться формулой, которая ведет расчеты в минимальных величинах, а именно байтах, герцах и секундах.

Как перевести мегабайты в байты?
Во первых мегабайт состояит из килобайт.
Кило-байт = кило переводится как тысяча. Но в цифровом мире килобайт = 1024 .
Итак, 1 мегабайт (Мб) = 1024 килобайт (Кб).
Но килобайт еще надо превратить в байты.
Кило, Как мы знаем, это переводится, как 1000, но в цифровом мире это 1024.
Почему?
В цифровом мире все определяется двумя значениями – 0 или 1.
0 – нет, 1  – да.
Соответствено минимальный элемент рассчета – это 1 бит ( binary digit – двоичное число). Один бит может тметь значение 0 или 1.

Соответственно используется двоичная система счисления.
Одному биту соответствует один двоичный триггер, имеющий два положения – включен (1) или выключен (0), есть напряжение (1) или нет (0).
Ладно, куда то меня понесло слищком далеко.
Короче, 1024, а не 1000, потому что 2 в 10 степени = 1024.
Именно 2, потому что используется двоичное исчесление, т.е. возможны два значения (0 или 1).
Другими словами 1 бит принимает 2 состояния. 2 бита уже могут принять 4 состояние (с нулями и единицами), 3 бита уже 8 состояний.
Почему?
3 бита.
1 бит – это два значения = 2. Сколько состояний у 3 бит?
2 * 2 * 2= 8
У 4 бит значений может быть:
2 * 2 *2 *2 =  16
и тд.

А теперь посмотрите  2*2*2 – это  2^3 (читается как два в степени 3).
2^4 – это 16
а соответственно
2^10 = 1024
Вернемся к задаче.

Первести 1,3 Мб в байты.
1 Мб = 1024 кб
1 кб = 1024 байта
Следовательно, чтобы узнать сколько байт в килобайте и в мегабайте, Умножаем на 1024, чтобы из мегабайт получить килобайты:
1,3 Мб = 1,3*1024 = 1331,2 кб
А теперь умножаем на 1024 еще раз, чтобы из килобайт получить байты, ведь в 1 кб находится 1024 байта.
1331,2 * 1024 = 1363148,8 байт
Итак,
Р (размер) = 1363148,8 байт
Теперь следующий интересный момент условия:

Разрядность звуковой платы — 8 бит

Вам следует знать, что бит мельчайшая единица измерения, и 8 бит составляют 1 байт.

1 байт = 8 бит
Следовательно,
2 байта = 16 бит (8+8)
3 байта = 24 бит (8+8+8)
4 байт = 32 бит (8+8+8+8)
и тд.

По условию нам нужно узнать частоту дескретизации файла.
Вспомним формулу:

Р (байт) = f (Гц) * t (сек) * b (байт)

Р  = f * t * b

Чтобы узнать f (частоту дескретизации), нужно f оставить с одной стороны формулы, а все остальные перенести, если нужно – в другую сторону, за знак =.
При переносе знаки меняются, + превращается в минус, а * превращается в разделить и наоборот.
Смотрите, Р и f у нас сразу итак по разные стороны от знака =

f=Р

, поэтому их мы не трогаем. А вот остальные переносим:
t умножаласть, раз она переносится через знак  =, то на нее будут делить, получается так:

f=Р/t

далее надо перенести b. На нее умножалось, значит, теперь на нее будет делится то, что уже перенесено:

f=Р/t/b

Готово.

Р (размер) = 1363148,8 байт
t= 1 минута = 60 сек
b= 1 байт.
Почему 1 байт?
Дано в условии:
Разрядность звуковой платы — 8 бит
А 8 бит – это 1 байт.
В формулу надо подставлять именно байты. если бы формула требовала биты, то мы бы не перводили биты в байты. Но формула построена так, что требует именно байты. Поэтому мы перводим данные гам в условии 8 бит в байты и получаем – 8 бит = 1 байт.

Подставляем значения:

f=Р/t/b

f = 1363148,8 байт / 60 сек / 1 = 22719,14666666667 =22719 Гц

Так как ближайшее значение дескритизации формата – это 22050 Гц, то считаем, что файл оцифрован со значением 22050 Гц.

Другие популярные значения дескретизации 44100 Гц (СД) и тд.

Задача решена. Если вы все это знали, но забыли, давайте разомнемся еще на одной задаче.

 

А некоторые аудиофилы слушают спиной, чтобы другим не повадно было

Задача 2. Объем свободной памяти на диске — 5,25 Мб, разрядность звуковой платы — 16. Какова длительность звучания цифрового аудиофайла, записанного с частотой дискретизации 22,05 кГц? 

Дано:

Р = 5,25 Мб = 5,25*1024*1024=5505024 байт

b = разрядность звуковой платы — 16 бит = 16/8 = 2 байт

f = 22,05 кГц = 22,05*1000 = 22050.

Вы скажите, а почему это  для килобайт мы умножали на 1024, а килогерцы в герцы переводим  умножая на 1000? Герцы оперируют именно 1000, и никак иначе. 1кГц = 1000 Гц. 1Мгц = 1000 кГц.

Вспоминаем формулу:

Р = f * t * b

Нужно узнать время длительности файла, т.е. Т.

Смотрим, t и Р уже по разные стороны от знака =, их не трогаем.

t= Р
остальные переносим с противоположным знаком (- = +, *=/ ) :
t = Р/f/b
Считаем:
t= 5505024/22050/2=124,8 секунды

Вторая задача уже пролетела легче?

Задача 3. Две минуты записи цифрового аудиофайла занимают на диске 5,1 Мб. Частота дискретизации — 22050 Гц. Какова разрядность аудиоадаптера?    

Дано:

t = 2 минуты = 2*60 = 120 сек
Р= 5,1 мб = 5,1*1024 = 5222,4 кб = 5222,4 * 1024 =5347737,6 байт
f = 22050 Гц
Узнать разрядность аудиоадаптера b.

Формула:
Р = f * t * b

Видим, что b и Р по разные стороны от знака  = поэтому их не трогаем.
b=Р

переносим оставшиеся с заменой знаков.
b=P/f/t

b = 5347737,6/22050/120= 2 байта
Переводим байты в биты, ибо разрешение звукового адаптера измеряется в битах:

1 байт = 8 бит (это аксиома)
2 байт = 8 бит +8 бит = 16 бит

Ответ: разрядность аудиоадаптера 16 бит.

 

Задача 4.

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.

Задача на самом деле поставлена некорректно, потому что не уточняется, что битность звука задумана равная 16 бит. Будем это иметь в виду. Возможно подразумевается, что раз озвучили формат качества аудио-СД, имеющий параметры 44100/16 бит, то это является подсказкой.
Длительность исчисляется соотношением бит в секунду, поэтому
переводим килобайты в байты (умножаем на 1024) и далее в биты (умножаем на 8).
940 кб = 940*1024=962560 байт = 962560 * 8 = 7700480 бит
По заданию такой объем проходит за 10 секунд, узнаем сколько  бит идет за 1 секунду:
7700480 : 10 = 770048 бит/сек
Чтобы узнать формат звука, разделим еще на битность фомата СД = 16.

Формула

Р = f * t * b

f = Р/t/b

f=770048/ 1 сек/16 = 48128 Гц.

Ответ близок к 44,1 КГц формата СД.
940 кб – трансляция ведется в качестве СД.
Другой данный вариант:
157 Кбайт = 157 * 1024 * 8 = 1286144 бит
1286144 / 10 сек = 128614,4
f = 128614,4/1/16 = 8038 Гц

Ответ 2. Трансляция 157 кб в качестве радиотрансляции.

 

Задача 5. 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.

Узнаем максимальный объем дискеты умножив число секторов на объем информации способный в них хранится:

Р=2847*512 =1457664 байт
8 кГц = 8000 Гц
8 бит = 1 байт
Р = f * t * b
t = Р/f/b
t = 1457664 /8000/1= 182.2 сек

Ответ : в качестве 8 бит, 8 кГц на дискете уместится 182 секунды или 182/60 =  3 минуты времени аудио.

б).16 бит, 48 кГц.

16 бит = 2 байта
48 кГц = 48000 Гц
t = Р/f/b
t=1457664 /48000/2=15 секунд

Ответ: в качестве 16 бит, 48 кГц на дискете уместится 15 секунд.

Задача 6.

Определить объем памяти для хранения цифрового аудиофайла, время звучания которого составляет две минуты при частоте дискретизации 44,1 кГц и разрешении 16 бит.

Р=?

t=2 минуты = 120 сек
f = 44.1кГц =44100 Гц
b=16 bit = 2 байт
Р = f * t * b

Р=44100*120*2=10584000 байт = 10584000 байт /1024 =  10335,9 кБ= 10335,9 / 1024 = 10 Мб

Задача 7.  

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

Р=0,01 Гб = 0,01*1024=10,24 Мб = 10,24*1024=10485,76 кб = 10485,76*1024=10737418,24 байт

b= 16 bit = 2 байт (8+8)

f=44100 Гц
t = ?
Р = f * t * b
t = Р/f/b
t = 10737418,24  / 44100/2=121 сек

На этом я думаю стоит завершить небольшую экскурсию в школьную программу по информатике с 6 по 10 класс.

 2,356 total views,  1 views today

Volume Changer - Увеличение или уменьшение громкости онлайн

Any File Format

Этот онлайн-чейнджер поддерживает все популярные форматы файлов. Он также конвертирует файлы в другие форматы. Например, вы можете увеличить громкость файла WAV и сохранить его как MP3.

Неограниченный размер

Вы можете свободно загружать большие аудио и видео файлы. Это приложение поддерживает файлы размером до 6 ГБ, а это означает, что вам не нужно ничего сжимать перед началом редактирования.

Надежно и надежно

Несмотря на то, что вы загружаете свои файлы в наши онлайн-инструменты для аудио, не нужно беспокоиться о конфиденциальности.Мы используем SSL-сертификаты для создания зашифрованного канала между пользователем и сервером. Никто никогда не сможет вмешаться в ваш процесс изменения скорости звука.

Надежно и надежно

Вам не нужно беспокоиться о защите. В нашем приложении используются безопасные технологии и сертификация SSL, чтобы ваши файлы оставались конфиденциальными.

Легко редактировать

Для использования нашего приложения не требуется никакого предварительного опыта или технических навыков. Каждый может освоить этот онлайн-регулятор громкости благодаря интуитивно понятному веб-интерфейсу.

Бесплатное использование

Наше приложение позволяет изменять настройки громкости бесплатно. Кроме того, в нем нет рекламы, спама по электронной почте или разблокируемых ограничений.

Приложение Volume Changer позволяет увеличивать громкость видео онлайн без потери исходного качества. Этот бесплатный онлайн-чейнджер работает со всеми форматами аудиофайлов (включая mp3, m4a, wav, m4r и flac). Он также работает как аудиоконвертер, позволяя сохранять файлы в любом желаемом формате. Для его использования не требуется никаких технических навыков - просто переместите ползунок, чтобы изменить громкость.

.

Использование SoX для изменения уровня громкости диапазона времени в аудиофайле

Переполнение стека

1. Около
2. Товары
3. Для команд

1. Переполнение стека Общественные вопросы и ответы
2. Переполнение стека для команд Где разработчики и технологи делятся частными знаниями с коллегами

.

Уменьшите громкость аудиофайла Wav с помощью C

Переполнение стека

1. Около
2. Товары
3. Для команд

1. Переполнение стека Общественные вопросы и ответы
2. Переполнение стека для команд Где разработчики и технологи делятся частными знаниями с коллегами
3. Вакансии Программирование и связанные с ним технические возможности карьерного роста
4. Талант Нанимайте технических специалистов и создавайте свой бренд работодателя
5. Реклама

.

jquery - Как настроить громкость аудиофайла в javascript

Переполнение стека

1. Около
2. Товары
3. Для команд

1. Переполнение стека Общественные вопросы и ответы
2. Переполнение стека для команд Где разработчики и технологи делятся частными знаниями с коллегами

.

iphone - Как получить уведомления об уровне громкости и изменении громкости на iOS?

Переполнение стека

1. Около
2. Товары
3. Для команд

1. Переполнение стека Общественные вопросы и ответы
2. Переполнение стека для команд Где разработчики и технологи делятся частными знаниями с коллегами
3. Вакансии Программирование и связанные с ним технические возможности карьерного роста
4. Талант

.

Измените громкость аудиофайла и сохраните файл, используя java.sound.sampled

Переполнение стека

1. Около
2. Товары
3. Для команд

1. Переполнение стека Общественные вопросы и ответы
2. Переполнение стека для команд Где разработчики и технологи делятся частными знаниями с коллегами

.

---

Смотрите также

• 
  Pdf creator как объединить файлы
• 
  Как открывать vob файлы
• 
  Как объединять файлы в pdf
• 
  Как создать мп3 файл
• 
  Как определить чем зашифрован файл
• 
  Как перекинуть файлы в облако
• 
  Как вытащить контакты из файла spb
• 
  Ipa файл как установить на ipad
• 
  Как называется программа для открытия файлов
• 
  Как удалить файлы с диска dvd rw если они не удаляются
• 
  Virtualbox как перекинуть файлы