Кодирование звуковой и видеоинформации в компьютере (10 класс углубленный уровень)

10 класс (профиль)

Кодирование звука. ( Оценка инф. объёма звуковых данных при заданных частоте дискретизации и разрядности кодирования )

Разработка учителя информатики

МБОУ СОШ с.Тербуны

Болговой Н.А.

Звук

Звук представляет собой распространяющуюся в воздухе, воде или др. среде волну с непрерывно меняющейся интенсивностью и частотой.

Человек воспринимает звуковые волны (колебания воздуха) с помощью слуха в форме звука различных громкости и тона .

2023 г

© Bolgova N.A

Чем больше интенсивность звуковой волны, тем громче звук, чем больше частота волны, тем выше тон звука.

Зависимость громкости и высоты тона звука от интенсивности и частоты звуковой волны

2023 г

© Bolgova N.A

2023 г

© Bolgova N.A

громкость

Временная дискретизация звука .

Непрерывная звуковая волна разбивается на отдельные маленькие временные участки . Для каждого участка устанавливается определенная величина интенсивности звука.

Непрерывная зависимость громкости звука А(t) от времени

t заменяется на дискретную последовательность уровней громкости.

время

2023 г

© Bolgova N.A

Качество звука зависит от:

• Частоты дискретизации
• Глубины кодирования

2023 г

© Bolgova N.A

5

1.Частота дискретизации (М).

• Это количество измерений громкости звука за 1 секунду Показывает качество звучания и точность процедуры двоичного кодирования.
• Измеряется в герцах (Гц)

Одно измерение за секунду соответствует частоте 1 ГЦ, 1000 измерений за секунду-1 килогерц (1 кГц)

2023 г

© Bolgova N.A

5

• Частота дискретизации звукового сигнала может принимать значения от 8 до 48 кГц.
• При частоте 8 кГц качество дискретизированного звукового сигнала соответствует качеству радиотрансляции,

а при частоте 48 кГц-качеству звучания

аудио-CD

2023 г

© Bolgova N.A

5

2. Глубина кодирования (i)

• Это количество информации (бит), используемое для кодирования дискретных уровней громкости цифрового звука.

N=2 i

Где i-глубина кодирования,

N-количество дискретных уровней

2023 г

© Bolgova N.A

5

Качество оцифрованного звука

Зависит от частоты и глубины дискретизации:

• Оцифрованный звук низкого качества (телефонная связь и запись 1 звуковой дорожки режима «МОНО»)- частота дискретизации 8- 11 КГц , глубина 8 битов ;

• Среднего качества- частота 24 КГц , глубина 16 битов ;

• Высокого качества (аудио- CD, и запись 2 дорожек режима «СТЕРЕО»)- частота 44,1 -48 КГц , глубина 16 битов .

2023 г

© Bolgova N.A

5

5. Объем звуковой информации

V = M * I * t * k ,

Где M -частота дискретизации (в Гц),

i - глубина кодирования (в битах)

t - время звучания (в секундах)

k – число каналов, которые записываются одновременно (дорожки, моно-1, стерео-2)

2023 г

© Bolgova N.A

5

Процесс кодирования и декодирования можно представить в виде схем кодирования (рис.1) и декодирования (рис.2) звука:

Двоичный

Переменный

код

ток

Звуковая

Звуковая

волна

плата

микрофон

Память ЭВМ

Рис.1

Двоичный

Звуковая

Переменный

код

плата

ток

Память ЭВМ

Рис.2

Звуковая

волна

динамик

© Bolgova N.A

5

2023 г

6. Форматы файлов:

• WAV – стандартный формат (сжатие –редко)
• MP3 - популярный (сжатие с потерей данных и качества)
• ACC (mp4) - улучшенный (сжатие с высоким качеством)
• WMA - сжатие для уменьшения объема
• Ogg Vorbis – свободный лицензионный формат

2023 г

© Bolgova N.A

12

Дополнительная информация :

• При сохранении звука в формате со сжатием отбрасываются «Избыточные» для человеческого восприятия звуковые частоты с малой интенсивностью , совпадающие по времени со звуковыми частотами с большой интенсивностью .
• Применение такого формата позволяет сжимать звуковые файлы в десятки раз, однако это приводит к необратимой потере информации (файлы не могут быть восстановлены в первоначальном виде)

2023 г

© Bolgova N.A

12

2023 г

© Bolgova N.A

12

7. Звуковые редакторы

Звуковые редакторы позволяют изменять качество цифрового звука и объем звукового файла путем изменения частоты дискретизации и глубины кодирования.

Оцифрованный звук можно сохранять без сжатия в формате WAV или со сжатием в формате MP3

2023 г

© Bolgova N.A

12

Редактор audacity

2023 г

© Bolgova N.A

12

2023 г

© Bolgova N.A

12

8. Кодирование видео

Видео = изображения + звук

изображения: ≥ 25 кадров в секунду

• PAL : 720×576, 24 бита
• PAL : 720×576, 24 бита

за 1 с: 720×576×25×3 байта ≈ 30 Мб

за 1 мин: 60×32 Мбайта ≈ 1,73 Гб

• HDTV : 1280×720, 1920×1080. 4K : 4096×3072
• HDTV : 1280×720, 1920×1080.
• 4K : 4096×3072

• исходный кадр + изменения (10-15 с) сжатие (кодеки – алгоритмы сжатия)
• исходный кадр + изменения (10-15 с)
• сжатие (кодеки – алгоритмы сжатия)

• Форматы файла: DivX, Xvid, H.264, WMV, Ogg Theora…
• Форматы файла: DivX, Xvid, H.264, WMV, Ogg Theora…

2023 г

© Bolgova N.A

12

8. Кодирование видео

Видео = изображения + звук

звук:

• 48 кГц, 16 бит сжатие ( кодеки – MP3, AAC, WMA, …)
• 48 кГц, 16 бит
• сжатие ( кодеки – MP3, AAC, WMA, …)

2023 г

© Bolgova N.A

12

9. Форматы файлов

AVI – Audio Video Interleave – чередующиеся звук и видео; контейнер – могут использоваться разные кодеки

MPEG – Motion Picture Expert Group

WMV – Windows Media Video, формат фирмы Microsoft

MP4 – MPEG-4 , сжатое видео и звук

MOV – Quick Time Movie , формат фирмы Apple

WebM – открытый формат, поддерживается браузерами

2023 г

© Bolgova N.A

12

10. Редакторы обработки видео NERO Video

2023 г

© Bolgova N.A

12

Shotcut

2023 г

© Bolgova N.A

12

Видеомонтаж ( для начинающих -демо )

2023 г

© Bolgova N.A

12

Adobe Premiere Rush ( для начинающих+ планшет + смартфон )

2023 г

© Bolgova N.A

12

Решение задач

2023 г

© Bolgova N.A

12

1. Задача с выборочным ответом :

Звуковая плата производит двоичное кодирование аналогового звукового сигнала. Какое количество информации необходимо для кодирования каждого из 65 536 возможных уровней интенсивности сигнала?

• 1) 16 битов ; 2) 256 битов ; 3) 1 бит ; 4) 8 битов.

2023 г

© Bolgova N.A

12

Задача 2

Какова длительность звучания звука низкого качества объема 1200 Кбайт?

• Звук низкого качества: частота- 8 КГц , глубина- 8 битов ;

Решение:

V=M*i*t*1 , t=V:M:i

2023 г

© Bolgova N.A

12

Задача 3

Какой объем памяти требуется для хранения звуковой информации высокого качества при условии, что время звучания составляет 3 мин?

• Звук высокого качества: частота 48 КГц , глубина 16 битов ;

Решение:

V=M*i*t

V= 48000 Гц *16 бит *3*60 сек =127008000 бит= = 15876000 байт = 15503,9 Кбайт = 15,14 Мбайт

2023 г

© Bolgova N.A

12

Задача 3

Объем свободной памяти на диске 5,25 Мбайт, глубина кодирования- 8 бит, частота дискретизации 44,1 КГц. Какова длительность звучания данного файла?

2023 г

© Bolgova N.A

12

Д/ з: § 15, задача 3

2023 г

© Bolgova N.A

12