Кодирование звуковой информации

Любые процессы действительности могут быть преобразованы в цифровую форму. Так, кодирование звуковой информации с помощью вычислительных машин выполняется по следующей схеме:

Видео: Кодирование звуковой информации

- колебания воздуха регистрируются чувствительными приборами-

- выполняется их преобразование в электрический ток, в котором частота (амплитуда) изменяется соответственно-

- полученный ток оцифровывается, то есть происходит его дискретизация (иногда говорят, что имеет место двоичное кодирование звуковой информации).

Полученный электронный аналог исходного звукового потока тем качественнее, чем выше частота выборок при дискретизации и глубина кодирования.

Видео: A8. Кодирование звуковой информации

Другими словами, кодирование звуковой информации – это процесс преобразования знакомого многим аналогового сигнала в цифровой, предназначенного для последующей обработки на соответствующих устройствах. Рассмотрим подробнее этапы и способы оцифровки звука.

Дискретизация по временным рамкам – это основа оцифровки. Согласно теореме Котельникова, аналоговый электрический сигнал может быть преобразован в цифровую форму путем считывания с определенным шагом непрерывного ряда значений его амплитуды. Частота таких считываний должна как минимум вдвое превышать предельное значение частоты основного сигнала. При необходимости оцифровки аналогового «исходника» с рабочей частотой 0-20 кГц выборка должна осуществляться не реже чем 40 тыс. раз в секунду (40 кГц). Дискретизация указывает на количество замеров за одну секунду исходного аналогового сигнала (сэмплирование, частота выборки). С ростом выборок возрастает не только качество, но и объем получаемого потока данных.

Также кодирование звуковой информации может выполняться другими способами. Как, например, оцифровка посредством неоднородного квантования, иногда называемого логарифмическим. При его использовании вся амплитудная шкала условно разбивается на участки с высокими и низкими значениями. Дальнейшее кодирование звуковой информации происходит путем применения большого количества уровней квантования на участках с малым значением амплитуды (и наоборот). Однако отметим, что общее число уровней остается таким же, как и в однородном методе квантования (PCM).

Совершенно другой подход реализован в альтернативном способе кодирования. Он носит название «дифференциальная импульсно-кодовая модуляция» (DPCM). При таком способе квантованию подвергается не непосредственная амплитуда сигнала, а ее относительные значения. В результате удается добиться уменьшения занимаемого данными объема, так как задействуется механизм предсказания последующих отсчетов исходного сигнала.

Видео: Категория А8. ЕГЭ по информатике и ИКТ 2014.

Кодирование и обработка звуковой информации, описываемая в данной работе, предполагает необходимость выполнения преобразования «аналог-цифра». Этот процесс осуществляется с помощью АЦП (аналого-цифрового преобразователя). С работой этого устройства ежедневно сталкивается каждый владелец компьютера, оборудованного звуковой картой (в этом случае имеет место обратный процесс – получение аналогового сигнала из цифрового потока).

Функции АЦП заключаются в следующем:

- В ограничении полосы пропускаемых частот. С помощью фильтров отсекаются составляющие сигнала, частота которых – более половины частоты дискретизации (причина описывалась ранее).

- Выборка значений амплитуды через определенные промежутки времени. В результате аналоговый сигнал представляется последовательностью единичных разрядов различной интенсивности (дискретизация).

Видео: Лекция: Кодирование информации - Кодирование текста, изображений, звука

- Замена величин полученных разрядов их ближайшими значениями из фиксированного набора (квантование).

- Преобразование каждого квантованного значения условным числом уровня квантования (каждому значению – свой порядковый номер). Это и является последним этапом оцифровки.