84773

Кодирование и обработка звуковой информации

Конспект урока

Педагогика и дидактика

Цель: знакомство учащихся со звуковой информацией, способами кодирования и обработки звуковой информации в компьютере. Познавательные: осмыслить и усвоить принципы двоичного кодирования при оцифровке звука, формировать умения оценивать числовые параметры информационных объектов.

Русский

2015-03-21

61.5 KB

14 чел.

Тема урока: «Кодирование и обработка звуковой информации».

Форма проведения: урок информатики 10 класс.

Тип  занятия: урок изучения нового материала.

Цель: знакомство учащихся со звуковой информацией, способами кодирования и обработки звуковой информации в компьютере.

Задачи:

Познавательные: осмыслить и усвоить принципы двоичного кодирования при оцифровке звука, формировать умения оценивать числовые параметры информационных объектов. 

Развивающие: формировать умения использовать приобретенные знания в практической деятельности и повседневной жизни. 

Воспитательные: формировать коммуникационную культуру, воспитывать толерантность. 

Методы: 

объяснительно-иллюстрационный при объяснении нового материала;

репродуктивный, при работе с карточками;

частично-поисковый, при выполнении практической работы;

сотрудничество.

Технические и программные средства:

Компьютеры, проектор.

Программы: PowerPoint, Audacity 

Дидактический материал: 

презентация "Кодирование и обработка звуковой информации";

инструкционные карты для самостоятельной работы учащихся.

Ход урока

1. Организационный момент.

Проверка готовности класса.

2. Актуализация знаний учащихся.

(слайд 1)

У вас имеется кодовая таблица, с помощь которой расшифруйте, какое слово закодировано на экране. (ответ учеников) (Приложение1)

Вы отгадали ключевое слово темы урока. Вы знаете, что каждый символ в компьютере кодируется, представляется в двоичном коде. Как вы думаете, какая тема нашего урока? (ответы учеников) Кодирование и обработка звуковой информации.

- Что такое звук? (ответы учеников)

- Каким образом звук преобразуется из аналогово в цифровой? (ответы учеников)

- С помощью каких устройств происходит преобразование звука? (ответы учеников)

- Какие вы знаете форматы звуковых файлов. В чем их сходство и отличие? (ответы учеников) Сегодня на уроке мы подтвердим или опровергнем ваши предположения.

3. Новый материал.

(слайд 2)

Из курса физики вам известно, что звук - это волнообразное давление воздуха. Если бы не было воздуха, мы бы не слышали никакого звука. В космосе нет звука.

Мы слышим звук потому, наши уши чувствительны к изменению давления воздуха - звуковым волнам. Когда вы хлопаете в ладоши, воздух между ладонями выталкивается и создается звуковая волна. Повышенное давление заставляет молекулы воздуха распространяться во все стороны со скоростью звука, который равен 340 м/с. Когда волна достигает уха, она заставляет вибрировать барабанную перепонку, с которой сигнал передается в мозг и вы слышите хлопок. Хлопок - это короткое одиночное колебание, которое быстро затухает.

(слайд 3)

Для человека звук тем громче, чем больше амплитуда сигнала, и тем выше тон, чем больше частота сигнала.

(слайд 4)

Компьютер - устройство цифровое, поэтому непрерывный звуковой сигнал должен быть преобразован в последовательность электрических импульсов (нулей и единиц). Оцифровку звука выполняет специальное устройство на звуковой плате. Называется оно аналого-цифровой преобразователь (АЦП). Обратный процесс - воспроизведение закодированного звука производится с помощью цифро-аналогового преобразователя (ЦАП).

(слайд 5)

Весь процесс кодирования и декодирования можно представить в виде следующей схемы.

В процессе кодирования непрерывного звукового сигнала производится его дискретизация по времени, или, как говорят, "временная дискретизация".

(слайд 6)

Рассмотрим плоскость, на которой графически представлена звуковая волна, она разбивается на горизонтальные и вертикальные линии. Горизонтальные линии - это уровни громкости, а вертикальные - количество измерений за 1 секунду или частота дискретизации (Гц). Такой способ позволяет заменить непрерывную зависимость на дискретную последовательность уровней громкости, каждой из которых присваивается значение в двоичном коде.

Таким образом, гладкая кривая заменяется на последовательность "ступенек". Каждой "ступеньке" присваивается значение громкости звука. Чем больше "ступенек", тем большее количество уровней громкости будет выделено в процессе кодирования, и тем большее количество информации будет нести значение каждого уровня и более качественным будет звучание.

(слайд 7)

Качество звука зависит от двух характеристик - глубины кодирования звука и частоты дискретизации. Рассмотрим эти характеристики.

Глубина кодирования звука (b) - это количество бит, используемое для кодирования различных уровней сигнала или состояний. Тогда общее количество таких состояний или уровней (K) можно вычислить по формуле:K=2b.

Современные звуковые карты обеспечивают 16-битную глубину кодирования звука, и тогда общее количество различных уровней будет: K = 2 16= 65536.

Частота дискретизации (H) - это количество измерений уровня звукового сигнала в единицу времени. Эта характеристика показывает качество знания и точность процедуры двоичного кодирования. Измеряется в герцах (Гц).

Одно измерение за одну секунду соответствует частоте 1 Гц, 1000 измерений за одну секунду - 1 килогерц (кГц). 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.

Высокое качество звучания достигается при частоте дискретизации 44 кГц и глубины кодирования звука, равной 16 бит. Для мрачного, приглушенного звука характерны следующие параметры: частота дискретизации - 11 кГц, глубина кодирования - 8 бит.

Параметр Качество звука

Глубина кодирования

Частота дискретизации

Радиотрансляция

8 бит

До 8 кГц

Среднее качество

8 бит или 16 бит

8-48 кГц

Звучание CD-диска

16 бит

До 48 кГц

(слайд 8)

Для того, чтобы найти объем звуковой информации, необходимо воспользоваться следующей формулой:

I= H*b*t*k,

где H - частота дискретизации (в Гц),

b - глубина кодирования (в битах),

t - время звучания (в секундах),

k - режим (моно-1, стерео-2).

K=2 b,

где K - количество уровней громкости,

b - глубина звука (бит)

(слайд 9)

Задача: Рассчитайте объем стереоаудиофайла длительностью 20 секунд при 20-битном кодировании и частоте дискредитации 44.1 кГц.

Решение (слайд 10):

20 бит * 20 * 44100 * 2 = 35280000 бит = 4410000 байт = 4.41 Мб

(слайд 11)

Стандартные форматы звуковых файлов: MIDI, WAV, MP3. У каждого формата есть свои достоинства и недостатки.

(слайд 12)

Программы для работы со звуком.

Звуковые редакторы осуществляют запись, воспроизведение, редактирование звука, микширование (наложение звуковых дорожек друг на друга), применение звуковых эффектов (эхо, воспроизведение в обратном направлении и т.д.)

4. Обобщение и закрепление полученных знаний

(слайд 13)

Задача (самостоятельно). Учебник [1], показ решения на презентации.
Определить информационный объем цифрового аудио файла длительностью звучания которого составляет 10 секунда при частоте дискретизации 22,05 кГц и разрешении 8 битов.

Запись условия

t=10 сек

b=8 бит

H = 22,05 кГц

k =1

I=?

Решение

I= t ×b × H × k

I=10 ×8 × 22,05 × 1=

10 × 8 × 22 050 бит/8 = 220500 байт/1024 = 215,332/1024 Кбайт = 0,21 Мбайт

5. Практическая работа

Работа в группах. Класс делится на 2 группы. Первая группа работает за компьютерами, выполняя практическую работу 2), вторая, за партами работая с карточками (Приложение3).

6. Рефлексия

Учащимся предлагается написать мини-письмо с пожеланиями, отзывом о работе на уроке.

7. Домашнее задание. (Приложение4)

Решить задачи (проверка на следующем уроке)

Учебник [1]

№ 90

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

Запись условия

t=2 мин

b= 16 бит

H = 44,1 кГц

k =1

I=?

Решение

I= t ×b× H  × 1

I=2×60 ×16 × 44,1 × 1=

(120 × 16 × 44 010) бит = 84672000 бит/8= 10584000байт/1024 = 10335,9375 Кбайт/1024 = 10,09 Мбайт

№ 91

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?

Запись условия

I=2,6 Мб

t=1 мин

k =1

b= ?

H = ?

Решение

I= t ×b × H × 1; b × H = I / t

b × H = 2,6 Мб/1 мин. = 2,6×1024×1024×8 бит/ 60 сек=21810380,8/60=

363506,237

363506,237/8=45438,3

363506,237/16=22719,15

Ответ.

Если b=8 ,бит, то H =44,1 кГц.

Если b=16 бит, то H =22,05 кГц.

№ 92

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

№ 93

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

№ 94

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

№ 95

Цифровой аудиофайл содержит запись звука низкого качества (звук мрачный и приглушенный). Какова длительность звучания файла, если его объем составляет 650 Кб?

№ 96

Две минуты записи цифрового аудиофайла занимают на диске 5,05 Мб. Частота дискретизации — 22 050 Гц. Какова разрядность аудиоадаптера?

№ 97

Объем свободной памяти на диске — 0,1 Гб, разрядность звуковой платы — 16. Какова длительность звучания цифрового аудиофайла, записанного с частотой дискретизации 44 100 Гц?

Ответы

№ 92. 124,8 секунды.

№ 93. 22,05 кГц.

№ 94. Высокое качество звучания достигается при частоте дискретизации 44,1 кГц и разрядности аудиоадаптера, равной 16. Требуемый объем памяти — 15,1 Мб.

№ 95. Для мрачного и приглушенного звука характерны следующие параметры: частота дискретизации — 11 кГц, разрядность аудиоадаптера — 8. Длительность звучания равна 60,5 с.

№ 96. 16 битов.

№ 97. 20,3 минуты.

8. Источники информации:

  1.  Информатика, задачник-практикум 1 том, (под редакцией И.Г.Семакина, Е.К. Хеннера )
  2.  Информатика и ИКТ. Профильный уровень : учебник для 10 класса
    Авторы: Семакин И. Г., Шеина, Т.Ю., Шестакова Л. В.
    Год издания: 2011
  3.  www.5byte.ru/9/0009.php 
  4.  www.inf777.narod.ru/inf_posobie_popova/razdel_4/4.6.3.htm 

втор: Калиниченко Н.Н.    МАОУ «Лицей №8»


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

77212. Исследование работы с географическими данными в Oracle 10g 482.5 KB
  Спроектировать базу данных с учетом специфики хранимой информации; Перенести собранную обо всех электростанциях информацию в БД; Разработка интерфейса администратора для мониторинга и управления информационной системой.
77213. СОЗДАНИЕ СРЕДЫ РАЗРАБОТКИ ДЛЯ ЯЗЫКА ПРОГРАММИРОВАНИЯ OCAML 96 KB
  OCaml в настоящее время является активно развивающимся языком программирования. Секрет его успеха, возможно, заключается в том, что этот язык интуитивно понятен и прост для изучения даже неопытным программистом.
77214. Cоздание дискретизирующего фильтра для обработки электроокулограмм. Обеспечение работы и настройки фильтра в режиме реального времени 512 KB
  Причиной этих бросков служит тот факт, что глазное яблоко представляет собой электрический диполь (сетчатка заряжена отрицательно относительно роговицы), поэтому при поворотах глазного яблока в районе глаз регистрируется изменение разности потенциалов.
77215. Язык для описания плагинов в среде программирования JetBrains MPS 347.5 KB
  С каждым годом приложения становятся более объемными и сложными. В связи с этим, требуются все более изощренные подходы к программированию для создания новых программ. Попробуем проследить, как развивались средства программирования, чтобы удовлетворять нуждам программистов по написанию сложных проектов.
77216. Применение нейронных сетей к ранжированию результатов информационного поиска 282 KB
  Существует ряд алгоритмов машинного обучения, которые позволяют определять ранг документов. Например, RankProp, PRank и RankBoost. Данные адаптивные алгоритмы тренируются на обучающей выборке документов, чтобы выявить зависимости положения документа от его признаков.
77217. Распознавание автомобильных номеров с помощью нейронных сетей 230 KB
  В современных условиях, когда прослеживается явная тенденция к автоматизации большинства процессов, которые раньше предполагали безоговорочное участие человека, идея автоматической идентификации автомобиля по номерной пластине с целью дальнейшего использования...
77218. Создание физически-корректного дождя и сопутствующих эффектов 5.78 MB
  Целью курсовой работы была разработка и реализация дешевых, с точки зрения вычислений, но мощных алгоритмов визуализации как непосредственно самого дождя, так и различных эффектов его сопровождающих.
77219. Расширение функциональности графического редактора языка DRL 474.5 KB
  Сейчас большинство организаций разрабатывают семейства продуктов, и только немногие системы или продукты остаются уникальными. Похожая ситуация и в программной инженерии - рынок требует всё большего качества программных продуктов, уменьшения времени выхода на рынок и уменьшения их цены.
77220. Поиск оптимального ректификационного преобразования 673.5 KB
  В задаче восстановления трёхмерных сцен по двум изображениям, взятых с различных точек одним из главных этапов является поиск соответствующих точек на этих изображениях. Поиск производится вдоль эпиполярных прямых, и удобным для вычислений является случай...