Кодирование звуковой информации

Для оцифровки звука используется преобразование аналогового сигнала в цифровой сигнал.

Преобразование звуковых волн в двоичный код в памяти компьютера:

Звуковая волна®микрофон®переменный электрический код® аудиоадаптер® двоичный код®память ЭВМ.

Воспроизведение звуковой информации, сохраненной в памяти компьютера:

память ЭВМ®двоичный код® аудиоадаптер ® Электрический сигнал АКУСТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА® звуковая волна.

Перевод сигнала из аналоговой формы в цифровую (дискретную) означает замену описывающей его непрерывной функции Z (t) на некотором отрезке [ t ₁; t ₂] конечным множеством { Z_i; t_i } i =0.. n, где n – количество точек разбиения временного интервала. Преобразование называется дискретизацией непрерывного сигнала и осуществляется посредством двух операций:

1)   развертка по времени – наблюдение за значением величины Z производится в определенные моменты времени с интервалом D t.

2) квантование по величине сигнала – отображение вещественных значений параметра сигнала в конечное множество чисел, кратных некоторой постоянной величине – шагу квантования D Z.

Совместное выполнение обеих операций эквивалентно нанесению масштабной сетки на график Z (t). В качестве пар значений { Z_i; t_i } выбираются узлы сетки, расположенные наиболее близко к графику. Полученное множество узлов является дискретным представлением исходной непрерывной функции.

Число уровней квантования сигнала, представленного на рисунке равно 6. Можно провести нумерацию уровней и выразить их в двоичной системе счисления. Для шести уровней достаточно трех двоичных разрядов. Каждое дискретное значение представляется в этом случае двоичным кодом в виде последовательности сигналов двух уровней.

 

№  уровня	Значение уровня	код	№  уровня	Значение уровня	код
1	4	100	7	3	011
2	5	101	8	2	010
3	5	101	9	2	010
4	5	101	10	2	010
5	4	100	11	3	011
6	3	011	12	3	011

В большинстве устройств связи для передачи используются колебательные и волновые процессы, с определенным, ограниченным спектром частот колебаний. Теорема отсчетов (В.А. Котельников 1933 г.):

Непрерывный сигнал можно полностью отобразить и точно воссоздать по последовательности измерений или отсчетов величины этого сигнала через одинаковые интервалы времени, меньшие или равные половине периода максимальной частоты, имеющейся в сигнале, т.е.:

где n _m – значение верхней границы частоты устройства.

Например, для точной передачи речевого сигнала с частотой до n_m =4000Гц при дискретной записи должно производиться не менее 8000 отсчетов в секунду;. В телевизионном сигнале n_m ≈ 4 МГц, следовательно, для его точной передачи, потребуется около 8000000 отсчетов в секунду.

Шаг квантования D Z определяется чувствительностью приемного устройства. Любой получатель сообщения – человек или устройство – всегда имеют конечную предельную точность распознавания величины сигнала, которая и становится критерием выбора шага квантования. Например, человеческий глаз в состоянии различить около 16 миллионов цветовых оттенков; это означает, что при квантовании цвета нет смысла делать большее число градаций. Примеры устройств оцифровки изображения и звука: сканер, модем, диджитайзер, устройства для цифровой записи звука и изображения, лазерный проигрыватель, графопостроитель.

При цифровой записи звука преобразовании информации происходит следующим образом: Z (t)® z (k), где t – время, k – натуральное число, Z (t) – давление воздуха на мембрану микрофона, z (k) – числовое значение Z (t) в момент времени t = k t, t – период квантования.

 

Звуковые сигналы в аналоговой форме	Преобразование сигнала в цифровой код

Полученные числовые коды хорошо фильтруются, легко обрабатываются и высоконадежны.

Контрольные вопросы и задания

1. Какую роль играет информация в системах управления?

2. Приведите пример системы управления и назовите составные части?

3. В чем различия растрового и векторного метода вывода изображений. Перечислите  преимущества и недостатки этих методов?

4. Что определяет выбор значения шага квантования при преобразовании сигнала?

1.

5.