Кодирование информации

1. Кодирование информации

1
Кодирование
информации
§ 17. Кодирование звуковой
и видеоинформации
К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013
http://kpolyakov.spb.ru

2. Оцифровка звука

Кодирование информации, 10 класс
2
Оцифровка звука
аналоговый
сигнал
Оцифровка – это преобразование аналогового сигнала
в цифровой код (дискретизация).
T
– интервал дискретизации (с)
1
f – частота дискретизации
T (Гц, кГц)
T
Человек слышит
16 Гц … 20 кГц
К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013
t
8 кГц – минимальная частота для
распознавания речи
11 кГц, 22 кГц,
44,1 кГц – качество CD-дисков
48 кГц – фильмы на DVD
96 кГц, 192 кГц
http://kpolyakov.spb.ru

3. Оцифровка звука: квантование

Кодирование информации, 10 класс
3
Оцифровка звука: квантование
?
Сколько битов нужно, чтобы записать число 0,6?
Квантование (дискретизация по уровню) – это представление
числа в виде цифрового кода конечной длины.
АЦП = Аналого-Цифровой Преобразователь
3-битное кодирование:
8 битов = 256 уровней
16 битов = 65536 уровней
24 бита = 224 уровней
7
6
5
4
3
2
1
0
Разрядность кодирования —
это число битов, используемое
для хранения одного отсчёта.
T
К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013
t
http://kpolyakov.spb.ru

4. Оцифровка звука

Кодирование информации, 10 класс
4
Оцифровка звука
Задача. Определите информационный объем данных,
полученных при оцифровке звука длительностью
1 минута с частотой 44 кГц с помощью 16-битной
звуковой карты. Запись выполнена в режиме «стерео».
За 1 сек каждый канал записывает 44000 значений,
каждое занимает 16 битов = 2 байта
всего 44000 2 байта = 88000 байтов
С учётом «стерео»
всего 88000 2 = 176000 байтов
За 1 минуту
176000 60 = 10560000 байтов
10313 Кбайт 10 Мбайт
К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013
http://kpolyakov.spb.ru

5. Производится четырёхканальная (квадро) звукозапись с частотой дискретизации 32 кГц и 32-битным разрешением. Запись длится 2

Кодирование информации, 10 класс
5
Производится четырёхканальная (квадро) звукозапись с
частотой дискретизации 32 кГц и 32-битным
разрешением. Запись длится 2 минуты, её результаты
записываются в файл, сжатие данных не производится.
Определите приблизительно размер полученного файла
(в Мбайт). В качестве ответа укажите ближайшее к
размеру файла целое число, кратное 10.
К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013
http://kpolyakov.spb.ru

6. Производилась двухканальная (стерео) звукозапись с частотой дискретизации 64 кГц и 24-битным разрешением. В результате был

Кодирование информации, 10 класс
6
Производилась двухканальная (стерео) звукозапись с
частотой дискретизации 64 кГц и 24-битным
разрешением. В результате был получен файл
размером 48 Мбайт, сжатие данных не производилось.
Определите приблизительно, сколько времени (в
минутах) проводилась запись. В качестве ответа
укажите ближайшее к времени записи целое число.
К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013
http://kpolyakov.spb.ru

7. Производится двухканальная (стерео) звукозапись с частотой дискретизации 32 кГц и 32-битным разрешением. Запись длится 3

Кодирование информации, 10 класс
7
Производится двухканальная (стерео) звукозапись с
частотой дискретизации 32 кГц и 32-битным
разрешением. Запись длится 3 минуты, её результаты
записываются в файл, сжатие данных не производится.
Определите приблизительно размер полученного файла
(в Мбайт). В качестве ответа укажите ближайшее к
размеру файла целое число, кратное пяти.
К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013
http://kpolyakov.spb.ru

8. Производится звукозапись музыкального фрагмента в формате стерео (двухканальная запись) с частотой дискретизации 32 кГц и

Кодирование информации, 10 класс
Производится звукозапись музыкального фрагмента в формате
стерео (двухканальная запись) с частотой дискретизации 32 кГц и
32-битным разрешением. Результаты записываются в файл, сжатие
данных не производится; размер полученного файла 40 Мбайт.
Затем производится повторная запись этого же фрагмента в
формате моно (одноканальная запись) с частотой дискретизации 16
кГц и 16-битным разрешением. Сжатие данных не производилось.
Укажите размер файла в Мбайт, полученного при повторной записи.
В ответе запишите только целое число, единицу измерения писать
не нужно.
К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013
http://kpolyakov.spb.ru
8

9. 1. Производится двухканальная (стерео) звукозапись с частотой дискретизации 32 кГц и 32-битным разрешением. Результаты записи

Кодирование информации, 10 класс
9
1. Производится двухканальная (стерео) звукозапись с
частотой дискретизации 32 кГц и 32-битным
разрешением. Результаты записи записываются в файл,
сжатие данных не производится; размер полученного
файла — 60 Мбайт. Определите приблизительно время
записи (в минутах). В качестве ответа укажите
ближайшее к времени записи целое число.
К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013
http://kpolyakov.spb.ru

10. Оцифровка звука

Кодирование информации, 10 класс
10
Оцифровка звука
Как восстановить сигнал?
ЦАП = Цифро-Аналоговый Преобразователь
после
без
было до
сглаживания
оцифровкисглаживания
?
?
T
аналоговые
устройства!
t
Как улучшить качество?
уменьшать T
Что при этом ухудшится?
размер файла
К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013
http://kpolyakov.spb.ru

11. Оцифровка – итог

Кодирование информации, 10 класс
11
Оцифровка – итог
можно закодировать любой звук (в т.ч. голос, свист,
шорох, …)
?
• есть потеря информации
• большой объем файлов
Какие свойства оцифрованного звука определяют
качество звучания?
Форматы файлов:
WAV (Waveform audio format), часто без сжатия (размер!)
MP3 (MPEG-1 Audio Layer 3, сжатие с учётом
восприятия человеком)
AAC (Advanced Audio Coding, 48 каналов, сжатие)
WMA (Windows Media Audio, потоковый звук, сжатие)
OGG (Ogg Vorbis, открытый формат, сжатие)
К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013
http://kpolyakov.spb.ru

12. Инструментальное кодирование

Кодирование информации, 10 класс
12
Инструментальное кодирование
MIDI (Musical Instrument Digital Interface — цифровой
интерфейс музыкальных инструментов).
в файле .mid:
128 мелодических
• нота (высота, длительность)
и 47 ударных
• музыкальный инструмент
• параметры звука (громкость, тембр)
программа для
• до 1024 каналов
звуковой карты!
в памяти звуковой карты:
• образцы звуков (волновые таблицы)
MIDI-клавиатура:
нет потери информации при
кодировании инструментальной
музыки
небольшой размер файлов
невозможно закодировать
нестандартный звук, голос
К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013
http://kpolyakov.spb.ru

13. Трекерная музыка

Кодирование информации, 10 класс
13
Трекерная музыка
В файле (модуле):
• образцы звуков (сэмплы)
• нотная запись, трек (track) – дорожка
• музыкальный инструмент
• до 32 каналов
Форматы файлов:
MOD разработан для компьютеров Amiga
S3M оцифрованные каналы + синтезированный
звук, 99 инструментов
XM, STM, …
Использование: демосцены (важен размер файла)
К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013
http://kpolyakov.spb.ru

14. Кодирование видео

Кодирование информации, 10 класс
14
Кодирование видео
!
Видео = изображения + звук Синхронность!
изображения:
• ≥ 25 кадров в секунду
• 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
• исходный кадр + изменения (10-15 с)
• сжатие (кодеки – алгоритмы сжатия)
• DivX, Xvid, H.264, WMV, Ogg Theora…
звук:
• 48 кГц, 16 бит
• сжатие (кодеки – MP3, AAC, WMA, …)
К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013
http://kpolyakov.spb.ru

15. Форматы видеофайлов

Кодирование информации, 10 класс
15
Форматы видеофайлов
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
К.Ю. Поляков, Е.А. Ерёмин, 2013
http://kpolyakov.spb.ru