Представление числовой и звуковой информации в компьютере

системы счисления

Система счисления — символический метод записи чисел, представление чисел с помощью письменных знаков. (англ. numeration)

цифры и числа

Для начала проведём границу между числом и цифрой.

Число — это некоторая абстрактная сущность для описания количества (определение из Википедии).

Цифры — это знаки, используемые для записи чисел.

Цифры бывают разные: самыми распространёнными являются арабские цифры, представляемые известными нам знаками от нуля (0) до девяти (9); менее распространены римские цифры, мы их можем иногда встретить на циферблате часов или в обозначении века (XIX век).

число — это абстрактная мера количества;

цифра — это знак для записи числа.

Поскольку чисел гораздо больше чем цифр, то для записи числа обычно используется набор (комбинация) цифр.

Только для небольшого количества чисел - для самых малых по величине - бывает достаточно одной цифры.

работа с системами счисления в стандартном калькуляторе Windows

Windows – Калькулятор

Запуск: Пуск – Программы – Стандартные – Калькулятор

Команда: Вид – Инженерный.

С помощью этой программы можно переводить числа, записанные в двоичной, восьмеричной, десятичной и шестнадцатеричной системах координат. Имеют обозначения:

Hex (Hexadecimal) - шестнадцатеричная

Dec (Decimal) - десятичная

Oct (Octal) - восьмеричная

Bin (Binary) – двоичная.

Алгоритм перевода чисел:

Например, перевести число 19F16=X10.

1.Установить переключатель в положение Hex (щелкнув по нему левой кнопкой мыши).

2.Набрать число с помощью мышки или клавиатуры (латинские буквы).

3.Установить переключатель в положение Dec – получим ответ.

4. Проверить правильность в тетради и поставить +.

В восьмеричной системе счисления восемь цифр: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7. Перевод из этой системы в двоичную достаточно прост. Достаточно составить таблицу триад (по три цифры).

При переводе восьмеричного числа в двоичное заменяют каждую восьмеричную цифру на соответствующую триаду из таблицы (см примеры в карточке).

Для обратной операции, то есть для перевода из двоичной в восьмеричную систему, двоичное число разбивают на триады (справа налево), потом заменяют каждую группу одной восьмеричной цифрой.

Аналогично производим перевод из шестнадцатеричной в двоичную системы и наоборот.

основные формы звукозаписи

Звукозапись, процесс записи звуковой информации с целью её сохранения и последующего воспроизведения; Звукозапись называют также записанную звуковую информацию. Звукозапись основана на изменении физического состояния или формы различных участков носителя записи - магнитной ленты, граммофонной пластинки, киноплёнки и др. Звукозапись представляет собой частный случай записи и воспроизведения информации и осуществляется двумя способами: акустическим и электроакустическим. В первом способе звуковые колебания непосредственно управляют работой прибора, воздействующего на носитель записи, во втором - сначала преобразуются микрофоном в электрические колебания, мощность которых повышается усилителем до необходимого значения, после чего электрические колебания поступают в прибор, воздействующий на носитель, т. е. непосредственно производящий запись. Электроакустический способ обеспечивает лучшее качество Звукозапись, большие эксплуатационные возможности аппаратуры и почти полностью вытеснил акустический способ. Для воспроизведения Звукозапись главным образом применяют электроакустический способ, при котором сначала от фонограммы получают электрические колебания, соответствующие записанным, а затем усиливают и преобразуют их громкоговорителем в звуковые колебания.

На практике различают три основные системы Звукозаписи: механическая, фотографическая и магнитная.

При механической записи звука игла или резец выдавливает или вырезает на поверхности движущегося носителя канавку, форма которой соответствует форме записываемых звуковых колебаний. В процессе воспроизведения электропроигрывателем граммофонная игла, двигаясь по извилинам канавки, повторяет эти колебания и передаёт их или мембране, излучающей звук через рупор, или электромеханическому преобразователю звукоснимателя, вырабатывающему электрические сигналы.

При фотографической Звукозапись в такт со звуковыми колебаниями изменяется (модулируется) сила или форма светового луча, падающего на движущуюся киноплёнку. В результате звук оказывается «сфотографированным». После химического проявления на плёнке образуется затемнённая дорожка записи, прозрачность или ширина которой изменяется по длине плёнки в соответствии с закономерностью записанного колебания. Для воспроизведения Звукозапись фотографическую фонограмму, которая двигается с той же скоростью, с какой двигалась плёнка при записи, просвечивают лучом света, проходящим сквозь дорожку записи и падающим на фотоэлемент, фотоэлемент преобразует колебания силы света в электрические колебания.

При магнитной записи в такт со звуковыми колебаниями намагничиваются отдельные участки носителя, движущегося через магнитное поле. Поле создаётся магнитной головкой, через обмотку которой проходят усиленные электрические токи микрофона. При воспроизведении происходит обратное преобразование: движущаяся магнитная фонограмма возбуждает в магнитной головке электрические сигналы..

Звукозапись развивается по пути совершенствования трёх названных систем Звукозапись и постепенного перехода от монофонической звукозаписи к стереофонической звукозаписи, при воспроизведении которой слушатель получает информацию о пространственном расположении отдельных источников звука: звук как бы приобретает «объёмность», и восприятие его во многих отношениях становится более естественным.

В зависимости от метода сохранения, выделяют два основных вида записи звуков: аналоговый и цифровой.

Аналоговая звукозапись

Под аналоговой подразумевают запись звуков на физический носитель таким образом, чтобы устройство воспроизведения производило колебания и создавало звуковые волны аналогичные тем, что были получены при сохранении.

Цифровая звукозапись

Под цифровой записью понимают оцифровку и сохранение звука в виде набора бит (битовой последовательности), который описывает воспроизведение тем или иным устройством

достоинства цифровой звукозаписи

чистота записи, диапазон, многократно превосходящий возможности человеческого уха,цифровому» сигналу не страшны шумы и искажения

этапы оцифровки аудиосигнала

Оцифровка звука осуществляется при помощи аналогово-цифрового преобразователя (АЦП) и выполняется в три этапа: дискретизация аналогового сигнала во времени; квантование полученных импульсов по амплитуде; двоичная запись квантованного импульса.

На первом этапе (дискретизация) сигнал делится на множество элементов, количество которых в секунду зависит от частоты дискретизации и измеряется в килогерцах (кГц). Например, частота дискретизации 48 кГц означает, что каждая секунда аналогового сигнала была разделена на 48 тысяч элементов. На ПК частоту дискретизации можно установить в диапазоне от 5 до 48 кГц, и чем выше этот показатель, тем выше будет качество оцифрованного звука.

На втором этапе оцифровки (квантование) каждому элементу присваивается определенное числовое значение, соответствующее его амплитуде. В современных компьютерах при вводе звука используется 16-разрядное квантование: в этом случае уровень каждого элемента может изменяться от 0до 16535. 16-разрядный звук достаточно высококачественный, так как содержит множество информации для воссоздания полноценной звуковой картины.

Разумеется, при оцифровке сигнала часть звуковой информации теряется, но при высокой частоте дискретизации и большой разрядности квантования эти потери незаметны на слух для большинства людей. Фактически любой качественный звуковой файл на современном ПК имеет частоту дискретизации 44,1 кГц и 16-разрядный формат амплитуды.

параметры цифрового аудиосигнала

Разрядность цифрового сигнала (bits resolution) — количество уровней квантования дискретного сигнала. В профессиональной аудио обработке применяется разрядность 16, 20 и 24 бит.

Частота дискретизации (sampling rate) — частота, с которой аналоговый сигнал дискретизируется в дискретный сигнал. В профессиональной аудио обработке применяются частоты дискретизации 44100Гц или 48000Гц. Также используются частоты в 2 или 4 раза выше — 88200/96000 или 176400/192000.

Формат представления — целые (прямой код) или вещественные (фиксированная или плавающая точка) числа.

Количество каналов — сигнал может быть моно, стерео и многоканальный (3..8 каналов). В некоторых случаях аудио обработка должна учитывать количество каналов.

Также цифровой сигнал характеризуется общими с аналоговым сигналом параметрами — мощность сигнала, частотный диапазон (frequency range), динамический диапазон (dynamic range).