Универсальность дискретного (цифрового) представления информации. Дискретное (цифровое) представление звуковой информации и видеоинформации

Что такое дискретность? Дискретное множество состоит из отделенных друг от друга элементов. Например, песок дискретен, поскольку он состоит из отдельных песчинок. Вода – непрерывна (рамках наших ощущений, поскольку отдельные молекулы мы ощутим не можем).

В компьютере для представления информации используется дискретное (цифровое) двоичное кодирование, так как удалось создать надежно работающие технические устройства, которые могут со стопроцентной надежностью сохранять и распознавать не более двух различных состояний (цифр):

ü электромагнитные реле – замкнуто/разомкнуто (широко использовались в первых ЭВМ);

ü участок поверхности магнитного носителя информации – намагничен/размагничен;

ü участок поверхности лазерного диска – отражает/не отражает;

ü триггер – может устойчиво находиться в одном из двух состояний, используется в оперативной памяти ПК.

Все виды информации в компьютере кодируются на машинном языке, в виде логических последовательностей нулей и единиц:

Вид информации: Числовая Текстовая Графическая Звуковая Видео

1 1 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1

Информация в компьютере представлена в двоичном коде, алфавит которого состоит из двух цифр – 0 и 1. Цифра двоичной системы называется битом (от английских слов binary digit – двоичная цифра).

Звукпредставляет собой распространяющуюся в воздухе, воде или другой среде волну с непрерывно меняющейся интенсивностью и частотой. Человек воспринимает звуковые волны (колебания воздуха) с помощью слуха в форме звуков различной громкости и тона, чем больше интенсивность звуковой волны, тем громче, звук, чем больше частота волны, тем выше тон звука.

Для того чтобы компьютер мог обрабатывать реальный (записанный) звук, непрерывный звуковой сигнал должен быть преобразован в цифровую дискретную форму с помощью временной дискретизации. Непрерывная звуковая волна разбивается на отдельные маленькие временные участки, причем для каждого такого участка устанавливается определенная величина интенсивности звука.

Для записи аналогового звука и его преобразования в цифровую форму используется микрофон, подключенный к звуковой плате. Качество полученного цифрового звука зависит от количества измерений уровня громкости звука в единицу времени, т. е. частоты дискретизации. Чем большее количество измерений производится за 1 секунду (чем больше частота дискретизации), тем точнее «лесенка» цифрового звукового сигнала повторяет кривую аналогового сигнала.

Частота дискретизации звука — это количество измерений громкости звука за одну секунду.

Частота дискретизации звука может лежать в диапазоне от 8 000 до 50 000 измерений громкости звука за одну секунду.

Каждому уровню дискретизации присваивается определенное значение уровня громкости звука. Уровни громкости звука можно рассматривать как набор возможных состояний N, для кодирования которых необходимо определенное количество информации I, которое называется глубиной кодирования звука.

Глубина кодирования звука — это количество информации, которое необходимо для кодирования дискретных уровней громкости цифрового звука.

Если известна глубина кодирования, то количество уровней громкости цифрового звука можно рассчитать по формуле N = 2^I

Пусть глубина кодирования звука составляет 16 битов, тогда количество уровней громкости звука равно N = 2^I = 2¹⁶ = 65 536.

Чем больше частота дискретизации и глубина кодирования звука, тем более качественным будет звучание оцифрованного звука. Самое низкое качество оцифрованного звука, соответствующее качеству телефонной связи, будет при частоте дискретизации 8000 раз в секунду, глубине кодирования 8 битов и записи одной звуковой дорожки (режим моно). Высокое качество оцифрованного звука, соответствующее качеству аудио-CD, обеспечивается при частоте дискретизации 48 000 раз в секунду, глубине кодирования 16 битов и записи двух звуковых дорожек (режим стерео).