15.02.2024 / Дискретизация

Дискретизация

Дискретизация – переход от непрерывного сигнала к близкому (в определённом смысле) дискретному сигналу, описываемому разрывной функцией времени (перевод аналогового сигнала в цифровой).

Все приборы, которые показывают результаты измерений в цифровом виде, выполняют дискретизацию. Например, стрелка в обычном спидометре автомобиля может принимать любое положение, это непрерывный (или, как говорят физики, аналоговый) прибор. А цифровой спидометр показывает дискретные данные - скорость с округлением до 1 км/ч.

Преимущества дискретных сигналов

• В меньшей степени подвержены искажениям в процессе передачи и хранения

• Легко преобразуются в двоичный цифровой код

• Обрабатываются с помощью цифровых вычислительных устройств.

Звуковая информация

• Звук представляет 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 звука различной громкости и тона. Чем больше интенсивность звуковой волны, тем громче звук, чем больше частота волны, тем выше тон.

Громкость

Человеческое ухо воспринимает звук с частотой от 20 колебаний в секунду (низкий звук) до 20 000 колебаний в секунду (высокий звук).

• Низкий

• Высокий

Человек может воспринимать звук в огромном диапазоне интенсивностей, в котором максимальная интенсивность больше минимальной в 10 раз (в сто тысяч миллиардов раз). Для измерения громкости звука применяется специальная единица «Децибел» (Дбл). Уменьшение или увеличение громкости звука на 10 Дбл соответствует уменьшению или увеличению интенсивности звука в 10 раз.

Звук	Громкость в децибелах
Шорох листьев	0
Разговор	60
Гудок автомобиля	90
Реактивный двигатель	120
Болевой порог	140

• Цифровой звук — это аналоговый звуковой сигнал, представленный посредством дискретных численных значений его амплитуды.

• Оцифровка звука — технология преобразования аналогового звукового сигнала в цифровой вид.

Частота дискретизации звука

Частота дискретизации звука - количество измерений громкости звука за одну секунду. Для записи аналогового звука и преобразования в цифровую форму используется микрофон, подключенный к звуковой карте.

• Качество полученного цифрового звука зависит от количества измерений уровня громкости звука в единицу времени, т.е. частоты дискретизации.

• Чем больше количество измерений производится за 1 секунду (чем больше частота дискретизации), тем точнее "лесенка" цифрового звукового сигнала повторяет кривую диалогового сигнала.

• Частота дискретизации звука может лежать в диапазоне от 8000 до 48 000 измерений громкости звука за одну секунду.

Глубина кодирования звука

Глубина кодирования звука это количество информации, необходимое для кодирования дискретных уровней громкости цифрового звукового сигнала. В цифровой звуковой записи, каждому "шагу" или "уровню" громкости присваивается определенное значение. Уровни громкости можно рассматривать как набор возможных состояний M, для кодирования которых требуется определенное количество информации, которое именуется глубиной кодирования звука.

Если известна глубина кодирования, то количество уровней громкости цифрового звука можно рассчитать по формуле N = 2^M. Например, если глубина кодирования звука составляет 16 битов, тогда количество уровней громкости звука равно N = 2^16 = 65536.

В процессе кодирования каждому уровню громкости звука присваивается свой 16-битовый двоичный код. Наименьшему уровню звука соответствует код 0000000000000000, а наибольшему - код со всеми единицами: 1111111111111111.