Исследовательская работа Авторы: Осина Мария, Сипугин Кирилл, Учащиеся 10а класса Гусев А. Н



страница1/4
Дата18.07.2013
Размер0.56 Mb.
ТипИсследовательская работа
  1   2   3   4


ГОУ СОШ «Школа здоровья № 1349»

Компьютерное моделирование кодирования аналогового звукового сигнала. Создание алгоритма сжатия двоичного кода.

Исследовательская работа

Авторы: Осина Мария,

Сипугин Кирилл,

Учащиеся 10а класса

Руководитель: Гусев А.Н.,

Учитель информатики и ИКТ

Москва - 2010

Оглавление

Введение

3

Глава 1 Звук.

5

1.1 Распространение звука в пространстве

5

1.2 Свойства звука и его характеристики

5

1.3 Сигнал – носитель информации

6

1.4 Кодирование текста

8

1.4.1 Способы кодирования текста

9

1.5 Кодирование аналогового сигнала

11

1.5.1 Кодирование звука

12

2. Компьютерное моделирование кодирования аналогового звукового сигнала. Создание алгоритма сжатия двоичного кода

14

2.1 Методы исследования и их описание

14

2.2 Анализ результатов исследования

15

Заключение

26

Список источников информации

27

Приложение 1

28

Приложение 2

29

Приложение 3

30


Введение

Термины

Данная работа посвящена интересной и познавательной теме: «Компьютерное моделирование кодирования аналогового звукового сигнала. Создание алгоритма сжатия двоичного кода». В работе часто употребляются следующие термины:

Аналоговый сигнал – непрерывное во времени изменение какой-либо физической величины.


Модель – это искусственный объект, который отражает существенные особенности изучаемого объекта, явления, процесса.

Моделирование – метод познания, заключающийся в построении моделей для исследования и изучения объектов, процессов и явлений.

Аналого-цифровое преобразование (АЦП) – преобразование аналогового сигнала в цифровой код путем периодических измерений его характеристик.

Этапы цифрового кодирования звука: 1 – преобразование в аналоговый электрический сигнал; 2 – дискретизация и измерение; 3 – занесение в память компьютера.

Параметры АЦП: частота дискретизации - H(Гц); разрядность квантования – b (бит); число уровней квантования – I=Htb, где t – длительность измерений.

Для реализации поставленной цели, нами были выдвинуты следующие задачи:

  1. Изучение литературы и различных источников на данную тему.

  2. Изучение процессов обработки и кодирования звука и текста.

  3. Провести анкетирование учащихся.

  4. Создание информационной модели физического процесса.

  5. Создание компьютерной модели.

  6. Изучение мнения учащихся и учителей школы №1349 о необходимости создания компьютерных моделей для естественнонаучного цикла предметов.

В исследовании были использованы следующие методы и методики:

Эмпирический метод:

  • Численные эксперименты по обработке звука.

  • Эксперимент по сжатию двоичного кода.

Теоретические методы:

  • Анализ и синтез полученных данных в процессе изучении источников информации.

  • Сравнение данных, полученных при изучении источников информации.

  • Обобщение полученных данных в ходе проделанной работы.

  • Метод компьютерного моделирования.

  • Метод мысленного моделирования.

Практическая значимость работы: Применение компьютерной модели кодирования аналогового звукового сигнала на уроках естественнонаучного цикла.

Работа над проектом была проведена в четыре этапа. На первом этапе, для получения представления о предмете исследования, необходимо было изучить материал по тематике исследования в различных источниках информации.

На втором этапе над работой была проведена систематизация информации о кодировании текстовой информации и аналогово-цифровом преобразовании звука.

Третий этап был посвящен численным экспериментам по обработке звука и составлению алгоритма сжатия двоичного кода.

На заключительном этапе работы была создана компьютерная презентация проекта в среде Power Point для защитной речи.

Практическим результатом работы явилось создание компьютерных моделей аналого-цифрового преобразования звука и алгоритма сжатия двоичного сигнала.

Глава 1. Звук

    1. Распространение звука в пространстве

Звук – это распространяющиеся в упругих средах – газах, жидкостях и твёрдых телах – механические колебания, воспринимаемые органами слуха.

При достижении звуковой волной какой-либо точки пространства, частицы вещества, до того не совершавшие упорядоченных движений, начинают колебаться. Любое движущееся тело, в том числе и колеблющееся, способно совершать работу, то есть оно обладает энергией. Следовательно, распространение звуковой волны сопровождается распространением энергии. Источником этой энергии является колеблющееся тело, которое и излучает в окружающее пространство (вещество) энергию. Органы слуха человека способны воспринимать колебания с частотой от 15-20 герц до 16-20 тысяч герц. Механические колебания с указанными частотами называются звуковыми или акустическими (акустика – учение о звуке). Итак, звук – это волновой колебательный процесс, происходящий в упругой среде и вызывающий слуховое ощущение. Однако восприимчивость человека к звукам избирательна, поэтому мы говорим о слышимых и неслышимых звуках. Совокупность тех и других в общем напоминает спектр солнечных лучей, в котором есть видимая область – от красного до фиолетового цвета и две невидимые – инфракрасная и ультрафиолетовая. По аналогии с солнечным спектром звуки, которые не воспринимаются человеческим ухом, называются инфразвуками, ультразвуками и гиперзвуками.

    1. Свойства звука и его характеристики

Основные физические характеристики звука – частота и амплитуда колебаний.

Периодом колебания называется время, в течение которого совершается одно полное колебание. Частота колебаний – это число полных колебаний (периодов) за одну секунду. Эту единицу называют герцем (Гц). Чем больше частота колебаний, тем более высокий звук мы слышим, то есть звук имеет более высокий тон. В соответствии с принятой международной системой единиц, 1000 Гц называется килогерцем (кГц), а 1000000 – мегагерцем (МГц). Распределение по частотам: слышимые звуки – в пределах 15 Гц - 20кГц, инфразвуки – ниже 15 Гц; ультразвуки – в пределах 1,5х104 – 109 Гц; гиперзвуки - в пределах 109 – 1013Гц1.

Вторая основная характеристика – амплитуда колебаний. Это наибольшее отклонение от положения равновесия при гармонических колебаниях. На примере с маятником – максимальное отклонение его в крайнее левое положение, либо в крайнее правое положение. Амплитуда колебаний определяет интенсивность (силу) звука.

Громкость – это мера силы слухового ощущения, вызываемого звуком. Звук одинаковой интенсивности может создавать у различных людей неодинаковое по своей громкости слуховое восприятие. Каждый человек обладает своим порогом слышимости. Звуки очень большой интенсивности человек перестаёт слышать и воспринимает их как ощущение давления и даже боли. Такую силу звука называют порогом болевого ощущения.

    1. Сигнал – носитель информации

Человек воспринимает информацию из внешнего мира с помощью своих органов чувств. Большая часть информации принимается нами через зрение и слух. Органы слуха воспринимают звуковые сигналы, природа которых – электромагнитные волны в определенном диапазоне частот.

Многие века люди могли слышать звуки только на расстоянии естественной слышимости от источника, видеть объекты, находящиеся в поле зрения. Развитие науки и техники позволило человеку выйти за эти естественные границы восприятия.

Различные технические средства связи обеспечивают передачу сигналов двух видов: аналоговых и дискретных.

Синонимом слову «аналоговый» является «непрерывный». Например, звук – это непрерывный волновой процесс, происходящий в атмосфере или другой сплошной среде. Термин «дискретный» означает «разделенный», состоящий из отдельных частиц, элементов, квантов. Первые в истории технические средства связи предназначались для передачи текстов в дискретной форме.

XIX век был великим веком технических изобретений. В 1831 году Майкл Фарадей открывает явление электромагнитной индукции. После этого начинается бурное развитие электротехники: создается электрический генератор, создаются средства передачи электроэнергии на расстояние. Электричество находит множество применений. Важнейшие из них - электросвязь – передача информации с помощью электричества. Идея передачи информации по проводам по тем временам казалась фантастической: появилась возможность передавать текст со скоростью переноса электрического сигнала – близкой к скорости света.

Телеграфное сообщение представляет собой последовательность электрических сигналов, переносимых от одного телеграфного аппарата по проводам к другому телеграфному аппарату. Эти технические обстоятельства привели С. Морзе к идее использования всего двух видов сигналов – короткого и длинного – для кодирования сообщения, передаваемого по линиям телеграфной связи. Азбука Морзе является неравномерным кодом, т.к. у разных букв алфавита длина кода изменяется от одного до шести символов (точек и тире).

Равномерный телеграфный код был изобретен французом Жаном Морисом Боде в 1870 году.

Телеграфы Морзе и Бодо – это дискретные способы передачи информации.

Следующим важным событием в технике связи стало изобретение телефона. В 1876 году американец Александр Белл получил патент на его изобретение. По телефонной связи на расстояние передается звук посредством непрерывного электрического сигнала, модулированного с частотой звуковых колебаний. В микрофоне говорящего человека создается переменное электрическое напряжение, а в наушнике слушающего оно преобразуется в звуковые колебания. Телефонная связь – это аналоговый способ передачи звуки.

Благодаря открытию в 1888 году Генрихом Герцем электромагнитных волн стало возможным изобретение радиосвязи. Почти одновременно в 1895 году Александром Поповым в России и в 1896 году итальянцем Г. Маркони были изобретены первые радиопередатчики и радиоприемники. Радиосвязь – это аналоговый способ передачи звука.

В XX веке с изобретением телевидения стала возможной передача на расстояние изображения. Телевизионный электромагнитный сигнал – это также аналоговый способ передачи звуковой и видеоинформации.

Во второй половине XX века происходит переход к преимущественно дискретной форме представления информации для ее хранения, передачи и обработки. Этот процесс начался с изобретением цифровой вычислительной и измерительной техники. В настоящее время компьютерная обработка становится элементом всех систем связи: телефонной, радио и телевизионной. Развивается цифровая телефония, цифровое телевидение. Интернет как универсальная система связи основан исключительно на дискретной цифровой технологии хранения, передачи и обработки информации.

    1. Кодирование текста

Кодирование – это представление информации в виде комбинации символов. Кодирование производится по определенным правилам. Правила кодирования зависят от назначения кода, т.е. от того, как и для чего он будет использоваться. Письменность - это способ кодирования речи на естественном языке. Письменный текст (письменная речь) предназначен для передачи информации от одного человека к другим людям как в пространстве (письмо, записка), так и во времени (книги, дневники, архивы документов и пр.). Правила, по которым люди осуществляют письменное кодирование информации, называются грамматикой языка (русского, английского, немецкого и др.), а человека, умеющего читать и писать, называют грамотным человеком. Если запись речи называть кодированием, то чтение письменного текста – это его декодирование.

С изобретением технических средств связи появилась возможность быстрой передачи текстов на большие расстояния. Но этот процесс требует использования дополнительного уровня кодирования. Любой способ кодирования зависит от назначения кода.



Рис. 1. Процесс передачи телеграфного сообщения с использованием азбуки Морзе.

      1. Способы кодирования текста

Кодирование текста всегда происходит по следующему правилу: каждый символ алфавита исходного текста заменяется на комбинацию символов алфавита кодирования. В таблице азбуки Морзе для кодирования 32 букв русского алфавита (буква Ё стала использоваться в письменном тексте только в середине XX века) применяются два символа: точка и тире. Однако при передаче слов из-за неравномерности кодов различных букв приходится применять еще пропуск между буквами: пауза во времени передачи или пробел на телеграфной ленте. Поэтому фактически алфавит телеграфного кода Морзе содержит три символа: точка, тире, пропуск.

А

А

._

L

Л

._..

С

Ц

_._.

В

Б

_...

М

М

_ _




Ч

_ _ _ .

W

В

._ _

N

Н

_.




Ш

_ _ _ _

G

Г

_ _.

О

О

_ _ _

Q

Щ

_ _._

D

Д

_..

Р

П

._ _.




Ъ

._ _._.

Е

Е

.

R

Р

._.




Ы

_._ _

V

Ж

…_

S

С



Х

Ь

_.._

Z

З

_ _..

Т

Т

_




Э

.._..

I

И

..

U

У

.._




Ю

.._ _

J

Й

._ _ _

F

Ф

.._.




Я

._._

К

К

_._

Н

Х

….









  1   2   3   4

Похожие:

Исследовательская работа Авторы: Осина Мария, Сипугин Кирилл, Учащиеся 10а класса Гусев А. Н iconИсследовательская работа на тему: авторы работы: учащиеся 5 класса
Соль – лекарство или яд?
Исследовательская работа Авторы: Осина Мария, Сипугин Кирилл, Учащиеся 10а класса Гусев А. Н iconРеферативно-исследовательская работа Авторы: Бодренко Е. Г., Тупицына Н. В. Учащиеся школы 163 11 класс 8 (39169) 3-40-35
...
Исследовательская работа Авторы: Осина Мария, Сипугин Кирилл, Учащиеся 10а класса Гусев А. Н iconИсследовательская работа Сказки- двойники Авторы: Шагарова Мария учащаяся моу школы №34 г. Тольятти Малышева С. В. моу школа №34 Учитель начальных классов
Сначала их только рассказывали и слушали, потому что не записывали. Люди запоминали развлекательные и поучительные, серьезные и веселые...
Исследовательская работа Авторы: Осина Мария, Сипугин Кирилл, Учащиеся 10а класса Гусев А. Н iconПервенство школы по пулевой стрельбе из пневматической винтовки (5 февраля 2012)
Непомнящий Андрей, Болотов Фёдор, Перевощикова Мария (учащиеся 11 класса), Твилинёва Маргарита(9 кл.) ). В личном зачёте Перевощикова...
Исследовательская работа Авторы: Осина Мария, Сипугин Кирилл, Учащиеся 10а класса Гусев А. Н iconИсследовательская работа Выполнена ученицей 9 «а» класса
Межрегиональная учебно-исследовательская конференция старшеклассников «Ломоносовские чтения»
Исследовательская работа Авторы: Осина Мария, Сипугин Кирилл, Учащиеся 10а класса Гусев А. Н iconТайны листа Мебиуса Работу
Работу выполнили учащиеся 7-го класса моу новоспасской сош придатченко Кирилл и
Исследовательская работа Авторы: Осина Мария, Сипугин Кирилл, Учащиеся 10а класса Гусев А. Н iconИсследовательская работа ученицы 9 класса «А» Оловенцовой Екатерины по теме: «Королева Елизавета в исторических источниках и в кинематографе»
Охватывает нерешительность, нет, не хочет этой «ненавистной» встречи и просит отменить её. Шрусбери уверяет в важности события –...
Исследовательская работа Авторы: Осина Мария, Сипугин Кирилл, Учащиеся 10а класса Гусев А. Н iconИсследовательская работа по алгебре Ученица 10 класса б подольская Елизавета
Поэтому данная исследовательская работа была создана с целью, чтобы узнать какие виды и типы систем счисления существуют. В связи...
Исследовательская работа Авторы: Осина Мария, Сипугин Кирилл, Учащиеся 10а класса Гусев А. Н iconК-1 –контрольная работа №1 Учащиеся 6 класса должны уметь

Исследовательская работа Авторы: Осина Мария, Сипугин Кирилл, Учащиеся 10а класса Гусев А. Н iconИсследовательская работа по истории «Старообрядчество на Брянщине» Авторы : Колесников Игорь Степанович
Причины реформирования Русской Православной Церкви в середине XVII века
Разместите кнопку на своём сайте:
ru.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©ru.convdocs.org 2016
обратиться к администрации
ru.convdocs.org