Probenahme, Quantifizierung, Kodierung
Das Rechenproblem der Sprachabtastung besteht darin, analoge Daten (glatte und kontinuierliche Daten), wie beispielsweise rohe Sprache und Musik, in digitale Daten (diskontinuierliche und diskontinuierliche Daten) umzuwandeln, die von einem Computer verarbeitet werden können.
In einem bekannten Beispiel sind auf einer CD (Compact Disc) aufgezeichnete Musik analoge Daten, die in digitale Daten umgewandelt wurden.
Ziel ist es, Rechenprobleme bei der Sprachabtastung zu lösen, den Begriff “Abtastung”, “Quantisierung”, “Kodierung” zu verstehen. Lassen Sie uns eine allgemeine CD als Beispiel verwenden, um die Bedeutung jedes Begriffs zu erklären.
Was ist “Probenahme”?
Es besteht darin, Daten aus analogen Signalen zu sammeln, indem sie in regelmäßigen Zeitintervallen geteilt werden. Dieses Zeitintervall wird als “Abtastrate” bezeichnet und in Einheiten von Hz (Hertz) ausgedrückt. Einmal pro Sekunde ist 1 Hz.
Die Abtastfrequenz der CD beträgt 44,1 kHz (Kilohertz) und die Daten werden 44,1 x 1000 = 44100 Mal pro Sekunde erfasst.
Was ist “Quantifizierung”?
Es besteht darin, die durch Stichproben gesammelten Daten in numerische Werte umzuwandeln. Die Größe dieser Zahl wird “Quantisierungsbitzahl” genannt.
Die Anzahl der Quantisierungsbits auf einer CD beträgt 16 Bit (16 Stellen im Binärformat).
Was ist “kodieren”?
Es besteht darin, den durch Quantifizierung erhaltenen Zahlenwert in ein bestimmtes Format zu bringen. Das Format “PCM (Pulse Code Modulation)” codiert 16-Bit-quantisierte Daten in ihrer ursprünglichen Form.
Sobald Sie die Bedeutung der Begriffe verstanden haben, wird als Beispiel für die Berechnung die Datenmenge beim Digitalisieren von Musik mit einer 5-Minuten-Wiedergabezeit bei 44,1 kHz Abtastrate, 16-Bit-Quantisierungsbitzahl, PCM-Format, Stereo (2ch) , Finden wir es in Einheiten von M-Byte (Megabyte). Hier ist 1 Mbyte = 1.000.000 Byte. Die Denkweise beim Rechnen ist unten dargestellt.
Es ist nur eine Multiplikation, aber verstehen Sie die Berechnungsmethode, indem Sie sie mit der Bedeutung des Begriffs in Verbindung bringen.
Fünf Minuten Spielzeit sind 5 x 60 = 300 Sekunden.
Da die Abtastrate 44,1 kHz beträgt, werden die Daten 44,1 x 1000 = 44100 Mal pro Sekunde erfasst.
Daher werden die Daten 300 x 44.100 = 13230.000 Mal in 5 Minuten gesammelt.
Die Anzahl der 16-Bit-Quantisierungsbits beträgt 8 Bit = 1 Byte, also 16 Bit = 2 Byte.
Da sie im PCM-Format vorliegen, werden diese 2-Byte-Daten unverändert in den Code umgewandelt.
Da eine Datensammlung ein 2-Byte-Code ist, haben 13230.000 Datensammlungen eine Kapazität von 2 x 13230000 = 26460000 Byte.
Da es sich um Stereo (2 Kanäle) handelt, gibt es zwei Daten gleicher Kapazität (eine für den linken Kanal und eine für den rechten Kanal) und die Gesamtkapazität beträgt 26460000 x 2 = 52920000 Bytes.
Da 1 Mbyte = 1.000.000 Byte, 5.292.000 Byte = 52,92 MByte.
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Das Problem, die Datenmenge zu finden
Q26 (Frühjahr 2012)
Wenn ein 60-minütiges (monaurales) Audiosignal mit dem PCM-Verfahren mit einer Abtastrate von 44,1 kHz und einer Quantisierungsbitrate von 16 Bit digitalisiert wird, wie viele Mbyte an Daten sind dann vorhanden? Hier wird angenommen, dass die Daten unkomprimiert sind.
A 80 B 160 C 320 D 640
Lassen Sie uns nun das obige Problem der Sprachabtastung lösen. Das erste ist ein Problem, das mit der gleichen Vorgehensweise wie im oben gezeigten Rechenbeispiel gelöst werden kann. Die Denkweise beim Rechnen ist unten dargestellt.
M (Mega) kann 1000 x 1000 = 1000000 oder 1024 x 1024 = 1048576 sein, was in dieser Zahl nicht gezeigt wird. Hier wird es als 1.000 x 1.000 = 1.000.000 berechnet.
Das Audiosignal für 60 Minuten beträgt 60 x 60 = 3600 Sekunden.
Da die Abtastrate (Abtastrate) 44,1 kHz beträgt, werden die Daten 44,1 x 1000 = 44100 Mal pro Sekunde erfasst.
Daher 3600 x 44100 = 158760000 Mal Datenerfassung in 60 Minuten.
Die Anzahl der Quantisierungsbits beträgt 16 Bit, das sind 8 Bit = 1 Byte, also 16 Bit = 2 Byte.
Da sie im PCM-Format vorliegen, werden diese 2-Byte-Daten unverändert in den Code umgewandelt.
Da eine Datensammlung ein 2-Byte-Code ist, haben die Datensammlungen 158760000 eine Kapazität von 2 x 158760000 = 317520000 Byte.
Da er monaural (nicht stereo) ist, beträgt die Gesamtkapazität 317520000 Byte.
Angenommen, 1 Mbyte = 1.000.000 Byte, 317520000 = 317,52 Mbyte.
Da die Frage “wie viele MByte?” lautet, lautet die richtige Antwort 320 MByte, was fast 317,52 MByte entspricht.