Задание на время карантина. Повторить пройденный материал

Задание на время карантина.
1. Повторить пройденный материал (Системы счисления. Представление текстовой
информации в памяти компьютера).
2. Изучить (Представление графической информации, представление звуковой информации в
памяти компьютера).
3. Выполнить задания, после теоретического материала.
Теоретический материал
Двоичное кодирование графической информации
Пространственная дискретизация. В процессе кодирования изображения производится его
пространственная дискретизация. Пространственную дискретизацию изображения можно сравнить с
построением изображения из мозаики (большого количества маленьких разноцветных стекол). Изображение
разбивается на отдельные маленькие фрагменты (точки), причем каждому фрагменту присваивается
значение его цвета, то есть код цвета (красный, зеленый, синий и так далее) - рис. 1.7.
Рис.1.7 Пространственная дискретизация изображения
Качество кодирования изображения зависит от двух параметров. Во-первых, качество кодирования
изображения тем выше, чем меньше размер точки и соответственно большее количество точек составляет
изображение.
Во-вторых, чем большее количество цветов, то есть большее количество возможных состояний точки
изображения, используется, тем более качественно кодируется изображение (каждая точка несет большее
количество информации). Совокупность используемых в наборе цветов образует палитру цветов.
Формирование растрового изображения. Графическая информация на экране монитора
представляется в виде растрового изображения, которое формируется из определенного количества строк,
которые в свою очередь содержат определенное количество точек (пикселей).
Качество изображения определяется разрешающей способностью монитора, т.е. количеством точек, из
которых оно складывается. Чем болыпе разрешающая способность, то есть чем больше количество строк
растра и точек в строке, тем выше качество изображения. В современных персональных компьютерах
1024 точки.
Рассмотрим формирование на экране монитора растрового изображения, состоящего из 600 строк по
800 точек в каждой строке (всего 480 000 точек). В простейшем случае (черно-белое изображение без
градаций серого цвета) каждая точка экрана может иметь одно из двух состояний - "черная" или "белая", то
есть для хранения ее состояния необходим 1 бит.
Цветные изображения формируются в соответствии с двоичным кодом цвета каждой точки,
хранящимся в видеопамяти (рис. 1.8). Цветные изображения могут иметь различную глубину цвета, которая
задается количеством битов, используемым для кодирования цвета точки. Наиболее распространенными
значениями глубины цвета являются 8, 16, 24 или 32 бита.
Рис. 1.8. Формирование растрового изображения
Качество двоичного кодирования изображения определяется разрешающей способностью экрана и
глубиной цвета.
Каждый цвет можно рассматривать как возможное состояние точки, тогда количество цветов,
отображаемых на экране монитора, может быть вычислено по формуле (2.1):
N = 2I, где I - глубина цвета (табл. 1.4).
Таблица 1.4. Глубина цвета и количество отображаемых цветов
Глубина цвета (I) Количество отображаемых цветов (N)
8
28 = 256
16 (High Color)
216 = 65 536
24 (True Color)
224 = 16 777 216
32 (True Color)
232 = 4 294 967 296
Цветное изображение на экране монитора формируется за счет смешивания трех базовых цветов:
красного, зеленого и синего. Такая цветовая модель называется RGB-моделью по первым буквам
английских названий цветов (Red, Green, Blue).
Для получения богатой палитры цветов базовым цветам могут быть заданы различные интенсивности.
Например, при глубине цвета в 24 бита на каждый из цветов выделяется по 8 бит, то есть для каждого из
цветов возможны N = 28 = 256 уровней интенсивности, заданные двоичными кодами (от минимальной 00000000 до максимальной - 11111111) - табл. 1.5.
Таблица 1.5. Формирование цветов при глубине цвета 24 бита
Название цвета
Интенсивность
Красный
Зеленый
Синий
Черный
00000000
00000000
00000000
Красный
11111111
00000000
00000000
Зеленый
00000000
11111111
00000000
Синий
00000000
00000000
11111111
Голубой
00000000
11111111
11111111
Желтый
11111111
11111111
00000000
Белый
11111111
11111111
11111111
Графический режим. Графический режим вывода изображения на экран монитора определяется
величиной разрешающей способности и глубиной цвета. Для того чтобы на экране монитора формировалось
изображение, информация о каждой его точке (код цвета точки) должна храниться в видеопамяти
компьютера. Рассчитаем необходимый объем видеопамяти для одного из графических режимов, например, с
разрешением 800 х 600 точек и глубиной цвета 24 бита на точку.
Необходимый объем видеопамяти:
Аналогично рассчитывается необходимый объем видеопамяти для других графических режимов.
В Windows предусмотрена возможность выбора графического режима и настройки параметров
видеосистемы компьютера, включающей монитор и видеоадаптер.
Кодирование звуковой информации
Звук – звуковая волна с непрерывно меняющейся амплитудой и частотой.
Чем больше амплитуда сигнала, тем он громче для человека, чем больше частота сигнала, тем
выше тон.
Непрерывный звуковой сигнал превращается в последовательность электрических импульсов
(двоичных 0 и 1).
При преобразовании звука в цифровую дискретную форму производится временная
дискретизация, при которой непрерывная звуковая волна разбивается на отдельные маленькие
временные участки, для каждого такого участка устанавливается определенная величина
амплитуды.
Временная дискретизация звука
Каждой «ступеньке» присваивается значение уровня громкости звука, его код 1, 2, 3 и т.д.
Современные звуковые карты обеспечивают 16-битную глубину кодирования звука. Количество
различных уровней сигнала можно рассчитать по формуле:
N= 2I= 216=65536, I – глубина звука
Современные звуковые карты могут обеспечивать кодирование 65536 уровней сигнала. Каждому
значению амплитуды присваивается 16-битный код.
Двоичное кодирование звуковой информации
Преобразование непрерывной звуковой волны в последовательность звуковых импульсов
различной амплитуды производится с помощью аналого-цифрового преобразователя
размещенного на звуковой плате.
Современные 16-битные звуковые карты обеспечивают возможность кодирования 65536
различных уровней громкости или 16-битную глубину кодирования звука.
Качество кодирования звука зависит и от частоты дискретизации — количества измерений уровня
сигнала в единицу времени. Эта величина может принимать значения от8 до 48 кГц.
При частоте 8 кГц качество дискретизированного звукового сигнала соответствует качеству
радиотрансляции, а при частоте 48 кГц – качеству звучания аудио-СD
Пример
Оцените информационный объем высокачественного стереоаудиофайла длительностью звучания
1 минута, если "глубина" кодирования 16 бит,а частота дискретизации 48 кГц.
Информационный объем звукового файла длительностью в 1 секунду равен:
16 бит  48 000  2 = 1 536 000 бит = 187,5 Кбайт
Информационный объем звукового файла длительностью 1 минута равен:
187,5 Кбайт/с  60 с  11 Мбайт
Стандартное приложение Звукозапись играет роль цифрового магнитофона и позволяет
записывать звук, т.е. дискретизировать звуковые сигналы, и сохранять их в звуковых файлах в
формате WAV.
Запишите звуковой файл длительностью 1 минута с "глубиной" кодирования 16 бит и частотой
дискретизации 48 кГц. Сравните его объем с вычисленным значением в предыдущем примере.
Пример (Запись звукового файла с помощью стандартного приложения звукозапись:
1. Выбрать Программы-Стандартные –Звукозапись
2. В появившемся окне приложения Звук – Звукозапись выбрать Файл- Свойства
3. На появившейся диалоговой панели Свойства: Звук выбрать Преобразовать
4. На появившемся диалоговом окне Выбор звука с помощью раскрывающегося списка
формат: выбрать стандартный формат РСМ. В раскрывшемся списке Атрибуты:
выбрать необходимое качество дискретизации.
5. Полученное значение 1секунды оцифрованного звука будет приблизительно равно
вычисленному.
6. Запишите цифровой файл с выбранным качеством, сохраните его на диске и сравните его
объем с вычисленным.
Записанные звуковые файлы можно редактировать, т.е. вырезать, копировать и вставлять
фрагменты файла, увеличивать или уменьшать громкость, применять различные звуковые
эффекты (эхо, уменьшение или увеличение скорости воспроизведения, воспроизведение в
обратном направлении и др.), накладывать файлы друг на друга (микшировать).
Можно изменять качество звука путем уменьшения или увеличения глубины кодирования и
частоты дискретизации. Для редактирования звуковых файлов применяются специальные
программы – звуковые редакторы.
Задания:
1) Составить конспект(в тетради) по темам: кодирование графической и звуковой
информации.
2) Выполнить упражнения к темам( в тетради)
Кодирование графической информации
1. На экране дисплея необходимо отображать 224 (16777216) различных цветов. Вычислить
необходимый объем одной страницы видеопамяти при различных значениях разрешающей
способности дисплея (например, 640 х 480, 800 х 600, 1024 х 768, 1240 х 1024).
2. Битовая глубина равна 32, видеопамять делится на две страницы, разрешающая способность
дисплея - 800 х 600. Вычислить объем видеопамяти.
3. Видеопамять имеет объем, в котором может храниться 4-х цветное изображение размером 300 х
200. Какого размера изображение можно хранить в том же объеме видеопамяти, если оно будет
использовать 16-цветную палитру?
4. Видеопамять имеет объем, в котором может храниться 4-х цветное изображение размером 640 х
480. Какого размера изображение можно хранить в том же объеме видеопамяти, если использовать
256-цветную палитру?
5. Разрешающая способность дисплея равна 640 х 200. Для размещения одного символа в текстовом
режиме используется матрица 8x8 пикселей, которая называется знакоместом. Какое максимальное
количество:
1) текстовых строк,
2) знакомест в строке
может быть размещено на экране?
6. Для размещения одного символа в текстовом режиме используется матрица 8x8, количество
текстовых строк равно 75, а знакомест в строке (см. задачу 1.170) - 100. Вычислить разрешающую
способность дисплея.
7. Битовая глубина равна 24. Сколько различных оттенков красного, зеленого и синего используется
для формирования цвета?
8. На экране может быть отображено 256 цветов. Сколько различных уровней яркости принимает
красная, зеленая и синяя составляющие?
Кодирование звуковой информации
1. Оцените информационный объем моноаудиофайла длительностью звучания 1 мин, если "глубина"
кодирования и частота дискретизации звукового сигнала равны соответственно:
а) 16 бит и 8 кГц;
б) 16 бит и 24 кГц.
Запишите звуковые файлы с такими параметрами и сравните полученные объемы с вычисленными.
2. Определите качество звука (качество радиотрансляции, среднее качество, качество аудио-CD), если
известно, что объем моноаудиофайла длительностью звучания в 10 сек. равен:
а) 940 Кбайт;
б) 157 Кбайт.
3. Рассчитайте время звучания моноаудиофайла, если при 16-битном кодировании и частоте
дискретизации 32 кГц его объем равен:
а) 700 Кбайт;
б) 6300 Кбайт.
4. Определить объем памяти для хранения цифрового аудиофайла, время звучания которого
составляет две минуты при частоте дискретизации 44,1 кГц и разрешении 16 бит.
5. В распоряжении пользователя имеется память объемом 2,6 Мб. Необходимо записать цифровой
аудиофайл с длительностью звучания 1 минута. Какой должна быть частота дискретизации и
разрядность?
6. Объем свободной памяти на диске - 5,25 Мб, разрядность звуковой платы - 16. Какова длительность
звучания цифрового аудиофайла, записанного с частотой дискретизации 22,05 кГц?
7. Одна минута записи цифрового аудиофайла занимает на диске 1,3 Мб, разрядность звуковой платы 8. С какой частотой дискретизации записан звук?
8. Какой объем памяти требуется для хранения цифрового аудиофайла с записью звука высокого
качества при условии, что время звучания составляет 3 минуты?
9. Две минуты записи цифрового аудиофайла занимают на диске 5,1 Мб. Частота дискретизации 22050 Гц. Какова разрядность аудиоадаптера?
10. Объем свободной памяти на диске - 0,01 Гб, разрядность звуковой платы - 16. Какова длительность
звучания цифрового аудиофайла, записанного с частотой дискретизации 44100 Гц?