Кодирование графической и звуковой информации

Кодирование графической и
звуковой информации
Кодирование графической информации.
Основные понятия




Пространственная дискретизация –
преобразование графических изображений из
аналоговой (непрерывной) в цифровую
(дискретную) форму.
Пиксель (Pixel) – минимальный элемент
изображения на мониторе или в точечном
(растровом) изображении – точка.
Разрешающая способность – количество
пикселей по горизонтали и вертикали на единицу
длины (обычно дюйм). – 1 дюйм=2,54 см
DPI – единица измерения разрешения – Dots рег
Inch (количество точек в дюйме).
Кодирование графической информации.
Количество информации.
В процессе дискретизации могут использоваться
различные палитры цветов (наборы цветов,
которые могут принимать точки изображения)
Каждый цвет можно рассматривать как возможное
состояние точки.
Поэтому количество информации, которое
необходимо для кодирования цвета каждой
точки (глубина цвета) и количество цветов в
палитре связаны формулой:
N=2i
Кодирование графической информации.
Модель RGB
R = 0… 255
G = 0… 255
B = 0… 255
Всего различных цветов: 256*256*256 = 16 777 216
Для передачи информации о 256 состояниях
нужно 8 бит (1 байт) (28=256)
Глубина цвета (цветовое разрешение)=8
Для передачи информации о 16 777 216 состояниях нужно 3 байта
Память для хранения изображения
Задача:
Сколько нужно места в памяти,
чтобы воспроизвести на экране
изображение в RGB-цвете размером
800 на 600 пикселей?
Решение:
Количество пикселей в изображении:
800 * 600 = 480 000 пикселей
Для хранения информации о цвете одного пикселя
требуется 3 байта
Поэтому для хранения информации о цвете всего
изображения требуется:
480 000 * 3 = 1 440 000 байт=
1, 37 Мб
Задачи для самостоятельного решения:
1. Черно-белое (без градаций серого) растровое графическое изображение имеет размер
10*10 точек. Какой объем памяти займет это изображение?
2. Цветное (с палитрой из 256 цветов) растровое графическое изображение имеет размер
10*10 точек. Какой объем памяти займет это изображение?
3. В процессе преобразования растрового графического изображения количество цветов
увеличилось с 16 до 256. Во сколько раз увеличился объем, занимаемый им в памяти?
4. Для хранения растрового изображения размером 6464 пикселя отвели 512 байтов
памяти. Каково максимально возможное число цветов в палитре изображения?
5. Часть страниц многотомной энциклопедии является цветными изображениями в
шестнадцатицветной палитре и в формате 320  640 точек; страницы, содержащие
текст, имеют формат — 32 строки по 64 символа в строке. Сколько страниц книги
можно сохранить на жестком магнитном диске объемом 20 Мб, если каждая девятая
страница энциклопедии — цветное изображение?
6. Диагональ монитора 14 дюймов. Количество точек 640х480. Каково разрешение
монитора?
Ответы
•
•
•
•
•
Так как изображение черно-белое, то для хранения 2 цветов достаточно 1 бита (2= 21). Размер изображения
в пикселях 10х10=100 пикселей. 1 пиксель – 1 бит. Отсюда ответ: 100 бит.
Так как изображение состоит из 256 цветов, то для хранения 1 пикселя достаточно 8 бит (28=256).
Изображение имеет размер 10х10=100 пикселей. Следовательно, объем памяти для изображения 100х8=
800 бит.
Для 16 цветов достаточно 4 бит (24=16). Для 256 цветов достаточно 8 бит (28=256). 8:4=2. Отсюда ответ: в
2 раза.
Размер изображения 64х64=4096 пикселей. Объем памяти для его хранения 512х8=4096 бит. 4096:4096=1
бит предназначен для хранения одного пикселя. Следовательно, максимально возможное количество
цветов в изображении = 21=2.
Каждая графическая страница содержит 4 бит  320  640 = 819200 бит = 100 Кбайт информации, каждая
текстовая — 64 байт  32 = 2048 байт = 2 Кбайт.
Пусть Х — число страниц с графикой, тогда 8Х — число страниц с текстом.
Составим уравнение: 100Х + 16Х = 20480.
Решив уравнение, получим Х = 176.
Таким образом, на жестком магнитном диске объемом 20 Мб можно разместить 1584 страницы
энциклопедии (176 графических и 1408 текстовых).
6. Так как размер монитора 640 на 480, то диагональ в пикселях = 800. Разрешение монитора 800:14=57
пикселей на дюйм.
Кодирование звуковой информации.
Основные понятия


Звук представляет собой распространяющуюся в
воздухе, воде или другой среде волну с
непрерывно меняющейся интенсивностью и
частотой.
Временная дискретизация – преобразование
звукового сигнала из аналоговой (непрерывной) в
цифровую (дискретную) форму. Непрерывная
звуковая волна разбивается на отдельные
маленькие временные участки. Для каждого
участка устанавливается определенная величина
интенсивности звука.
Кодирование звуковой информации.
Частота дискретизации
Качество цифрового звука зависит от
количества измерений уровня громкости
звука в единицу времени (1 секунда). –
частота дискретизации.
Диапазон частоты дискретизации – от 8000
до 48000 измерений громкости звука за 1
секунду.
Кодирование звуковой информации.
Глубина кодирования звука.
Уровни громкости звука можно рассматривать как набор
возможных состояний N, для 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.
N=2i
Кодирование звуковой информации.
Пример.
Глубина кодирования звука составляет 16
битов. Определить количество уровней
громкости звука.
Решение: Количество уровней громкости
звука
N=2i = 216 =65536
Кодирование звуковой информации.
Качество звука.
Чем больше частота и глубина дискретизации, тем более
качественным будет звук.
Самое низкое качество оцифрованного звука – при частоте
дискретизации 8000 раз в секунду, глубине кодирования 8
битов и записи 1 звуковой дорожки (режим моно) – качество
телефонной связи.
Самое высокое качество - при частоте дискретизации 48000
раз в секунду, глубине кодирования 16 битов и записи 2
звуковых дорожек (режим стерео) – качество аудио-CD
Кодирование звуковой информации.
Информационный объем звукового файла.
Чтобы оценить информационный объем
звукового файла длительность звучания 1
секунда, необходимо перемножить следующие
составляющие:
1) количество измерений в секунду(кол-во
уровней громкости) – частота дискретизации
2) глубина кодирования (в битах)
3) 1 (если режим моно), 2 (если режим стерео)
Кодирование звуковой информации.
Информационный объем звукового файла.
Пример.
Оценить информационный объем цифрового звукового
файла длительностью 10 секунд при глубине кодирования 8
битов, частоте дискретизации звукового сигнала 8000
измерений в секунду, режиме записи моно.
1) 8·8000·1=64000 бит – объем звукового файла звучанием 1
секунда.
2) 64000·10=640000 бит = 80000 байт=78,125Кбайт
Кодирование звуковой информации.
Задание для самостоятельного решения.
Определить длительность звукового файла,
который уместится на гибкой дискете 3,5’’ (для
хранения данных на дискете выделяется 2847
секторов по 512 байтов каждый):
А) при низком качестве звука: моно, 8 битов, 8кГц
Б) при высоком качестве звука: стерео, 16 битов,
48кГц