0 отсутствие электрического сигнала
 Скачать 0.65 Mb.
|
|
Представление и обработка информации. Принципы обработки информации при помощи компьютера 1 Цель работы изучить способы представления текстовой, графической, звуковой информации и видеоинформации, научиться записывать информацию в различных кодировках. 2 Краткие теоретические сведения. Вся информация, которую обрабатывает компьютер, должна быть представлена двоичным кодом с помощью двух цифр 0 и 1 Эти два символа принято называть двоичными цифрами или битами. С помощью двух цифр 0 и 1 можно закодировать любое сообщение. Это явилось причиной того, что в компьютере обязательно должно быть организованно два важных процесса кодирование и декодирование. Кодирование – преобразование входной информации в форму, воспринимаемую компьютером, то есть двоичный код. Декодирование – преобразование данных из двоичного кода в форму, понятную человеку. Сточки зрения технической реализации использование двоичной системы счисления для кодирования информации оказалось намного более простым, чем применение других способов. Действительно, удобно кодировать информацию в виде последовательности нулей и единиц, если представить эти значения как два возможных устойчивых состояния электронного элемента 0 – отсутствие электрического сигнала 1 – наличие электрического сигнала. Эти состояния легко различать. Недостаток двоичного кодирования – длинные коды. Нов технике легче иметь дело с большим количеством простых элементов, чем с небольшим числом сложных. Способы кодирования и декодирования информации в компьютере, в первую очередь, зависит от вида информации, а именно, что должно кодироваться числа, текст, графические изображения или звук. Аналоговый и дискретный способ кодирования Человек способен воспринимать и хранить информацию в форме образов (зрительных, звуковых, осязательных, вкусовых и обонятельных. Зрительные образы могут быть сохранены в виде изображений (рисунков, фотографий итак далее, а звуковые - зафиксированы на пластинках, магнитных лентах, лазерных дисках итак далее. Информация, в том числе графическая и звуковая, может быть представлена в аналоговой или дискретной форме. При аналоговом представлении физическая величина принимает бесконечное множество значений, причем ее значения изменяются непрерывно. При дискретном представлении физическая величина принимает конечное множество значений, причем ее величина изменяется скачкообразно. Примером аналогового представления графической информации может служить, например, живописное полотно, цвет которого изменяется непрерывно, а дискретного – изображение, напечатанное с помощью струйного принтера и состоящее из отдельных точек разного цвета. Примером аналогового хранения звуковой информации является виниловая пластинка звуковая дорожка изменяет свою форму непрерывно, а дискретного – аудио компакт-диск звуковая дорожка которого содержит участки с различной отражающей способностью. Преобразование графической и звуковой информации из аналоговой формы в дискретную производится путем дискретизации, то есть разбиения непрерывного графического изображения и непрерывного (аналогового) звукового сигнала на отдельные элементы. В процессе дискретизации производится кодирование, то есть присвоение каждому элементу конкретного значения в форме кода. Дискретизация – это преобразование непрерывных изображений и звука в набор дискретных значений в форме кодов. Кодирование изображений Создавать и хранить графические объекты в компьютере можно двумя способами – как растровое или как векторное изображение. Для каждого типа изображений используется свой способ кодирования. Кодирование растровых изображений Растровое изображение представляет собой совокупность точек (пикселей) разных цветов. Пиксель – минимальный участок изображения, цвет которого можно задать независимым образом. 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 итак далее. Для черно-белого изображения информационный объем одной точки равен одному биту (либо черная, либо белая – либо 1, либо 0). Для четырехцветного бита. Для 8 цветов необходимо – 3 бита. Для 16 цветов – 4 бита. Для 256 цветов – 8 бит (1 байт. Качество изображения зависит от количества точек (чем меньше размер точки и, соответственно, больше их количество, тем лучше качество) и количества используемых цветов (чем больше цветов, тем качественнее кодируется изображение. Для представления цвета в виде числового кода используются две обратных друг другу цветовые модели RGB или CMYK. Модель RGB используется в телевизорах, мониторах, проекторах, сканерах, цифровых фотоаппаратах. Основные цвета в этой модели красный (Red), зеленый (Green), синий (Blue). Цветовая модель CMYK используется в полиграфии при формировании изображений, предназначенных для печати на бумаге. Цветные изображения могут иметь различную глубину цвета, которая задается количеством битов, используемых для кодирования цвета точки. Если кодировать цвет одной точки изображения тремя битами (по одному биту на каждый цвет RGB), то мы получим все восемь различных цветов. R G B Цвет 1 1 1 Белый 1 1 0 Желтый 1 0 1 Пурпурный 1 0 0 Красный 0 1 1 Голубой 0 1 0 Зеленый 0 0 1 Синий 0 0 0 Черный На практике же, для сохранения информации о цвете каждой точки цветного изображения в модели RGB обычно отводится 3 байта (то есть бита) - по 1 байту (то есть побит) под значение цвета каждой составляющей. Таким образом, каждая составляющая может принимать значение в диапазоне от 0 до 255 (всего 28=256 значений, а каждая точка изображения, при такой системе кодирования может быть окрашена в один из 16 777 216 цветов. Такой набор цветов принято называть true Color (правдивые цвета, потому что человеческий глаз все равно не в состоянии различить большего разнообразия. Для того чтобы на экране монитора формировалось изображение, информация о каждой точке код цвета точки) должна храниться в видеопамяти компьютера. Рассчитаем необходимый объем видеопамяти для одного из графических режимов. В современных компьютерах разрешение экрана обычно составляет х точек. Те. всего 1280 * 1024 = 1310720 точек. При глубине цвета 32 бита на точку необходимый объем видеопамяти 32 * 1310720 = 41943040 бит = 5242880 байт = 5120 Кб = 5 Мб. Растровые изображения очень чувствительны к масштабированию (увеличению или уменьшению. Приуменьшении растрового изображения несколько соседних точек преобразуются в одну, поэтому теряется различимость мелких деталей изображения. При увеличении изображения увеличивается размер каждой точки и появляется ступенчатый эффект, который можно увидеть невооруженным глазом. Кодирование векторных изображений Векторное изображение представляет собой совокупность графических примитивов (точка, отрезок, эллипс. Каждый примитив описывается математическими формулами. Кодирование зависит от прикладной среды.Достоинством векторной графики является то, что файлы, хранящие векторные графические изображения, имеют сравнительно небольшой объем. Важно также, что векторные графические изображения могут быть увеличены или уменьшены без потери качества. Графические форматы файлов Форматы графических файлов определяют способ хранения информации в файле (растровый или векторный, а также форму хранения информации (используемый алгоритм сжатия. Наиболее популярные растровые форматы Bit MaP image (BMP) – универсальный формат растровых графических файлов, используется в операционной системе Windows. Этот формат поддерживается многими графическими редакторами, в том числе редактором Paint. Рекомендуется для хранения и обмена данными с другими приложениями. Tagged Image File Format (TIFF) – формат растровых графических файлов, поддерживается всеми основными графическими редакторами и компьютерными платформами. Включает в себя алгоритм сжатия без потерь информации. Используется для обмена документами между различными программами. Рекомендуется для использования при работе с издательскими системами. Graphics Interchange Format (GIF) – формат растровых графических файлов, поддерживается приложениями для различных операционных систем. Включает алгоритм сжатия без потерь информации, позволяющий уменьшить объем файла в несколько раз. Рекомендуется для хранения изображений, создаваемых программным путем (диаграмм, графиков итак далее) и рисунков (типа аппликации) с ограниченным количеством цветов (до 256). Используется для размещения графических изображений на страницах в Интернете. Portable Network Graphic (PNG) – формат растровых графических файлов, аналогичный формату GIF. Рекомендуется для размещения графических изображений на страницах в Интернете. Joint Photographic Expert Group (JPEG) – формат растровых графических файлов, который реализует эффективный алгоритм сжатия (метод JPEG) для отсканированных фотографий и иллюстраций. Алгоритм сжатия позволяет уменьшить объем файла в десятки раз, однако приводит к необратимой потере части информации. Поддерживается приложениями для различных операционных систем. Используется для размещения графических изображений на страницах в Интернете. Двоичное кодирование звука Использование компьютера для обработки звука началось позднее, нежели чисел, текстов и графики. Звук – волна с непрерывно изменяющейся амплитудой и частотой. Чем больше амплитуда, тем он громче для человека, чем больше частота, тем выше тон. Звуковые сигналы в окружающем нас мире необычайно разнообразны. Сложные непрерывные сигналы можно с достаточной точностью представлять в виде суммы некоторого числа простейших синусоидальных колебаний. Причем каждое слагаемое, то есть каждая синусоида, может быть точно задана некоторым набором числовых параметров – амплитуды, фазы и частоты, которые можно рассматривать как код звука в некоторый момент времени. В процессе кодирования звукового сигнала производится его временная дискретизация непрерывная волна разбивается на отдельные маленькие временные участки и для каждого такого участка устанавливается определенная величина амплитуды. Таким образом непрерывная зависимость амплитуды сигнала от времени заменяется на дискретную последовательность уровней громкости. Каждому уровню громкости присваивается его код. Чем большее количество уровней громкости будет выделено в процессе кодирования, тем большее количество информации будет нести значение каждого уровня и тем более качественным будет звучание. Качество двоичного кодирования звука определяется глубиной кодирования и частотой дискретизации. Частота дискретизации – количество измерений уровня сигнала в единицу времени. Количество уровней громкости определяет глубину кодирования. Современные звуковые карты обеспечивают 16-битную глубину кодирования звука. При этом количество уровней громкости равно N = 216 = 65536 Представление видеоинформации В последнее время компьютер все чаще используется для работы с видеоинформацией. Простейшей такой работой является просмотр кинофильмов и видеоклипов. Следует четко представлять, что обработка видеоинформации требует очень высокого быстродействия компьютерной системы. Что представляет собой фильм сточки зрения информатики Прежде всего, это сочетание звуковой и графической информации. Кроме того, для создания на экране эффекта движения используется дискретная по своей сути технология быстрой смены статических картинок. Исследования показали, что если за одну секунду сменяется более 10- 12 кадров, то человеческий глаз воспринимает изменения на них как непрерывные. Казалось бы, если проблемы кодирования статической графики и звука решены, то сохранить видеоизображение уже не составит труда. Но это только на первый взгляд, поскольку, как показывает разобранный выше пример, при использовании традиционных методов сохранения информации электронная версия фильма получится слишком большой. Достаточно очевидное усовершенствование состоит в том, чтобы первый кадр запомнить целиком (в литературе его принято называть ключевым, а в следующих сохранять лишь отличия от начального кадра (разностные кадры. Существует множество различных форматов представления видеоданных. В среде Windows, например, уже более 10 лет (начиная с версии 3.1) применяется формат Video for Windows, базирующийся на универсальных файлах с расширением AVI (Audio Video Interleave – чередование аудио и видео. Более универсальным является мультимедийный формат Quick Time, первоначально возникший на компьютерах Apple. Задание №1 1 Используя таблицу символов, записать последовательность десятичных числовых кодов в кодировке Windows для своих ФИО, месторождения, дата рождения, любимый цвет. Таблица символов отображается в редакторе MS Word с помощью команды вкладка Вставка>Символ>Другие символы. В поле Шрифт выбираете Times New Roman, в поле из выбираете кириллица. Например, для буквы А (русской заглавной) код знака Задание №2 (по варианту) Используя стандартную программу БЛОКНОТ, определить, какая фраза в кодировке Windows задана последовательностью числовых кодов. Запустить БЛОКНОТ. С помощью дополнительной цифровой клавиатуры при нажатой клавише ALT ввести код, отпустить клавишу ALT. В документе появиться соответствующий символ. Задание выполняется по варианту - соответствующему номеру в журнале. ЕСЛИ КЛАВИША ALT НЕ РАБОТАЕТ ВОСПОЛЬЗУЙТЕСЬ ТАБЛИЦЕЙ НИЖЕ. 1) 202 242 238 32 231 224 32 208 238 228 232 237 243 32 228 229 240 184 242 241 255 44 32 242 238 236 243 32 241 232 235 224 32 228 226 238 233 237 224 255 32 238 224 184 242 241 255 46 2) 203 254 255 238 226 252 32 234 32 208 238 228 232 237 229 32 241 232 235 252 237 229 229 32 241 236 229 240 242 232 46 3) 205 224 32 247 243 230 238 233 32 241 242 238 240 238 237 229 32 208 238 228 232 237 224 32 236 232 235 229 233 32 226 228 226 238 233 237 229 46 4) 205 229 242 32 226 32 236 232 240 229 32 234 240 224 248 229 32 208 238 228 232 237 251 237 224 248 229 233 46 5) 208 238 228 232 237 224 32 45 32 236 224 242 252 32 44 32 243 236 229 233 32 231 224 32 237 229 184 32 239 238 241 242 238 255 242 252 46 6) 208 238 228 232 237 224 32 234 240 224 248 229 32 241 238 235 237 246 224 32 44 32 228 238 240 238 230 229 32 231 238 235 238 242 224 46 7) 203 254 225 238 226 252 32 234 32 240 238 228 232 237 229 32 237 224 32 238 227 237 229 32 237 229 32 227 238 240 232 242 32 232 32 237 224 32 226 238 228 229 32 237 229 32 242 238 237 229 242 46 8) 209 236 235 238 32 232 228 232 32 226 32 225 238 233 32 44 32 208 238 228 232 237 224 32 231 224 32 242 238 225 238 233 46 9) 193 229 231 32 235 254 255 226 232 32 234 32 247 229 235 238 226 229 234 243 32 237 229 242 32 235 254 255 226 232 32 234 32 208 238 228 232 237 229 46 10) 194 32 240 238 228 237 238 236 32 234 240 224 254 32 241 238 234 238 235 32 44 32 226 32 247 243 230 238 236 32 45 32 226 238 240 238 237 224 46 11) 215 229 235 238 226 229 234 32 225 229 231 32 208 238 228 232 237 251 44 32 247 242 238 32 241 238 235 238 226 229 233 32 225 229 231 32 239 229 241 237 232 46 12) 202 242 238 32 206 242 229 247 229 241 242 226 238 32 239 240 229 228 224 229 242 44 32 242 238 242 32 237 229 247 232 241 242 238 233 32 241 232 235 229 32 241 226 238 254 32 228 243 248 243 32 239 240 238 228 224 229 242 46 13) 205 229 32 232 249 232 32 238 225 229 242 238 226 224 237 237 251 229 32 234 240 224 255 32 150 32 238 237 232 32 242 224 236 44 32 227 228 229 32 208 238 228 232 237 224 32 242 226 238 255 46 14) 210 238 235 252 234 238 32 242 238 236 243 32 239 238 247 229 242 32 225 243 228 229 242 44 32 234 242 238 32 208 238 228 232 237 243 32 237 229 32 237 224 32 241 235 238 226 224 245 44 32 224 32 228 229 235 238 236 32 235 254 225 232 242 46 15) 205 229 32 242 238 242 32 247 229 235 238 226 229 234 44 32 234 242 238 32 228 235 255 32 241 229 225 255 32 230 232 226 229 242 44 32 224 32 234 242 238 32 231 224 32 208 238 228 232 237 243 32 226 32 225 238 233 32 232 228 229 242 46 Буква Код Буква Код Буква Код Буква Код АУ ау Б 193 Ф 212 б 225 ф 244 В 194 Х 213 в 226 х 245 ГЦ г 227 ц 246 Д 196 Ч 215 д 228 ч 247 Е 197 Ш 216 е 229 ш 248 Ё 168 Щ 217 ё 184 щ 249 Ж 198 Ъ 218 ж 230 ъ 250 З 199 Ы 219 з 231 ы 251 И 200 Ь 220 и 232 ь 252 Й 201 Эй э 253 К 202 Ю 222 к 234 ю 254 ЛЯ ля Мм Н 205 1 48 н 237 8 55 О 206 2 49 о 238 9 56 П 207 3 50 п 239 ПРОБЕЛ 32 Р 208 4 51 р 240 ТОЧКА 46 С 209 5 52 с 241 ЗАПЯТАЯ 44 Т 210 6 53 т 242 ТИРЕ 45 Задание №3 (по варианту) Рассчитайте объем файла, если он имеет следующие параметры 1. размер изображениях точек, глубина цвета 4 2. размер изображениях точек, глубина цвета 8 3. размер изображениях точек, глубина цвета 16 4. размер изображениях точек, глубина цвета 24 5. размер изображениях точек, глубина цвета 4 6. размер изображениях точек, глубина цвета 8 7. размер изображениях точек, глубина цвета 16 8. размер изображениях точек, глубина цвета 24 9. размер изображениях точек, глубина цвета 4 10. размер изображениях точек, глубина цвета 8 11. размер изображениях точек, глубина цвета 16 12. размер изображениях точек, глубина цвета 24 13. размер изображениях точек, глубина цвета 4 14. размер изображениях точек, глубина цвета 8 15. размер изображениях точек, глубина цвета 16 Ответ представить в Мбайтах Задание №4 (по варианту) Определите объем звуковых файлов Объем звуковой информации рассчитывается по формуле V = f · k · t п, где f – частота дискретизации, Гц, k – глубина звука, бит, t – время звучания, сек, п – число каналов или 2). Имя файла Частота дискретизации, кГц Глубина звука, бит Время звучания Тип файла 1.wav 8 8 2 мин моно 2.wav 16 16 1 мин стерео 3.wav 24 8 2 мин моно 4.wav 32 16 1 мин стерео 5.wav 64 8 30 сек моно 6.wav 128 16 45 сек стерео 7.wav 24 8 15 сек моно 8.wav 32 16 60 сек стерео 9.wav 64 8 1 мин стерео 10.wav 128 16 2 мин моно 11.wav 8 8 1 мин стерео 12.wav 16 16 2 мин моно 13.wav 24 8 1 мин стерео 14.wav 32 16 30 сек моно 15.wav 64 8 45 сек моно Ответ представить в Мбайтах Задание №5 (по варианту) Видеофайл примерно равен произведению количества информации в каждом кадре на число кадров. Число кадров вычисляется как произведение длительности видеоклипа на скорость кадров, то есть их количество в 1 секунду V = N · M · C · v · t, где N – количество точек по горизонтали, M – количество точек по вертикали, С – глубина цвета, v – скорость кадров, t – длительность видеофайла. Определите объем видеоклипа, результат запишите используя кратные приставки Вариант Разрешение, точек Глубина разрядность) цвета Скорости, кадров Длительность, сек 1 800*600 4 30 55 2 1024*768 8 25 50 3 1280*600 16 30 45 4 1280*720 24 25 40 5 1280*768 4 25 35 6 1360*768 8 30 30 7 1024*768 16 25 25 8 1280*600 24 30 20 9 1280*720 4 25 15 10 1280*768 8 30 20 Вариант Разрешение, точек Глубина разрядность) цвета Скорости, кадров Длительность, сек 11 1360*768 16 25 25 12 800*600 24 30 30 13 1024*768 4 25 35 14 1280*600 8 30 40 15 1280*720 16 25 45 Задание выполнить в отдельном документе, последующей структуре ФИО, группа, Задание Задание и т.д. |