Где V - информационный объем рисунка (файла), К - общее количество точек рисунка или разрешающая способность монитора, I - глубина цвета.

Практическая работа 1.3.

Дискретное представление информации.

Представление графической информации - основные понятия

Цели: Научиться находить информационный объем графического файла.

Палитра (N) - количество используемых в наборе цветов.

Глубина цвета (I) - количество бит (двоичных разрядов), отводимых в видеопамяти под каждый пиксель.

Каждый цвет имеет свой уникальный двоичный код.

Код цвета пикселя содержит информацию о доле каждого базового цвета.

Число цветов, воспроизводимых на экране монитора (N), и число бит, отводимых под кодирование цвета одного пикселя (I), находится по формуле: N=2^I

Глубина цвета и количество отображаемых цветов

Глубина цвета (I)	Количество отображаемых цветов (N)
	2⁸=256
16 (High Color)	2¹⁶=65 536
24 (True Color)	2²⁴=16 777 216
32 (True Color)	2³²=4 294 967 296

V=K*I,

где V - информационный объем рисунка (файла), К - общее количество точек рисунка или разрешающая способность монитора, I - глубина цвета.

Задачи 1 – 10 выполнять в тетради. Обязательно наличие решения, а не только ответа.

1. Сколько Кбайт информации содержится в двух картинках экрана с разрешающей способностью 600х400 пикселей и глубиной цвета 8 бит?

2. Укажите минимальный объём памяти (в килобайтах), достаточный для хранения любого растрового изображения размером 128x64 пикселя, если известно, что в изображении используется палитра из 256 цветов.

3. Определить объем видеопамяти компьютера (в Мбайт), который необходим для реализации графического режима монитора с разрешающей способностью 1280×1024 и палитрой 65536 цветов.

4. Для хранения растрового изображения размером 128x64 пикселя отвели 4 килобайта памяти. Каково максимально возможное число цветов в палитре изображения?

5. Достаточно ли видеопамяти объемом 256 Кб для работы монитора в режиме 640х480 и палитрой из 256 цветов?

6. В процессе преобразования растрового графического файла количество цветов уменьшилось с 65536 до 16. Во сколько раз уменьшился объём файла?

7. Сканируется цветное изображение размером 9х12 см. Разрешающая способность сканера 600 dpi и глубина цвета 24 бита. Какой информационный объем (в Мбайт) будет иметь полученный графический файл? (1 дюйм = 2,54 см)

8. Фотография размером 20х30 см была отсканирована с разрешением 400 dpi при глубине цвета, равной 32 бита. Определите информационную емкость полученного растрового файла в Мбайт. (1 дюйм = 2,54см)

9. Сканируется цветное изображение размером 4 х 4 дюйма. Разрешающая способность сканера — 1200 х 1200 dpi, глубина цвета — 24 бита. Какой информационный объем будет иметь полученный графический файл?

10. Сканируется цветное изображение размером 5 х 6 дюймов. Разрешающая способность сканера — 600 х 600 dpi, глубина цвета — 32 бита. Какой информационный объем будет иметь полученный графический файл?

Кодирование звуковой информации. Теоретическая подготовка. Основные понятия

Составить конспект лекции «Кодирование звуковой информации»

С начала 90-х годов персональные компьютеры получили возможность работать со звуковой информацией. Звуковая волна - это непрерывная волна с меняющейся амплитудой и частотой. Чем больше амплитуда сигнала, тем он громче для человека, чем больше частота сигнала, тем выше тон. Для того чтобы компьютер мог обрабатывать звук, непрерывный звуковой сигнал должен быть превращен в последовательность электрических импульсов (двоичных нулей и единиц). Звуковая волна разбивается на отдельные маленькие временные участки, причем для каждого участка устанавливается определенная величина амплитуды. Каждому участку присваивается определенный код. Этот процесс называется временной дискретизацией. Естественно, чем меньше "размер" участка, тем выше качество звукозаписи. Представление непрерывного звукового сигнала в виде дискретных цифровых сигналов выполняют специальные устройства – аналогово-цифровые преобразователи (АЦП). Обратное преобразование для воспроизведения звука, закодированного числовым кодом, выполняют цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП). АЦП и ЦАП являются компонентами звуковых карт.

Современные звуковые карты могут обеспечить 16, 32, 64- битнуюглубину кодирования, т.е. производят кодирование 2¹⁶,2³², 2⁶⁴ различных уровней сигнала. Количество различных уровней сигнала (состояний при данном кодировании) можно рассчитать по формуле:

N = 2^I, где I - глубина звука.

Качество кодирования зависит от количества измерений уровня сигнала в единицу времени, то есть частоты дискретизации. Чем большее количество измерений производится за 1 секунду (чем больше частота дискретизации), тем точнее процедура двоичного кодирования.

И так, качество двоичного кодирования звука определяется глубиной кодирования и частотой дискретизации.

Звуковая информация может быть представлена в аналоговой или дискретной форме:

при аналоговом представлении физическая величина принимает бесконечное множество значений, и её значения изменяются непрерывно,
при дискретном представлении физическая величина принимает конечное множество значений, и её величина изменяется скачкообразно.

Хотя естественной для органов чувств человека является аналоговая форма, универсальной все же следует считать дискретную форму представления информации с помощью некоторого набора знаков. В частности, именно таким образом представленная информация обрабатывается компьютером, передаётся по компьютерным и некоторым иным линиям связи.

Звуковая информация преобразуется из аналоговой формы в дискретную путём дискретизации, т. е. разбиения непрерывного (аналогового) сигнала на отдельные элементы. В процессе дискретизации производится кодирование - присвоение каждому элементу конкретного значения в форме кода.

Дискретизация - преобразование непрерывного потока информации (например, звука) в набор дискретных значений, каждому из которых присваивается значение его кода.

Источник представляет сообщение в алфавите, который называется первичным, далее это сообщение попадает в устройство, преобразующее и представляющее его во вторичном алфавите.

Код – правило, описывающее соответствие знаков (или их сочетаний) первичного алфавита знаком (их сочетаниями) вторичного алфавита.

Кодирование – перевод информации, представленной сообщением в первичном алфавите, в последовательность кодов.

Декодирование – операция, обратная кодированию.

Кодер – устройство, обеспечивающее выполнение операции кодирования.

Декодер – устройство, производящее декодирование.

При решении задач используются следующие понятия:

Временная дискретизация –процесс, при котором, во время кодирования непрерывного звукового сигнала, звуковая волна разбивается на отдельные маленькие временные участки, причем для каждого такого участка устанавливается определенная величина амплитуды. Чем больше амплитуда сигнала, тем громче звук.

Глубина звука (глубина кодирования) - количество бит на кодировку звука.

Уровни громкости (уровни сигнала) - звук может иметь различные уровни громкости. Количество различных уровней громкости рассчитываем по формуле

N= 2^Iгде I – глубина звука.

Частота дискретизации – количество измерений уровня входного сигнала в единицу времени (за 1 сек). Чем больше частота дискретизации, тем точнее процедура двоичного кодирования. Частота измеряется в герцах (Гц). 1 измерение за 1 секунду -1 ГЦ.

1000 измерений за 1 секунду 1 кГц. Обозначим частоту дискретизации буквой D. Для кодировки выбирают одну из трех частот: 44,1 КГц, 22,05 КГц, 11,025 КГц.

Считается, что диапазон частот, которые слышит человек, составляет от 20 Гц до 20 кГц.

Качество двоичного кодирования – величина, которая определяется глубиной кодирования и частотой дискретизации.

Аудиоадаптер (звуковая плата) –устройство, преобразующее электрические колебания звуковой частоты в числовой двоичный код при вводе звука и обратно (из числового кода в электрические колебания) при воспроизведении звука.

Характеристики аудиоадаптера: частота дискретизации и разрядность регистра.

Разрядность регистра -число бит в регистре аудиоадаптера. Чем больше разрядность, тем меньше погрешность каждого отдельного преобразования величины электрического тока в число и обратно. Если разрядность равна I, то при измерении входного сигнала может быть получено 2^I=N различных значений.

Размер цифрового моноаудиофайла ( V) измеряется по формуле:

V=D*t*I,

где D–частота дискретизации (Гц), t – время звучания или записи звука, I -разрядность регистра (разрешение). По этой формуле размер измеряется в битах.

Формула для расчета размера (в байтах) цифрового аудио-файла:

V=D*T*I/8.

Размер цифрового стереоаудиофайла ( V) измеряется по формуле:

V=2*D*t*I,

сигнал записан для двух колонок, так как раздельно кодируются левый и правый каналы звучания.

Таблица 1 показывает, сколько Мб будет занимать закодированная одна минута звуковой информации при разной частоте дискретизации:

Тип сигнала	Частота дискретизация, КГц
44,1	22,05	11,025
16 бит, стерео	10,1 Мб	5,05 Мб	2,52 Мб
16 бит, моно	5,05 Мб	2,52 Мб	1,26 Мб
8 бит, моно	2,52 Мб	1,26 Мб

1. Определить размер (в байтах) цифрового аудиофайла, время звучания которого составляет 10 секунд при частоте дискретизации 22,05 кГц и разрешении 8 бит. Файл сжатию не подвержен.

2. Определить объем памяти для хранения цифрового аудиофайла, время звучания которого составляет две минуты при частоте дискретизации 44,1 кГц и разрешении 16 бит.

Задачи 11 – 19 выполнять в тетради. Обязательно наличие решения, а не только ответа.