Методические указания для выполнения практических работ к разделу «Информация и информационные процессы» по дисциплине ОУДП.08 «Информатика»

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ АЛТАЙСКОГО КРАЯ

КРАЕВОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

«АЛТАЙСКИЙ ТРАНСПОРТНЫЙ ТЕХНИКУМ»

Методические указания для выполнения практических работ

к разделу «Информация и информационные процессы»

по дисциплине ОУДП.08 «Информатика»

Составитель:

Масленникова Любовь Валерьевна,

Преподаватель информатики первой категории

2022 г.

с. Первомайское

ПР № 5 Представление информации в различных системах счисления

1. Цель работы: научиться переводить числа из одной системы счисления в другую.

2. Краткие теоретические сведения. Примеры решения заданий.

1. Порядковый счет в различных системах счисления.

В современной жизни мы используем позиционные системы счисления, то есть системы, в которых число, обозначаемое цифрой, зависит от положения цифры в записи числа. Поэтому в дальнейшем мы будем говорить только о них, опуская термин «позиционные».

Для того чтобы научиться переводить числа из одной системы в другую, поймем, как происходит последовательная запись чисел на примере десятичной системы.

Поскольку у нас десятичная система счисления, мы имеем 10 символов (цифр) для построения чисел. Начинаем порядковый счет: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9. Цифры закончились. Мы увеличиваем разрядность числа и обнуляем младший разряд: 10. Затем опять увеличиваем младший разряд, пока не закончатся все цифры: 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19. Увеличиваем старший разряд на 1 и обнуляем младший: 20. Когда мы используем все цифры для обоих разрядов (получим число 99), опять увеличиваем разрядность числа и обнуляем имеющиеся разряды: 100. И так далее.

Попробуем сделать то же самое в 2-ной, 3-ной и 5-ной системах (введем обозначение   для 2-ной системы,   для 3-ной и т.д.):

Если система счисления имеет основание больше 10, то нам придется вводить дополнительные символы, принято вводить буквы латинского алфавита. Например, для 12-ричной системы кроме десяти цифр нам понадобятся две буквы (  и  ):

2.Перевод из десятичной системы счисления в любую другую.

Чтобы перевести целое положительное десятичное число в систему счисления с другим основанием, нужно это число разделить на основание. Полученное частное снова разделить на основание, и дальше до тех пор, пока частное не окажется меньше основания. В результате записать в одну строку последнее частное и все остатки, начиная с последнего.

Пример 1. Переведем десятичное число 46 в двоичную систему счисления.

Пример 2. Переведем десятичное число 672 в восьмеричную систему счисления.

Пример 3. Переведем десятичное число 934 в шестнадцатеричную систему счисления.

3. Перевод из любой системы счисления в десятичную.

Для того, чтобы научиться переводить числа из любой другой системы в десятичную, проанализируем привычную нам запись десятичного числа.

Например, десятичное число 325 – это 5 единиц, 2 десятка и 3 сотни, т.е.

Точно так же обстоит дело и в других системах счисления, только умножать будем не на 10, 100 и пр., а на степени основания системы счисления. Для примера возьмем число 1201 в троичной системе счисления. Пронумеруем разряды справа налево начиная с нуля и представим наше число как сумму произведений цифры на тройку в степени разряда числа:

Это и есть десятичная запись нашего числа, т.е. 1201_3 = 46_{10}.

Пример 4. Переведем в десятичную систему счисления восьмеричное число 511.

Пример 5. Переведем в десятичную систему счисления шестнадцатеричное число 1151.

4. Перевод из двоичной системы в систему с основанием «степень двойки» (4, 8, 16 и т.д.).

Для преобразования двоичного числа в число с основанием «степень двойки» необходимо двоичную последовательность разбить на группы по количеству цифр равному степени справа налево и каждую группу заменить соответствующей цифрой новой системы счисления.

Например, Переведем двоичное 1100001111010110 число в восьмеричную систему. Для этого разобьем его на группы по 3 символа начиная справа (т.к. 8=2³), а затем воспользуемся таблицей соответствия и заменим каждую группу на новую цифру:

Таблицу соответствия мы научились строить в п.1.

Т.е. 1100001111010110_2 = 141726_8.

Пример 6. Переведем двоичное 1100001111010110 число в шестнадцатеричную систему.

5.Перевод из системы с основанием «степень двойки» (4, 8, 16 и т.д.) в двоичную.

Этот перевод аналогичен предыдущему, выполненному в обратную сторону: каждую цифру мы заменяем группой цифр в двоичной системе из таблицы соответствия.

Пример 7. Переведем шестнадцатеричное число С3A6 в двоичную систему счисления.

Для этого каждую цифру числа заменим группой из 4 цифр (т.к. 16=2⁴) из таблицы соответствия, дополнив при необходимости группу нулями вначале:

3. Задание

Задачи – представление чисел.

1. Заполнить таблицу, записав отрицательные десятичные числа в прямом, обратном и дополнительном кодах в 8-и разрядном представлении:

2. Выполнить арифметическое действие 20₁₀ - 60₁₀ в 8-и разрядном компьютерном представлении.

3. Записать следующие числа в форме с плавающей запятой и нормализованной мантиссой:

а) 217,934₁₀; б) 75321₁₀; в) 10,0101₁₀; г) 200450₁₀

4. Произвести сложение, вычитание, умножение и деление чисел 0,1×2² и 0,1×2^-2 в формате с плавающей запятой.

5. Контрольные вопросы

• Что такое система счисления?

• Что такое основание системы счисления?

• Что такое позиционная система счисления?

• Из каких знаков состоит алфавит десятичной и двоичной систем?

• Почему в вычислительной технике взята за основу двоичная система счисления?

• Какое наибольшее десятичное число можно записать тремя цифрами:

-в двоичной системе;

-в восьмеричной системе;

-в шестнадцатеричной системе?

6. Отчет должен содержать: Название работы. Цель работы. Задание и его решение. Вывод по работе.

ПР №6 Дискретное (цифровое) представление текстовой информации.

Цель: изучить способы представления текстовой, информации, научиться записывать числа в различных системах счисления.

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. 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.

Кодируют 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.

Содержание работы:

Откройте программу MS Word  (Пуск/Программы/Стандартные/MS Word ) – и выполняйте поочередно все задания:

Задание №1

Порядок выполнения: В открывшемся  текстовом документе перейдите на вкладку Вставка, затем выберите инструмент Символ, в диалоговом окне выберите другие символы

  Какая последовательность десятичных кодов будет соответствовать слову: ПАСКАЛЬ БЛЕЗ (использовать кирилицу . дес)

Задание №2

С помощью таблицы кода ASCII декодируйте текст с помощью десятичных кодов:

А) 78 111 114 116 111 110 32 67 111 109 109 97 110 100 101 114

Б) 67 111 109 112 117 116 101 114 32 73 66 77 32 80 67

В) 81 66 97 115 105 99

Подсказка: Переключение языкового режима клавиатуры Shift+Alt

Задание №3

С помощью таблицы кода ASCII построить десятичный код слова представленного в двоичном коде, а также расшифровать это слово:

01110011 01110100 01101111 01110000

Задание №4

С помощью кодировочной таблицы CP1251 декодируйте следующий текст:

А) 0200 0237 0244 0238 0240 0236 0224 0246 0232 0255 0032 0045 0032 0241 0226 0229 0228 0229 0237 0232 0255 0044 0032 0231 0237 0224 0237 0232 0255 0044 0032 0241 0238 0228 0029 0240 0230 0224 0249 0232 0229 0241 0255 0032 0226 0032 0241 0238 0238 0225 0249 0229 0237 0232 0232 0246

Б)0034 0204 0238 0235 0238 0228 0229 0246 0033 0034

Подсказка: Код каждой буквы набирается при удерживании клавиши Alt и цифр на дополнительной цифровой клавиатуре.

Задание №5. 

Используя таблицу символов, записать последовательность десятичных числовых кодов в кодировке Windows для своих ФИО, названия улицы, по которой проживаете. 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– 192.

Пример:

  Выполнить зачетное задание

Задание № 1. Кодирование и декодирование текстовой информации 

Для кодирования и декодирования текстовой информации выполните следующие действия:

1.    Откройте браузер и с помощью поисковой системы найдите кодовую таблицу символов ASCII с кодировкой символов в шестнадцатеричной системе счисления

2.    Декодируйте фразу: «CA E0 E6 E4 FB E9 20 E6 E5 EB E0 E5 F2 20 E7 ED E0 F2 FC»

3.    Закодируйте фразу «Поздравляем с Днем рождения!» и оформите отчет в тетради.

Аппаратное и программное обеспечение: компьютер с установленной операционной системой Windows или Linux, подключенный к Интернету.

Цель работы: научиться кодировать  и декодировать графическую информацию 

План работы:

1.Изучить теоритический материал

2.В операционной системе Windows или Linux, используя графический редактор, научиться кодировать цвет с помощью цветовой модели RGB 

3 Выполнить зачетное задание

Краткие теоретические сведения.

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 и так далее).

Для черно-белого изображения информационный объем одной точки равен одному биту (либо черная, либо белая – либо 1, либо 0).

Для четырех цветного – 2 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.

На практике же, для сохранения информации о цвете каждой точки цветного изображения в модели RGB обычно отводится 3 байта (то есть 24 бита) - по 1 байту (то есть по 8 бит) под значение цвета каждой составляющей. Таким образом, каждая RGB-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 1280х1024 точек. Т.е. 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). При уменьшении 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.

Рассмотрим формирование на экране монитора растрового изображения с разрешением 800*600 (800 точек на 600 строк, итого 480 000 точек на экране). В простейшем случае (черно-белое изображение без градаций серого цвета) – каждая точка может иметь одно из двух состояний – ”черная” или “белая”, т.е для хранения ее состояния необходим 1 бит. Таким образом, объем черно-белого изображения (количество информации) равен: 

= *1 (бит)

Цветные изображения формируются в соответствии с двоичным кодом цвета каждой точки (хранится в видеопамяти). Цветные изображения могут иметь различную глубину цвета, которая задается количеством битов, используемых для кодирования цвета, например: 8, 16, 24 или 32 бита.

Качество двоичного кодирования изображения определяется разрешающей способностью и глубиной цвета. 

Количество цветов N может быть вычислено по формуле: N=2ⁱ, где i – глубина цвета. 

Глубина цвета и количество отображаемых цветов.

Пример. Для хранения растрового изображения размером 128*128 пикселей отвели 4 килобайта памяти. Каково максимально возможное число цветов в палитре изображения?

 Решение.

Воспользуемся формулами:

В нашем случае: 

Подставив значения (8) и (9) в (5), получим, что: 2¹⁵ = 2¹⁴ *i, откуда i=2.

Тогда по формуле (6): =N = 2ⁱ=2²=4, что соответствует ответу №4.

Ответ: 4.

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. 

В некоторых заданиях используется модельный (учебный) вариант монитора с размером растра 10x10 пикселей.

При векторном подходе изображение рассматривается как совокупность простых элементов: прямых линий, дуг, окружностей, эллипсов, прямоугольников, закрасок и пр., которые называются графическими примитивами. Графическая информация — это данные, однозначно определяющие все графические примитивы, составляющие рисунок.

Положение и форма графических примитивов задаются в системе графических координат, связанных с экраном. Обычно начало координат расположено в верхнем левом углу экрана. Сетка пикселей совпадает с координатной сеткой. Горизонтальная ось X направлена слева направо; вертикальная ось У — сверху вниз.

Отрезок прямой линии однозначно определяется указанием координат его концов; окружность — координатами центра и радиусом; многоугольник — координатами его углов, закрашенная область — граничной линией и цветом закраски и пр.

Учебная система векторных команд представлена в таблице.

Например, требуется написать последовательность получения изобра¬жения буквы К:            Изображение буквы «К» на рисунке описывается тремя векторными командами:   Линия(4, 2, 4, 8)

Линия(5, 5, 8, 2)

Линия(5, 5, 8, 8)

Задание № 1. Кодирование цвета с помощью цветовой модели RGB

Для кодирования цвета выполните следующие действия:

1. Откройте графический редактор 

2. Посмотрите возможность кодирования цвета с помощью цветовой палитры RGB. Если используется операционная система Windows и графический редактор Paint, то для этого в панели графического редактора Главная щелкните по кнопке Изменение цветов. В графическом редакторе появится окно Изменение палитры 

3. Если используется операционная система ALT Linux и графический редактор KOLOURPAINT, то для этого дважды щелкните по любому цвету в палитре цветов. В графическом редакторе появится окно Выбор цвета 

4. Проследите за изменениями Цвет/Заливка при смене значений в полях ввода для основных цветов: красный, синий, зеленый.

5. Установите, какие цвета получаются при значениях, приведенных в таблице

Задание № 2 .Установите, какие значения имеют цвета. Результат оформите в тетради.

Задание 3. По приведенному ниже набору векторных команд определить, что изображено на рисунке (зарисовать).

Цвет рисования Голубой

 Прямоугольник 12, 2, 18, 8 

Прямоугольник 10, 1, 20, 21 

Прямоугольник 20, 6, 50, 21 

Цвет рисования Желтый 

Цвет закраски Зеленый 

Окружность 20, 24, 3 

Окружность 40, 24, 3 

Закрасить 20, 24, Желтый 

Закрасить 40, 24, Желтый 

Цвет закраски Голубой 

Закрасить 30, 10, Голубой 

Закрасить 15, 15, Голубой 

Цвет закраски Розовый 

Закрасить 16, 6, Голубой.

Задание 4. Нарисовать в редакторе Paint изображение солнца, сохранить его в фор-мате BMP, а затем преобразовать его в форматы JPEG (с наивысшим качеством), JPEG (с наименьшим качеством), GIF, TIFF. Сравнить эффективность сжатия каждого формата, заполнив таблицу.

Задание 4. Черно-белая фотография разбита на точки, каждая из которых кодируется тремя битами информации. Каков информационный объем фотографии 6 х 8 см, если один квадратный сантиметр содержит 900 точек?

Решение: _______________________________________________________________

Задание 5. Определить, какой объем памяти требуется для хранения 1 бита изображения на вашем компьютере (для этого нужно через Свойства экрана определить битовую глубину цвета).

Задание 6. По приведенному ниже набору векторных команд определить, что изображено на рисунке (зарисовать).

Цвет рисования Голубой

 Прямоугольник 12, 2, 18, 8 

Прямоугольник 10, 1, 20, 21 

Прямоугольник 20, 6, 50, 21 

Цвет рисования Желтый 

Цвет закраски Зеленый 

Окружность 20, 24, 3 

Окружность 40, 24, 3 

Закрасить 20, 24, Желтый 

Закрасить 40, 24, Желтый 

Цвет закраски Голубой 

Закрасить 30, 10, Голубой 

Закрасить 15, 15, Голубой 

Цвет закраски Розовый 

Закрасить 16, 6, Голубой.

Оформить отчет.

ПР № 8 Дискретное (цифровое) представление звуковой информации и видеоинформации

Двоичное кодирование звуковой информации.

Использование компьютера для обработки звука началось позднее, нежели чисел, текстов и графики. 

 В процессе кодирования непрерывного звукового сигнала производится его временная дискретизация. При этом звуковая волна разбивается на мелкие временные участки, для каждого из которых устанавливается значение амплитуды. На графике это выглядит как замена гладкой кривой на последовательность ”ступенек”, каждой из которых присваивается значение уровня громкости. Чем большее количество уровней громкости будет выделено в процессе кодирования, тем более качественным будет звучание. 

Современные звуковые карты обеспечивают 16-битную глубину кодировки звука. Количество различных уровней сигнала можно рассчитать по формуле: N=2¹⁶=65536. Т.о., современные звуковые карты обеспечивают кодирование 65536 уровней сигнала. Каждому значению амплитуды присваивается 16-ти битный код.

При двоичном кодировании непрерывного звукового сигнала он заменяется последовательностью дискретных уровней сигнала. Качество кодирования зависит от количества измерений уровня сигнала в единицу времени, т.е. частотой дискретизации. Чем большее количество измерений проводится в 1 секунду (чем больше частота дискретизации), тем точнее процедура двоичного кодирования. 

Качество двоичного кодирования звука определяется глубиной кодирования и частотой дискретизации.

Частота дискретизации аналогового звукового сигнала может принимать значения от 8 кГц до 48 кГц. При частоте 8 кГц качество дискретизованного звукового сигнала соответствует качеству радиотрансляции, а при частоте 48 кГц – качеству звучания аудио-CD. Следует также учитывать, что возможны как моно-, так и стереорежимы.

Попробуем оценить информационный объем стереоаудиофайла длительностью звучания 1 секунда при высоком качестве звука (16 бит, 48 кГц). Для этого количество битов нужно умножить на количество выборок в 1 секунду и умножить на 2   (стерео):

16 бит*48 000 *2 = 1 536 000 бит = 192 000 байт = 187,5 Кбайт

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 с точки 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.

Представление звуковой информации в компьютере

Звук представляет собой непрерывный сигнал — звуковую волну с меняющейся амплитудой и частотой.

 Чем больше амплитуда сигнала, тем он громче для человека. Чем больше частота сигнала, тем выше тон.

Частота звуковой волны выражается числом колебаний в секунду и измеряется в герцах (Гц, Hz).

Количество бит, отводимое на один звуковой сигнал, называют глубиной кодирования звука. Современные звуковые карты обеспечивают 16-, 32- или 64-битную глубину кодирования звука.

 При кодировании звуковой информации непрерывный сигнал заменяется дискретным, то есть превращается в последовательность электрических импульсов (двоичных нулей и единиц).

Процесс перевода звуковых сигналов от непрерывной формы представления к дискретной, цифровой форме называют оцифровкой.

Важной характеристикой при кодировании звука является частота дискретизации.

Частота дискретизации звука — это количество измерений громкости звука за одну секунду.

 Чем больше частота и глубина дискретизации звука, тем более качественным будет звучание оцифрованного звука.

Самое низкое качество оцифрованного звука, соответствующее качеству телефонной связи, получается при частоте дискретизации 8000 раз в секунду, глубине дискретизации  8 битов и записи одной звуковой дорожки (режим «моно»).

Самое высокое качество оцифрованного звука, соответствующее качеству аудио-CD, достигается при частоте дискретизации 48000 раз в секунду, глубине дискретизации 16 битов и записи двух звуковых дорожек (режим «стерео»).

Необходимо помнить, что чем выше качество цифрового звука, тем больше информационный объем звукового файла.

Существуют различные методы кодирования звуковой информации двоичным кодом, среди которых можно выделить два основных направления: метод FM и метод Wave-Table.

 Метод FM (Frequency Modulation) основан на том, что теоретически любой сложный звук можно разложить на последовательность простейших гармонических сигналов разных частот, каждый из которых представляет собой правильную синусоиду, и, следовательно, может быть описан кодом.

Разложение звуковых сигналов в гармонические ряды и представление в виде дискретных цифровых сигналов выполняют специальные устройства — аналогово-цифровые преобразователи (АЦП).

Преобразование звукового сигнала в дискретный сигнал: a — звуковой сигнал на входе АЦП; б — дискретный сигнал на выходе АЦП.

 Обратное преобразование для воспроизведения звука, закодированного числовым кодом, выполняют цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП). Процесс преобразования звука представлен на рис. ниже. Данный метод кодирования не даёт хорошего качества звучания, но обеспечивает компактный код.

 Преобразование дискретного сигнала в звуковой сигнал: а — дискретный сигнал на входе ЦАП; б — звуковой сигнал на выходе ЦАП.

 Таблично-волновой метод (Wave-Table) основан на том, что в заранее подготовленных таблицах хранятся образцы звуков окружающего мира, музыкальных инструментов и т. д. Числовые коды выражают высоту тона, продолжительность и интенсивность звука и прочие параметры, характеризующие особенности звука. Поскольку в качестве образцов используются «реальные» звуки, качество звука, полученного в результате синтеза, получается очень высоким и приближается к качеству звучания реальных музыкальных инструментов.

 Звуковые файлы имеют несколько форматов. Наиболее популярные из них MIDI, WAV,  МРЗ.

 Формат MIDI (Musical Instrument Digital Interface) изначально был предназначен для управления музыкальными инструментами. В настоящее время используется в области электронных музыкальных инструментов и компьютерных модулей синтеза.

 Формат аудиофайла WAV (waveform) представляет произвольный звук в виде цифрового представления исходного звукового колебания или звуковой волны. Все стандартные звуки Windows имеют расширение WAV.

 Формат МРЗ (MPEG-1 Audio Layer 3) — один из цифровых форматов хранения звуковой информации. Он обеспечивает более высокое качество кодирования.

Г) Представление видеоинформации в компьютере

Когда говорят о видеозаписи, прежде всего имеют в виду движущееся изображение на экране телевизора или монитора.

 Преобразование оптического изображения в последовательность электрических сигналов осуществляется видеокамерой. Эти сигналы несут информацию о яркости и цвете отдельных участков изображения. Они сохраняются на носителе в виде изменения намагниченности видеоленты (аналоговая форма) или в виде последовательности кодовых комбинаций электрических импульсов (цифровая форма).

Процесс превращения непрерывного сигнала в набор кодовых слов называется  аналого-цифровым преобразованием.

Это сложный процесс, состоящий из:

- дискретизации, когда непрерывный сигнал заменяется последовательностью мгновенных значений через равные промежутки времени;

- квантования, когда величина каждого отсчёта заменяется округлённым значением ближайшего уровня;

- кодирования, когда каждому значению уровней квантования, полученных на предыдущем этапе, сопоставляются их порядковые номера в двоичном виде.

 По своей сути видеофайл — это набор статичных изображений, меняющих друг друга с определенной частотой. Каждое статичное изображение является отдельным кадром видео. Это действительно так, если мы говорим о несжатом видео. Однако в таком формате никто не хранит фильмы.

 Дело в том, что несжатое видео занимает на диске очень много места.

Каким же образом полнометражный фильм (а то и несколько) умещается на одном компакт-диске или флеш-накопителе?

Дело в том, что, в основном, видео хранят в видеофайлах, в которых применены различные алгоритмы сжатия информации. Благодаря этим технологиям видеофайл можно сжимать в десятки и сотни раз практически без потери качества картинки и звука.

AVI (Audio Video Interleave) — это контейнерный формат, что означает, что в нём могут содержаться аудио/видео, сжатые различными комбинациями кодирования.

AVI файл может содержать различные виды компрессированных данных (например,DivX для видеоинформации и MP3 для аудио), в зависимости от того, какой кодек используется для кодирования/декодирования. В файле с расширением AVI может храниться несжатое видео, видео в форматах DV, MPEG-4, DivX, Xvid и даже MPEG-1и MPEG-2. Кроме того, файл формата AVI может, например, содержать в себе только звук. То есть файлы формата AVI являются контейнером для хранения данных различного типа.

Контейнер — это файл с каким либо расширением, служащий для хранения в цифровом виде преобразованной аналоговой информации. Контейнер является файлом некоего стандарта, в котором одновременно может содержаться несколько различных типов информации.

DivX — технология видеозаписи, позволяющая создавать и просматривать медиа файлы с высокой степенью сжатия. Это технология сжатия, которая делает фильм в8-12 раз меньшим с небольшой потерей качества.

DivX широко используется для сжатия компьютерных видеофайлов и файлов DVD, чтобы они помещались на стандартный CD.

MPEG (Moving Picture Expert Group) — формат, предназначенный для сжатия звуковых и видеофайлов для загрузки или пересылки, например, через Интернет.

Разработан Экспертной группой кинематографии, которая занимается разработкой стандартов кодирования и сжатия видео- и аудиоданных. Существуют разные стандарты MPEG: MPEG-1, MPEG-2, MPEG-3, MPEG-4, MPEG-7. Например, MPEG-4 — стандарт, благодаря которому фильмы можно кодировать в хорошем качестве при низкой скорости передачи данных. Стандарт MPEG-4 в основном используется для вещания, записи фильмов на компакт-диски, видеотелефонии (видеотелефон) и широковещания, в которых активно используется сжатие цифровых видео и звука.

Задание №1. Записать с помощью стандартного приложения «Звукозапись» звук длительностью 1 минута с частотой дискретизации 22,050 КГц и глубиной кодирования 8 битов (моно), а затем тот же самый звук с частотой дискретизации 44,1 КГц и глубиной кодирования 16 битов (моно). Сравнить объемы полученных файлов.

Запись звука с помощью программы «Звукозапись» С помощью программы «Звукозапись» можно записать звук в звуковой файл и сохранить его на компьютере. Звук можно записывать с различных звуковых устройств (например, с микрофона), подключенных к звуковой плате компьютера. Виды источников ввода звука, с которых можно записать звук, зависят от имеющихся звуковых устройств и источников входа на звуковой плате.

1. Убедитесь в наличии устройства ввода звука, например микрофона, подключенного к компьютеру.

2.  откройте программу «Звукозапись».

3. Щелкните Начать запись.

4. Для остановки записи звука щелкните Остановить запись.

5. Запись звука с помощью программы «Звукозапись»

6. (Дополнительно) Если требуется продолжить запись звука, в диалоговом окне Сохранить как нажмите кнопку Отмена и затем нажмите кнопку Продолжить запись. Чтобы завершить запись, нажмите кнопку Остановить запись.

7. В поле Имя файла введите имя файла и нажмите кнопку Сохранить, чтобы сохранить записанный звук в звуковом файле.

8. Звукозапись стандартными средствами Windows 

Задание № 2. Решите задачи на представление звука:

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. При частоте дискретизации 16 бит 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.      Аналоговый звуковой сигнал был дискретизирован сначала с использованием 256 уровней интенсивности сигнала (качество звучания радиотрансляции), а затем с использованием 65536 уровней интенсивности сигнала (качество звучания аудио-CD). Во сколько раз различаются информационные объемы оцифрованного звука?