Тема урока: Представление графических и аудио файлов 

​

8.2А: 

Кодирование информации

Цели обучения

• 8.1.1.4 объяснять, как звук и растровые изображения могут быть представлены в двоичном виде  
• 8.1.1.5 описывать разницу между различными форматами данных согласно принципам сжатия графических (bmp, jpg, png) и звуковых (wav, mp3) файлов 

Критерии оценивания

• Понимание звука и изображения как двоичный код
• Знание разницы между различными форматами данных согласно принципам кодирования графических (bmp, jpg,png) и звуковых (wav, mp3) файлов
• Перевести двоичный код в шестнадцатеричный
• Преобразовать растровое изображение в двоичную систему
• Преобразовать аналоговый звук в цифровой

​

Подумаем и ответим…

1. Что такое кодирование?
2. Как кодируется информация в компьютере?
3. С какими системами счисления вы знакомы?
4. Назовите цифры, обозначающие 10, 11, 12, 13, 14, 15 в шестнадцатеричной системе счисления.
5. Что такое пиксель?

​

Подумаем…

​

• Как звуковая информация представлена на компьютере?
• Как растровые изображения представлены на компьютере?

​

Кодирование �черно - белого изображения

В двоичной системе представления двух цветов:

0– белый

1– черный

Каждый цвет занимает

1 бит памяти

​

Растровое изображение —  изображение, представляющее собой сетку пикселей — цветных точек (обычно прямоугольных) на мониторе,  бумаге и других отображающих устройствах.

Что это вообще за понятия?

• В компьютерной графике изображение может формироваться двумя способами:
• из маленьких точек (пикселей) — это растровая графика;
• с помощью кривых линий, заданных математической формулой, — это векторная графика.

​

• Растровые изображения повсюду — например, фотографии. На качественном изображении вы не увидите точек. Но если начать его увеличивать, вы увидите пиксели, из которых оно состоит:

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 X

1

​

​

​

​

​

​

​

10

Y

Код в виде битовой матрице:

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

0 0 0 1 0 0 0 1 0 0

0 0 0 1 0 0 1 0 0 0

0 0 0 1 0 1 0 0 0 0

0 0 0 1 1 0 0 0 0 0

0 0 0 1 0 1 0 0 0 0

0 0 0 1 0 0 1 0 0 0

0 0 0 1 0 0 0 1 0 0

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

На “маленьком мониторе” с растровой сеткой размером 10×10 имеется черно – белое изображение буквы “К”.

1 клетка – 1 пиксель

Для кодирования изображения в растровой форме на таком экране необходимо 100 бит

(1 бит на пиксель)

1

​

​

​

​

​

​

​

10

Example:

Нарисуйте черно-белые изображения, которым будут соответствовать двоичные коды (закрасьте клетки с единицами)

Декодируйте черно-белое изображения, в двоичный код

(клетки с единицами будут закрашены)

Переведите число из шестнадцатеричной системы в двоичную.

• 2А₁₆🡺 X₂

Practice

Practice

Формирование изображения

https://www.youtube.com/watch?v=tF0E6gzLxMs

Система цветопередачи

Цветовой спектр на мониторах ТВ и ПК

Глубина цвета и количество отображаемых цветов

Сколько бит информации требуется для кодирования одного пикселя для 16 цветов, 256 цветов?

• Используйте для ответа следующую фразу:

Для кодирования … цветов используется … бит информации.

Задача. Рассчитайте объем памяти, необходимый для кодирования рисунка размером 800*600 пикселей с палитрой 32 цвета.

Решение:

​

32 цвета = 2⁵ = 5 бит нужно для кодирования одного пикселя

​

800*600 = 480000 пикселей используется для рисунка

​

480000*5=2400000 бит объем рисунка

​

2400000 / 8 / 1024 ≈ 293 Кбайт

Один пиксель кодируется комбинацией двух знаков «0» и «1».

N = 2ⁱ , N - количество цветов (количество пикселей), отображаемых на экране монитора, i - глубина цвета

Дано N=2048

Найти i

​

• 2ⁱ =2048, i=11

​

Задача:

Современный монитор позволяет получать на экране 2048 различных цветов. Сколько бит памяти занимает 1 пиксель?

Х

У

V=?

V=i*x*y

Выведем формулу объема памяти для графического изображения

V=?

800x600

1024x768

1440x900

1280x800*16

i=16

Mбайт

1,5 Mбайт

0,91 Mбайт

1,95 Mбайт

2,47 Mбайт

Ответ 3

Рассчитать необходимый объем видеопамяти для графического режима 1024 х 768 точек и глубиной цвета 16 бит на точку.

Всего точек на экране:

1024 • 768 = 786 432

Необходимый объем видеопамяти:

16 бит • 786432 = 12 582 912 бит =1 572 864 байт = 1 536 Кбайт =

1,5 Mбайт.

Ответ 4

Рассчитать необходимый объем видеопамяти для графического режима, с разрешением 800 х 600 точек и глубиной цвета 24 бита на точку.

Всего точек на экране:

800 • 600 = 480 000.

Необходимый объем видеопамяти:

16 бит • 480 000 = 7 680 000бит = 960 000байт = 937,5 Кбайт = 0,91 Mбайт.

​

​

​

Кодирование звуковых файлов

Звуковые волны

Звук – это звуковая волна с непрерывно 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)

28

Как измерить звук?*

Схема кодирования и декодирования звука

АЦП – аналого-цифровой преобразователь

ЦАП – цифро-аналоговый преобразователь

АЦП – аналого-цифровой преобразователь

ЦАП – цифро-аналоговый преобразователь

• Преобразование непрерывного информационного множества аналоговых сигналов в цифровой сигнал называется дискретизацией
• Непрерывная звуковая волна разбивается на отдельные маленькие временные участки, причем для каждого такого участка устанавливается определенная величина амплитуды.

​

Как вы думаете от чего зависит качество цифрового звука?

1) количества измерений уровня громкости звука в еди­ницу времени, т. е. частоты дискретизации.

Глубина кодирования звука - количество информации, которое необходимо для кодирования дискретных уровней громкости цифрового звука

Количество различных уровней сигнала N(громкости) можно рассчитать по формуле: 

               N = 2^i = 2^(16) = 65536,   где  i — глубина звука.

На рисунке изображено зафиксированное самописцем звучание 1 секунды речи. �Закодируйте его в двоичном цифровом коде с частотой 19 Гц и длиной кода 4 бита

0000, 0001, 0010, 0011, 0100, 0101, 0110, 0111,1000,1001, 1010,1011,1101,1111.

Кодирование с частотой 19 Гц означает, что мы должны измерить высоту звука 19 раз за секунду.

«Округлять» значения высоты звука будем до ближайшего нижнего уровня:�

1000 1001 1011 1100 1101 1110 1110 1100 0111 0011

0011 0011 0100 0101 0110 1000 0111 0110 0100 0010

Например,

мы знаем, что глубина кодирования звука 4 бита.

Значит количество уровней цифрового сигнала равно

N=2ⁱ ,i =4 бита— глубина кодирования

2⁴=16.

​

Чтобы определить глубину кодирования если известно количество возможных уровней применяют эту же формулу

Например,

если известно, что сигнал имеет 256 уровней сигнала, то N=2i ,

N =256— уровней сигнала

​

2^8=256, 

и глубина кодирования составит

8 бит.

​

Объем звукового сигнала

V = M * i * t*k 

M – частота дискретизации (в Гц)

i – глубина кодирования (в бит)

t – время звучания (в сек)

V – объем файла

k - режим (моно – умножить на 1,

стерео – умножить на 2

                    квадро – на 4)

Чему равен объем записанного файла?

​

16 = 2ⁱ  , i=____ бит

V = M * i * t

N = 2ⁱ

N -Количество различных уровней сигнала

i - глубина звука

Количество уровней громкости?______

16

4

Закрепление материала

аналоговый

дискретный

Текст слайда

Закрепление материала

1. Оценить информационный объем стереоаудиофайла длительностью звучания 1 секунда при высоком качестве звука (16 битов, 48 кГц) запишите ответ в КилоБит) . ��2. Производится одноканальная (моно) звукозапись с частотой дискретизации 16 кГц и глубиной кодирования 24 бита. Запись длится 1 минуту, ее результаты записываются в файл, сжатие данных не производится. (ответ в МБайт)��3. Оцените информационный объём цифрового звукового стерео файла длительностью 20 секунд при глубине кодирования 16 бит и частоте дискретизации 10000 Гц? Результат представить в Кбайтах, округлить до сотых. При решении таких задач надо не забывать следующее: Что моно - 1 канал, стерео - 2 канала (ответ в КБайт)��4. Определить размер (в байтах) цифрового аудиофайла, время звучания которого составляет 10 секунд при частоте дискретизации 22,05 кГц и разрешении 8 бит. (ответ в байт)��5. Объем свободной памяти на диске — 5,25 Мб, разрядность звуковой платы 16. Какова длительность звучания цифрового аудиофайла, записанного с частотой дискретизации 22,05 кГц? (ответ в секундах)�

Дифференциация

​

1. В чем состоит принцип двоичного кодирования звука?
2. От каких параметров зависит качество двоичного кодирования звука

​

Формат файла

Формат файл (англ. file format) – это представление структуры файла, он сообщает программе, как отображать его содержимое.

1. Какие форматы графических файлов вы знаете?
2. Какие форматы звуковых файлов вы знаете?

Групповая работа

• 1 группа - bmp
• 2 группа - jpg
• 3 группа - png
• 4 группа – wav
• 5 группа - mp3

Критерии:

• Преимущества
• Недостатки
• Сжатие
• Один факт
• Рисунки

Рефлексия