Сочетание видео звука графики в одной программе это какой вид компьютерной информации

Обновлено: 05.07.2024

Звук – это механические колебания среды: воздуха, воды и т.д, воспринимаемые слуховым аппаратом человека. То, что мы слышим – это результат обработки колебательных движений барабанной перепонки уха, представленный в виде сигналов нервной системы. Вне среды переноса звуковых волн звук не существует. Однако звуковые колебания можно перевести на другой носитель: изменить представление информации, не теряя ее фактически. Обычно звуковые колебания переносят на сигналы радиоволн.

З
вуковую информацию можно также представить в математической форме, в виде периодических функций времени. Это представление обычно записывают в виде формулы

Здесь A ( t ) – амплитуда звукового сигнала, а t – время.

Все слышимые звуки являются результатом воздействия звуковых волн. На магнитной ленте, виниловой пластинке звук сохраняется в виде непрерывного электрического сигнала, определяющего изменение звуковых волн. Звук, создаваемый электрическими волнами, называют аналоговым.

Звук может храниться на цифровых носителях, т.е. быть представленным в виде набора цифр. Любая цифровая техника или программа работают со звуком, представленным в цифровом виде. Таким образом, для переноса звука на цифровой носитель, необходимо осуществить его аналогово-цифровое преобразование. Такое преобразование состоит из трех этапов:

дискретизация – представление непрерывного сигнала в виде последовательного набора отдельных амплитуд;

квантование – разделение каждой амплитуды на заданное число уровней;

кодирование – запись данных позиции и уровня амплитуды в цифровом виде.

На практике преобразования звуковой информации из непрерывной формы в дискретную выполняются электронными устройствами, называемыми аналого-цифровыми преобразователями (АЦП) и цифро-аналоговыми преобразователями (ЦАП). Современные звуковые карты могут обеспечить кодирование 65536 различных уровней сигнала или состояний. Для определения количества бит, необходимых для кодирования, решим показательное уравнение: 65536 = 2 I , т.к. 65536 = 2 16 , то I = 16 бит.

Таким образом, современные звуковые карты обеспечивают 16-битное кодирование звука. При каждой выборке значению амплитуды звукового сигнала присваивается 16-битный код.

Количество выборок в секунду может быть в диапазоне от 8000 до 48000, т.е. частота дискретизации аналогового звукового сигнала может принимать значения от 8 до 48 Кгц. При частоте 8 Кгц качество дискретизированного звукового сигнала соответствует качеству радиотрансляции, а при частоте
48 Кгц – качеству звучания аудио-CD. Следует также учитывать , что возможны как моно-, так и стерео-режимы.

Можно оценить информационный объем моно-аудио-файла длительностью звучания 1 секунду при среднем качестве звука (16 бит,
24 Кгц). Для этого количество бит на одну выборку необходимо умножить на количество выборок в 1 секунду:

16 бит * 24000 = 384000 бит = 48000 байт  47 Кбайт.

Устройства для работы со звуком

Основным параметром звуковой карты является разрядность, определяющая количество битов, используемых при преобразовании сигналов из аналоговой в цифровую форму и наоборот. Чем выше разрядность, тем меньше погрешность, связанная с оцифровкой, тем выше качество звучания. Минимальным требованием сегодняшнего дня являются 16 разрядов, а наибольшее распространение имеют 32-разрядные и 64-разрядные устройства.

Форматы звуковых файлов.

Звук в компьютере хранится в файлах, имеющих различные способы представления информации. Перечислим основные форматы хранения звуковой информации.

WAVE (*.wav) – наиболее широко распространенный звуковой формат. Используется операционной системой Windows для хранения звуковых файлов. В его основе лежит формат RIFF (Resource Interchange File Format), позволяющий сохранять данные в структурированном виде.

Стандарт MPEG-1 представляет собой, целый комплект аудио и видео стандартов. Согласно стандартам ISO ( International Standards Organization), аудио часть MPEG-1 включает в себя три алгоритма различных уровней сложности: Layer 1 (уровень 1), Layer 2 (уровень 2) и Layer 3 (уровень 3). Общая структура процесса кодирования одинакова для всех уровней MPEG-1 . Вместе с тем, несмотря на схожесть уровней в общем подходе к кодированию, уровни различаются по целевому использованию и задействованным в кодировании внутренним механизмам. Для каждого уровня определен свой формат записи выходного потока данных и, соответственно, свой алгоритм декодирования.

MPEG Layer 3 (*.мр3) - формат звуковых файлов с потерями качества, разработанный для сохранения звуков, отличных от человеческой речи. Используется для оцифровки музыкальных записей.

Windows Media Audio (*.wma) - формат звуковых файлов, предложенный фирмой Мiсrosоft. Кодек Windows Media Audio 8 обеспечивает качество, аналогичное mрЗ, при размерах файлов втрое меньших.

MIDI (*.mid) - цифровой интерфейс музыкальных инструментов (Musical Instгument Digital Interface). MIDI определяет обмен данными между музыкальными и звуковыми синтезаторами разных производителей. Интерфейс MIDI представляет собой протокол передачи музыкальных нот и мелодий. Но данные MIDI не являются цифровым звуком: это сокращенная форма записи музыки в числовой форме.

Программное обеспечение для редактирования звука.

Наиболее известными в настоящее время являются следующие программы для обработки звука: Sound Forge, GoldWave, Adobe Audition и др.

Основные операции со звуком.

Добавление/удаление звуковой дорожки.

Изменение размера звуковой дорожки.

Разбиение звуковой дорожки на фрагменты.

Редактирование звуковой кривой.

Изменение громкости звучания.

2. Представление видео в ЭВМ

Ви́део (от лат. video — смотрю, вижу) — под этим термином понимают широкий спектр технологий записи, обработки, передачи, хранения и воспроизведения визуального и аудиовизуального материала на мониторах. Когда в быту говорят «видео» — то обычно имеют в виду видеоматериал, телесигнал или кинофильм, записанный на физическом носителе (видеокассете, видеодиске и т. п.).

Количество (частота) кадров в секунду — это число неподвижных изображений, сменяющих друг друга при показе 1 секунды видеоматериала и создающих эффект движения объектов на экране. Чем больше частота кадров в секунду, тем более плавным и естественным будет казаться движение. Минимальный показатель, при котором движение будет восприниматься однородным — примерно 10 кадров в секунду (это значение индивидуально для каждого человека). В традиционном плёночном кинематографе используется частота 24 кадра в секунду. Системы телевидения PAL и SÉCAM используют 25 кадров в секунду (англ. 25 fps или 25 Герц), а система NTSC использует 29,97 кадров в секунду. Компьютерные оцифрованные видеоматериалы хорошего качества, как правило, используют частоту 30 кадров в секунду.

Оборудование для обработки видео на компьютере.

Для записи видеоинформации необходимо:

специальная плата или устройство для оцифровки видеоизображения;

видеомагнитофон или видеокамера;

программное обеспечение для записи и редактирования цифрового видео.

звуковая карта (если плата видеозахвата не поддерживает возможности захвата звука).

Видеокарта (видеоадаптер ). Совместно с монитором видеокарта образует видеоподсистему персонального компьютера. Физически видеоадаптер выполнен в виде отдельной дочерней платы, которая вставляется в один из слотов материнской платы и называется видеокартой. Видеоадаптер взял на себя функции видеоконтроллера, видеопроцессора и видеопамяти.

За время существования персональных компьютеров сменилось несколько стандартов видеоадаптеров: MDA (монохромный); CGA (4 цвета); EGA (16 цветов); VGA (256 цветов). В настоящее время применяются видеоадаптеры SVGA , обеспечивающие по выбору воспроизведение до 16,7 миллионов цветов с возможностью произвольного выбора разрешения экрана из стандартного ряда значений.

Плата оцифровки видео

Можно воспользоваться простейшей аналоговой картой видеозахвата или ТV-тюнером. При этом существуют следующие особенности такой платы. Она должна:

показывать и захватывать аналоговое видео со скоростью потока данных, ограничиваемым только устройством записи;

захватывать видео с произвольными размерами кадра, в частности, с разрешением 352×288 (необходимое для стандарта МРЕG-1);

захватывать видео как через композитный вход, так и через S- Video.

Основные форматы видео файлов

Audio Video Interleaved (*.AVI) - формат, разработанный Мiсrоsоft для записи и воспроизведения видео в операционной системе Windows. При записи в этом формате используются несколько различных алгоритмов сжатия (компрессии) видеоизображения. Среди них Cinepak, Indeo video, Motion-JPEG (M-JPEG) и др. Но только M-JPEG был признан среди них как международный стандарт для сжатия видео. Первоначально для захвата и воспроизведения видео использовались возможности программного комплекта Video fоr Windows, разработанного Microsoft. Компания Мicrоsоft разработала два формата, призванных заменить формат АVI: Advanced Streaming Format (*. ASF) и Advanced Authoring Format (*. AAF).

Windows Media Video (*.WМV) - новый формат видео от Microsoft, который приходит на смену формату АVI. В его основе Wiцdоws Video Codec, разработанный на базе стандарта MPEG-4.

Quick Time Моvе (*.MOV) - наиболее распространенный формат для записи и воспроизведения видео, разработанный фирмой Аррlе для компьютеров Macintosh в рамках технологии Quick Time. Включает поддержку не только видео, но и звука, текста, потоков MPEG, расширенного набора команд MIDI, векторной графики, панорам и объектов (QT) и трехмерных моделей. Поддерживает несколько различных форматов сжатия видео, в том числе MPEG, а также свой собственный метод компрессии.

MPEG (*.MPG, *.MPEG) - формат для записи и воспроизведения видео, разработанный группой экспертов по движущимся изображениям (MPEG). Имеет собственный алгоритм компрессии. В настоящее время активно используются для записи цифрового видео. Наиболее широкое распространение нашли два формата: MPEG-I и MPEG-2. Они различаются по объему и качеству получаемой видеоинформации и признаны международными стандартами для сжатия видео. В настоящее время наряду с MPEG-l и MPEG-2 используется новый формат MPEG-4. Он позволяет сжать информацию с большим коэффициентом сжатия.

Digital Video (*.DV) - формат, разработанный для цифровых видеокамер и видеомагнитофонов. Кодер-декодер (кодек) определен ведущими мировыми производителями электроники, чтобы его могли поддерживать производители в своих платах с интерфейсом FireWare и комплексных решениях для редактирования цифрового видео. Формат не является компактным, поэтому необходимо его преобразование в MPEG.

Кодеки для видеоинформации

Кодек является сокращением от слов компрессор и декомпрессор, это любая технология для сжатия и обратного восстановления данных. Кодеки могут быть реализованы на уровне программного обеспечения, аппаратной части или в их комбинации. Кодеки используются для того, чтобы сделать большие видео файлы намного меньше, делая их пригодными для распространения по сети, локальной или всемирной, или любого другого метода передачи файлов.

Часть кодеков пользователь получает при установке операционной системы Windows. Это те кодеки, которые используются в файлах формата АVI. Если требуется пользоваться для записи форматом QuickТimе, то нужно установить его поддержку.

Cinepak - cоздавался фирмой SuperMac для компьютеров с процессорами Motorola 68030 и Inte1386 и с односкоростными дисководами CD-ROM. Файлы АVI, в которых использован этот кодек, могут быть переведены в формат QuickТimе и, наоборот, без переупаковки.

Sorenson Video - использует усовершенствованные алгоритмы векторного квантования и компенсации движения и адаптивное управление потоком. Оптимизирован для работы со скоростями от 2 до 100 Кбайт/с. Качество изображения значительно превышает Cinepak даже при меньших размерах файла. Сжатие очень медленное. Включен в стандартную поставку QuickТimе.

Indeo Video Interactive (IVI) - видеокодек для форматов АVI и МОV требует компьютеры класса Реntium. Кодек основан на wаvеlеt - компрессии.

MPEG - кодек, который, является официальным стандартом для сжатия и видеоинформации. В нем применяется дискретное косинусное преобразование (DCT, или ДКП) с межкадровым предсказанием. Существует несколько версий этого стандарта (MPEG-l, MPEG-2; MPEG-4).

MPEG-4 задает правила организации объектно-ориентированной среды. Он имеет дело не просто с потоками и массивами медиаданных, а с медиа объектами, например, аудио, видео, аудио/видео, графическими (плоскими и трехмерными), текстовыми. При этом MPEG-4 обеспечивает наилучшую эффективность сжатия. Используется алгоритм "сжатия повышенной эффективности" (АСЕ - Advanced Coding Efficiency). Можно обрабатывать звуковые сигналы в диапазоне от 2 до 24 Кбит/с, а видеосигнал - от 5 до 10 Мбит/с. Благодаря такой масштабируемости, аудио и видеоданные можно адаптировать к реальному применению. Этим обусловлен более универсальный характер MPEG-4 по сравнению с MPEG-2. Наиболее интересны практические достижения в создании видеокодеков, построенных на основе стандарта MPEG-4. Среди них - Windows Media Codec и DivX.

Программы для видеомонтажа

Чтобы превратить оцифрованную информацию в готовый продукт, ее необходимо обработать: разместить монтажные эпизоды, задать эффекты и переходы между ними, добавить титры и пояснительные тексты, отредактировать звуковое сопровождение, наконец, смонтировать готовый фильм. Для этого можно использовать следующие программы: Windows Movie Maker, Pinnacle Studio, VideoStudio, Video Wave, Media Studio Pro, Adobe Premiere, Speed Razor Pro, Adobe After Effects, Cannopus Edius и др.

Технология мультимедиа – это технология, обеспечивающая одновременную работу со звуком, видеороликами, анимацией, статистическими изображениями и текстами в интерактивном режиме.

Дискретизация звука – превращение звука в дискретный сигнал, состоящий из последовательности нулей и единиц.

Частота дискретизации показывает, сколько раз в секунду будет измерен исходный сигнал.

Разрядность дискретизации зависит от количества битов, выделяемых при записи каждого результата измерений.

Объём звукового файла: I = ν · t · i, где I – информационный объём, ν – частота дискретизации, t – время, i – глубина кодирования.

Компьютерная презентация – мультимедийный продукт, представляющий собой последовательность выдержанных в одном графическом стиле слайдов, содержащих текст, рисунки, фотографии, анимацию, видео и звуковой ряд.

Основная литература:

1. Босова Л. Л. Информатика: 7 класс. // Босова Л. Л., Босова А. Ю. – М.: БИНОМ, 2017. – 226 с.

Дополнительная литература:

Босова Л. Л. Информатика: 7–9 классы. Методическое пособие. // Босова Л. Л., Босова А. Ю., Анатольев А. В., Аквилянов Н.А. – М.: БИНОМ, 2019. – 512 с.
Босова Л. Л. Информатика. Рабочая тетрадь для 7 класса. Ч 1. // Босова Л. Л., Босова А. Ю. – М.: БИНОМ, 2019. – 160 с.
Босова Л. Л. Информатика. Рабочая тетрадь для 7 класса. Ч 2. // Босова Л. Л., Босова А. Ю. – М.: БИНОМ, 2019. – 160 с.
Гейн А. Г. Информатика: 7 класс. // Гейн А. Г., Юнерман Н. А., Гейн А.А. – М.: Просвещение, 2012. – 198 с.

Теоретический материал для самостоятельного изучения

На сегодняшний день мультимедийные продукты используются достаточно широко. В образовании – электронные учебники, мультимедийные энциклопедии, виртуальные лаборатории, в культуре и искусстве – виртуальные экскурсии по музеям, цифровые коллекции музыкальных произведений. Их также применяют в науке и в бизнесе, при создании компьютерных игр и так далее. А называется это всё мультимедийными продуктами. Сегодня на уроке мы познакомимся с понятием «мультимедийные технологии» и научимся создавать компьютерные презентации.

Термин «мультимедиа» в переводе с латинского означает «многие среды» и трактуется как объединение текста, графики, звука и видео.

Технология мультимедиа – это технология, которая обеспечивает одновременную работу со звуком, видеороликами, анимацией, статистическими изображениями и текстами в интерактивном режиме. Для работы с мультимедийными продуктами компьютер должен иметь в комплекте аудиоколонки или наушники, микрофон, звуковую карту и устройство для чтения дисков.

Основными составляющими мультимедиа являются звук и видео.

С помощью микрофона звуковой сигнал превращается в непрерывный электрический сигнал. Чтобы обработать звук на компьютере, его нужно дискретизировать, то есть превратить в дискретный сигнал. Функцию преобразования звука из непрерывной формы в дискретную при записи и из дискретной в непрерывную при воспроизведении выполняет звуковая карта.

Качество преобразования непрерывного звукового сигнала в дискретный сигнал зависит от частоты и разрядности дискретизации. Чем они больше, тем точнее представляется звук в цифровой форме и тем больше размер файла, хранящего такую информацию.

Важной составляющей мультимедиа являются всевозможные движущиеся изображения. Чтобы у человека создать иллюзию движения, ему можно показывать быстро сменяющиеся картинки, на которых изображены последовательные фазы движения. На этом же основано и действие кино- или видеокамеры, производящей съёмку 16, 24, 30 и даже 60 кадров в секунду. Кадры записываются на плёнку и, если запустить плёнку с определённой скоростью через проектор, возникнет иллюзия движения. Впрочем, сейчас на плёнку снимают редко. Теперь кадры сразу «оцифровываются» и записываются на флэш-карту.

Давайте разберём задачу. Нужно рассчитать объём памяти, необходимой для представления одноминутного фильма на экране монитора с пространственным разрешением 800 на 600 пикселей и палитрой из 256 цветов. Для решения этой задачи нам понадобятся формулы.

Для кодирования 256 цветов потребуется 8 битов или 1 байт. Значит, один кадр займёт 480000 байтов.

Чтобы смена кадров не была заметна, нужно проецировать на экран 24 кадров в секунду. Получается 11520000 байтов или примерно 11 мегабайтов для одной секунды показа.

Чтобы показать одноминутный фильм, потребуется 660 Мб.

Это достаточно большой объём видеоинформации, поэтому на практике применяют специальные алгоритмы сжатия видеоинформации.

Мультимедийные технологии очень широко применяются при создании презентаций – это публичный способ представления информации, наглядный и эффективный.

Слайд презентации – это многослойная структура: на выбранный фон можно наслаивать текст, изображения и другие объекты.

Слои можно перемещать относительно друг друга, выбирая наиболее походящий вариант расположения объектов.

Для каждого объекта можно выбрать способ его появления на слайде, то есть эффект анимации. Смена слайдов может происходить по щелчку мышью или через заданный промежуток времени, автоматически. А также может сопровождаться разными звуками или анимационными эффектами.

На слайдах могут быть размещены не только информационные объекты – тексты, схемы, таблицы и так далее, но и гиперссылки, которые обеспечивают переход к какой-либо информации. Гиперссылками могут быть текст, рисунок или управляющая кнопка.

Существует достаточно много программ для создания мультимедийных презентаций, но самыми распространёнными являются Microsoft PowerPoint и OpenOffice Impress.

Создавая презентацию, нужно придерживаться следующих этапов:

1. разработка сценария презентации;

2. создание и редактирование слайдов;

3. монтаж презентации;

4. репетиция выступления, с разработанной презентацией, перед аудиторией.

Когда определились с целью презентации, нужно выбрать шаблон – специальную заготовку из нескольких слайдов, в которых предусмотрены места для ввода определённых информационных объектов.

Слайды презентации лучше выдерживать в едином графическом стиле, для этого можно воспользоваться дизайном презентации.

Зная, какие именно информационные объекты будут размещены на слайде, можно выбрать макет слайда.

Расположить слайды в нужной последовательности можно с помощью режима сортировщика слайдов.

Итак, сегодня мы узнали, что такое мультимедийные технологии. Какие продукты называют мультимедийными и как создаются компьютерные презентации.

Материал для углубленного изучения темы.

Программа для создания презентаций Prezi

Prezi – необычная web-программа для создания презентаций любого уровня сложности. В отличие от переключения слайдов все элементы в ней располагаются на одном гигантском слайде, а пользователю просто нужно переключаться между ними при помощи красивых эффектов зума и движения.

Слайды в программе Prezi – части одного пространства, которое называется шаблоном. Его выбор происходит в начале создания презентации. Пользователь может выбрать готовый шаблон из множества предложенных, а также создать его самостоятельно. Слайды в этой программе можно перемещать, уменьшать или увеличивать их размер, располагать один слайд в другом, поворачивать. Текст на слайде также анимируется.

Программа Prezi поддерживает вставку изображений, анимации, видео, музыки, диаграмм различного вида и слайдов из презентации Power Point.

К изображениям можно применять различные эффекты, изменять их размер, обрезать, перемещать.

Работа в программе может производиться в двух вариантах: онлайн на сайте или с помощью скаченной на компьютер программы.

Сохранение презентации происходит каждые несколько минут автоматически, поэтому, даже при аварийном завершении работы компьютера, сделанная презентация не будет стёрта.

Для показа презентации программа Prezi может предварительно не устанавливаться на компьютер. При запуске файла она раскрывается в портативном варианте, поддерживающем просмотр проекта.

Разбор решения заданий тренировочного модуля

№1. Тип задания: выбор элемента из выпадающего списка.

Оцените информационный объём моноаудиофайла

длительностью 1 с при частоте дискретизации 48000 и

разрешении 16 бит.

Информационный объём рассчитывается по формуле

Режим «моно» предполагает запись одной звуковой дорожки. подставляя данные значения в формулу, получаем I = 48000 · 1 · 16 · 1 = 768000 бит.

Ответ: 768000 бит.

№2. Тип задания: ввод с клавиатуры пропущенных элементов в тексте.

Информационный объём некоторого файла со стереозвуком составляет 1760000 байтов. С какой частотой дискретизации он закодирован, если продолжительность звучания файла – 20 секунд, а глубина кодирования – 16 бит?

Режим «стерео» предполагает запись двух звуковых дорожек.

Из формулы I = ν · t · i, выразим ν. ν = I : (t · i) · 2.

Выразим 1760000 байт в битах: 1760000 · 8 = 14080000 бит.

Подставим значения в выведенную формулу: ν = 14080000 : (20 · 16) · 2 = 22000 (Герц).

Чем должна быть представлена информация которую обрабатывает компьютер?

Что такое кодирование ?

Что такое декодирование?

От чего зависят способы кодирования и декодирования информации в компьютере?

В каких формах может быть представлена информация?

Что такое дискретизация?

Какими двумя способами можно создавать и хранить графические объекты в компьютере?

Что представляет собой растровое изображение?

Что такое пиксель?

От чего зависит качество растровых изображений?

Что используется для представления цвета в виде числового кода?

Что представляет собой векторное изображение?

Какие форматы графических файлов бывают и в чем их особенность?

Какие форматы представления видеоданных бывают?

Дискретное (цифровое) представление текстовой, графической, звуковой информации и видеоинформации.

Кодирование – преобразование входной информации в форму, воспринимаемую компьютером, то есть двоичный код.

Декодирование – преобразование данных из двоичного кода в форму, понятную человеку.

С точки 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. Но в 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 и так далее), а звуковые - зафиксированы на пластинках, магнитных лентах, лазерных дисках и так 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 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 2 4 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 2 8 =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.

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 и так далее) и рисунков (типа аппликации) с ограниченным количеством цветов (до 256). Используется для размещения графических изображений на Web-страницах в Интернете.

Portable Network Graphic (PNG) – формат растровых графических файлов, аналогичный формату GIF. Рекомендуется для размещения графических изображений на Web-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 Web-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 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.

Задание :

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.

В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам

Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобрев в каталоге.

Получите невероятные возможности

2. Раздавайте видеоуроки в личные кабинеты ученикам.

3. Смотрите статистику просмотра видеоуроков учениками.

Конспект урока "Представление звука в компьютере"

· оцифровка вводимого звукового сигнала;

· качество цифрового звука;

· виды кодирования звуковых файлов.

С начала 90-ых годов персональные компьютеры получили возможность работать со звуковой информацией.

Каждый компьютер, имеющий звуковую плату, микрофон и колонки, может записывать, сохранять и воспроизводить звуковую информацию.

С помощью специальных программных средств (редакторов звукозаписей) открываются широкие возможности по созданию, редактированию и прослушиванию звуковых файлов. Создаются программы распознавания речи и, в результате, появляется возможность управления компьютером при помощи голоса.

А как же представляется звук в компьютере?

Вообще звук – это процесс колебания воздуха или любой другой среды, в которой он распространяется. Звук характеризуется амплитудой (силой) и частотой (количеством колебаний в секунду).

Под звукозаписью понимают процесс сохранения звуковой информации на каком-либо носителе с помощью специальных устройств.

Ввод звука в компьютер производится с помощью звукового устройства, микрофона или радио, выход которого подключается к порту звуковой карты.

Рассмотрим подробнее процесс ввода звука в компьютер.

Звуковые сигналы непрерывны. С помощью микрофона звуковой сигнал превращается в непрерывный электрический сигнал. Но, как вы помните компьютер может работать только с цифровой информацией, поэтому если нам нужно обработать звук на компьютере, то его необходимо дискретизировать – то есть превратить в прерывистую, состоящую из отдельных частей, последовательность нулей и единиц.

Процессом преобразования звука из непрерывной формы в дискретную при записи и из дискретной в непрерывную при воспроизведении занимается звуковая карта или аудио адаптер.

Звуковая карта – это устройство для записи и воспроизведения звука на компьютере. То есть задача звуковой карты — с определённой частотой производить измерения уровня звукового сигнала и результаты измерения записывать в память компьютера. Этот процесс называют оцифровкой звука.

Промежуток времени между двумя измерениями называется периодом измерений — обозначается буквой Т и измеряется в секундах.

Таким образом на качество преобразования звука влияет несколько условий:

• Частота дискретизации, то есть сколько раз в секунду будет измерен исходный сигнал.

• Разрядность дискретизации – количество битов, выделяемых для записи каждого результата измерений.

Результаты таких измерений представляются целыми положительными числами с конечным количеством разрядов. Как мы уже говорили, в таком случае получается дискретное конечное множество значений в ограниченном диапазоне.

Размер этого диапазона зависит от разрядности ячейки — регистра памяти звуковой карты.

То есть обратите внимание, снова работает главная формула информатики:

здесь i — это разрядность регистра. Также число i называют разрядностью дискретизации. Записанные данные сохраняются в файлах специальных звуковых форматов.

Две минуты записи цифрового аудиофайла занимают на диске 5,1 Мб. Частота дискретизации ровна 22050 Герц. Нужно найти разрядность аудиоадаптера.

При воспроизведении звукового файла цифровые данные преобразуются в электрический аналог звука. К звуковой карте подключаются наушники или звуковые колонки. С их помощью электрические колебания преобразуются в механические звуковые волны, которые воспринимают наши уши.

Таким образом, чем больше разрядность и частота дискретизации, тем точнее представляется звук в цифровой форме и тем больше размер файла, хранящего его.

Рассмотрим такой пример: Нужно определить качество звука (то есть какое это качество радиотрансляции или качество аудио-CD) если известно, что объём моноаудиофайла длительностью звучания в 10 секунд равен 940 Кб. Разрядность аудиоадаптера ровна 16 бит.

Рассмотрим ещё один пример. 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). Нужно найти во сколько раз различаются информационные объёмы оцифрованного звука?

Для работы со звуковой информацией на компьютере используются различные программы. Одни из них позволяют записать звук на цифровой носитель, другие — воспроизвести. Существуют программы, которые выполняют более сложную обработку звука. Такие программы называются редакторы звука. Например, можно вырезать фрагмент музыкального произведения или речи, объединить фрагменты, изменить тембр звучания, длительность воспроизведения создавать различные музыкальные эффекты, очищать звук от шумов, согласовывать с изображениями для создания мультимедийных продуктов и так далее.

При хранении оцифрованного звука приходится решать проблему уменьшения объёма звуковых файлов. Существует два способа кодирования звука: кодирования данных без потерь, позволяющего осуществлять стопроцентное восстановление данных из сжатого потока. А также кодирование данных с потерями. Позволяет добиться схожести звучания восстановленного сигнала с оригиналом при максимальном сжатии данных. Здесь используются различные алгоритмы, сжимающие оригинальный сигнал путём выкидывания из него слабо слышимых элементов.

Существует множество различных аудио форматов. Наиболее часто используются такие форматы как WAV и MP3. Тип формата обычно определяется расширением файла (то, что идёт после точки в имени файла mp3, wav, ogg, wma)

WAV – один из первых аудио-форматов. Обычно используется для хранения несжатых аудиозаписей, идентичных по качеству звука записям на компакт-дисках. В среднем одна минута звука в формате wav занимает около 10 Мб.

MP3 – наиболее распространённый в мире звуковой формат. MP3, как и многие другие форматы кодирует звук с потерей качества, то есть урезает звук, который не слышится человеческим ухом, тем самым уменьшая размер файла.

На текущий момент mp3 не является лучшим форматом по соотношению размера файла к качеству звучания, но в силу своей распространённости и поддерживаемости большинством устройств, многие хранят свои записи именно в нём.

Звуковая карта – это устройство для записи и воспроизведения звука на компьютере. Задача звуковой карты — с определённой частотой производить измерения уровня звукового сигнала и результаты измерения записывать в память компьютера. Этот процесс называют оцифровкой звука.

Качество оцифрованного звука зависит от:

• Частоты дискретизации, то есть сколько раз в секунду будет измерен исходный сигнал.

• и Разрядности дискретизации – то есть от количества битов, выделяемых для записи каждого результата измерений.

Существует два способа кодирования звука:

• кодирования данных без потерь, здесь осуществляется стопроцентное восстановление данных из сжатого потока;

• кодирование данных с потерями. Это способ позволяет добиться схожести звучания восстановленного сигнала с оригиналом при максимальном сжатии данных.

Читайте также: