На чем основывается сжатие звуковых файлов информатика 10 класс

Обновлено: 04.07.2024

Приветсвие, проверка отсутствующих, проверка готовности учащихся к уроку. Озвучить цели и план урока.

2.Повторение предыдущего материала

Вопросы к учащимся:

Что такое информация?
Какие виды информации вы знаете?
Как представлена текстовая, числовая, графическая информация в компьютере?
Какие способы кодирования информации вы знаете ?

3.Изучение нового материала

Тема урока: Кодирование и обработка звуковой информации

Вопросы к учащимся:

Что в вашем представлении является звуком?
Какими характеристиками обладает звук?

(Звук представляет собой распространяющуюся в воздухе, воде или другой среде волну с непрерывно меняющейся интенсивностью(амплитуда) и частотой) .

Одной из характеристик звука является тон звука:

Тон звука - определяется частотой звуковой волны (или, периодом волны ). Чем выше частота, тем выше звучание. Проводится эксперимент по сравнению частоты звука, (flash-анимация)

Частота звука измеряется в герцах (Гц) или килогерцах (КГц). 1 Гц = 1/с. То есть колебание в 1 Гц соответствует волне с периодом в 1 секунду.

Громкость звука - определяется интенсивностью сигнала. Чем выше интенсивностью звуковой волны, тем громче сигнал. Громкость звука измеряется децибеллах и обозначается дБ. Единица измерения, названная в честь Александра Грэма Белла.

Человеческое ухо воспринимает звук с частотой от 20 колебаний в секунду (низкий звук) до 20 000 колебаний в секунду (высокий звук).

Громкость — это уровень мощности, которая пропорциональна интенсивности звукового сигнала. Непрерывная звуковая волна разбивается на отдельные маленькие временные участки. Диапазон частоты дискретизации звука от 8000 до 48000 измерений за одну секунду.

По этому для перевода в компьютер аналоговый звуковой сигнал необходимо превратить в цифровой. Для воспроизведения же - наоборот - цифровой сигнал необходимо превратить в аналоговый. Для этого используются специальные устройства: аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП). Оба эти устройства встроены в звуковую карту вашего компьютера.

Частота дискретизации звука - это количество измерений громкости звука за одну секунду

Глубина кодирования звука

Уровни громкости звука можно рассматривать как набор возможных состояний N, для кодирования которых необходимо определенное количество информации I, которое называется глубиной кодирования звука

N – Количество уровней громкости
I – Глубина кодирования

Глубина кодирования звука составляет 16 битов, тогда количество уровней громкости звука равно:

N = 2I = 216 = 65 536

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

Самое низкое качество: телефонная связь при частоте дискретизации 8000 раз в секунду глубине дискретизации 8 битов и записи одной звуковой дорожки (моно)
Самое высокое качество: аудио-CD при частоте дискретизации 48000 раз в секунду глубине дискретизации 16 битов и записи двух звуковых дорожек (стерео)

Стандартные форматы звуковых файлов

WAV (Windows Wave)
MP3 (MPEG I, layer 3)

Звуковые редакторы осуществляют запись, воспроизведение, редактирование звука, микширование (наложение звуковых дорожек друг на друга), применение звуковых эффектов (эхо, воспроизведение в обратном направлении и т.д.)

И.П. – сидя на стуле:

Наклоны головы налево и направо.
Поворот головы вперед, назад.
Поворот головы налево, направо.

Темп медленный. Повторить 5 раз.

5.Закрепление нового материала

1. Оцените информационный объем моноаудиофайла длительностью звучания 20 с, если глубина кодирования и частота дискретизации звукового сигнала равны соответственно 8 бит и 8 кГц.

2. Рассчитайте время звучания моноаудиофайла, если при 16-битном кодировании и частоте дискретизации 32 кГц его объем равен 700 Кбайт.

6. Подведение итогов

Учащимся за выполненную практическую работу выставляются оценки, затем если возникали вопросы или трудности при выполнении задания, обсуждаются и решаются возникающие трудности.

7. Домашнее задание

§1.5. (стр. 42-45) ( ответить на вопросы в конце параграфа и выполнить задание для самостоятельного выполнения)

Предварительный просмотр:

Подписи к слайдам:

Кодирование звуковой информации

Вопросы к учащимся: Что такое информация? Какие виды информации вы знаете? Как представлена текстовая, числовая, графическая информация в компьютере? Какие способы кодирования информации вы знаете ? ,

Схема кодирования звука звуковая волна микрофон переменный ток звуковая плата двоичный код память ЭВМ кодирование

Звук представляет собой волну с непрерывно меняющейся интенсивностью (громкостью ) и частотой (высотой ) . Чем больше интенсивность звуковой волны, тем громче звук, чем больше частота волны, тем выше тон звука.

Временная дискретизация звука Для того чтобы компьютер мог обрабатывать звук, непрерывный звуковой сигнал должен быть преобразован в цифровую форму с помощью временной дискретизации . Звуковая волна разбивается на отдельные маленькие временные участки, для каждого такого участка устанавливается определенная величина интенсивности звука. На графике это выглядит как замена гладкой кривой на последовательность "ступенек" , высота которых равна громкости звука Ч ем большее количество уровней громкости будет выделено в процессе кодирования, тем большее количество информации будет нести значение каждого уровня и тем более качественным будет звучание.

N = 2 I N - число уровней громкости I – глубина кодирования звука (в битах) Количество различных уровней громкости при данном кодировании можно рассчитать по формуле

Глубина кодирования звука Глубина кодирования звука I - это количество информации, которое необходимо для кодирования отдельных уровней громкости цифрового звука.

Частота дискретизации Качество полученного цифрового звука зависит от количества измерений уровня громкости звука в единицу времени, т. е. частоты дискретизации . Чем большее количество измерений производится за 1 секунду тем выше качество звука. Частота дискретизации звука n - это количество измерений громкости звука за одну секунду. Измеряется в Герцах (Гц)

Объём звукового файла Объём памяти , необходимый для хранения звукового файла равен: глубина кодирования умножить на частоту дискретизации (число измерений в секунду ) умножить на время V = I n t

Объём звукового файла В случае, если звуковой файл – стерео, нужно умножить объём на 2. V = I n t × 2

Задачи 1. Оцените информационный объем моноаудиофайла длительностью звучания 20 с, если глубина кодирования и частота дискретизации звукового сигнала равны соответственно 8 бит и 8 кГц. 2. Рассчитайте время звучания моноаудиофайла , если при 16-битном кодировании и частоте дискретизации 32 кГц его объем равен 700 Кбайт.

Домашнее задание 5. Домашнее задание §1.5. (стр. 42-45) ( ответить на вопросы в конце параграфа и выполнить задание для самостоятельного выполнения)

По теме: методические разработки, презентации и конспекты

тест по теме "Кодирование звуковой информации " 9 класс

в данном тесте проверяются знания по данной тематике в ходе теоритических вопросов и умения решать задачи по данной теме.

Кодирование звуковой информации. Подготовка к ЕГЭ.

Информатика сдается на многие специальности в форме ЕГЭ. При обучении детей надо учитывать и стандарт, и демоверсии ЕГЭ по информатике. Цель урока - осмыслить процесс преобразования звуковой информаци.

Презентация "Кодирование звуковой информации"

Презентация «Кодирование звуковой информации»9 классАвтор: Горина В. С., учитель информатикиУчебник: Угринович Н. Д. Информатика и ИКТ, учебник для 9 класса, М.: "БИНО.

Презентация "Кодирование звуковой информации"

Презентация раскрывает понятие звука и принцип кодирования звуковой информации. Составлена в соответствии с материалом учебника 10 класса Н.Д. Угриновича.

двоичное кодирование звуковой информации

разработка урока в 9 классе "Двоичное кодирование звуковой информации".

Кодирование звуковой информации

Открытый урок в 8 классе «Двоичное кодирование звуковой информации»

Содержание публикации:План урокаОпорный конспектПрактическое заданиеСамостоятельная работаПрезентация для электронной доски Smart NotebookЗвуковые файлы для практической работы.

Под обработкой звука следует понимать различные преобразования звуковой информации с целью изменения каких-то характеристик звучания. К обработке звука относятся способы создания различных звуковых эффектов, фильтрация, а также методы очистки звука от нежелательных шумов, изменения тембра и т.д. Все это огромное множество преобразований сводится, в конечном счете, к следующим основным типам:

1. Амплитудные преобразования. Выполняются над амплитудой сигнала и приводят к ее усилению/ослаблению или изменению по какому-либо закону на определенных участках сигнала.

2. Частотные преобразования. Выполняются над частотными составляющими звука: сигнал представляется в виде спектра частот через определенные промежутки времени, производится обработка необходимых частотных составляющих, например, фильтрация, и обратное «сворачивание» сигнала из спектра в волну.

3. Фазовые преобразования. Сдвиг фазы сигнала тем или иным способом; например, такие преобразования стерео сигнала, позволяют реализовать эффект вращения или «объёмности» звука.

4. Временные преобразования. Реализуются путем наложения, растягивания/сжатия сигналов; позволяют создать, например, эффекты эха или хора, а также повлиять на пространственные характеристики звука.

Практическую обработку сигналов можно разделить на два типа: обработка «на лету» и пост-обработка. Обработка «на лету» подразумевает мгновенное преобразование сигнала (то есть с возможностью осуществлять вывод обработанного сигнала почти одновременно с его вводом). Простой пример – гитарные «примочки» или реверберация во время живого исполнения на сцене. Такая обработка происходит мгновенно, то есть, скажем, исполнитель поет в микрофон, а эффект-процессор преобразует его голос и слушатель слышит уже обработанный вариант голоса. Пост-обработка – это обработка уже записанного сигнала. Скорость такой обработки может быть сильно ниже скорости воспроизведения. Такая обработка преследует те же цели, то есть придание звуку определенного характера, либо изменение характеристик, однако применяется на стадии мастеринга или подготовки звука к тиражированию, когда не требуется спешка, а важнее качество и скрупулезная проработка всех нюансов звучания. Существует множество различных операций над звуком, которые вследствие недостаточной производительности сегодняшних процессоров нельзя реализовать «на лету», поэтому такие преобразования проводят лишь в пост-режиме .

Аналоговый и дискретный способы представления звука

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 хранения звуковой информации является виниловая пластинка (звуковая дорожка изменяет свою форму непрерывно), а дискретного — аудиокомпакт-диск (звуковая дорожка которого содержит участки с различной отражающей способностью).

Восприятие звука человеком

Звуковые волны улавливаются слуховым органом и вызывают в нем раздражение, которое передается по нервной системе в головной мозг, создавая ощущение звука.

Колебания барабанной перепонки в свою очередь передаются во внутреннее ухо и раздражают слуховой нерв. Так образом человек воспринимает звук.

В аналоговой форме звук представляет собой волну, которая характеризуется:

Высота звука определяется частотой колебаний вибрирующего тела.
Г ромкость звука определяется энергией колебательных движений, то есть амплитудой колебаний.
Длительность звука - продолжительность колебаний.
Тембром звука называется окраска звука.

Герц (Гц или Hz) — единица измерения частоты колебаний. 1 Гц= 1/с

Человеческое ухо может воспринимать звук с частотой от 20 колебаний в секунду (20 Герц, низкий звук) до 20 000 колебаний в секунду (20 КГц, высокий звук).

Кодирование звуковой информации

Для того чтобы комп ьютер мог обрабатывать звук, непрерывный звуковой сигнал должен быть превращен в последовательность электрических импульсов (двоичных нулей и единиц).

В процессе кодирования непрерывного звукового сигнала производится его временная дискретизация. Непрерывная звуковая волна разбивается на отдельные маленькие временные участки, причем для каждого такого участка устанавливается определенная величина амплитуды.

Таким образом, при двоичном кодировании непрерывного звукового сигнала он заменяется последовательностью дискретных уровней сигнала.

Качество кодирования звуковой информации зависит от :

1)частотой дискретизации, т.е. количества измерений уровня сигнала в единицу времени. Чем большее количество измерений производится за 1 секунду (чем больше частота дискретизации), тем точнее процедура двоичного кодирования.

2)глубиной кодирования, т.е. количества уровней сигнала.

Современные звуковые карты обеспечивают 16-битную глубину кодирования звука. Количество различных уровней сигнала (состояний при данном кодировании) можно рассчитать по формуле: N = 2 i = 2 16 = 65536, где i — глубина звука.

Таким образом, современные звуковые карты могут обеспечить кодирование 65536 уровней сигнала. Каждому значению амплитуды звукового сигнала присваивается 16-битный код.

Количество измерений в секунду может лежать в диапазоне от 8000 до 48 000, то есть 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-С D . Следует также учитывать, что возможны как моно-, так и стерео-режимы.

РСМ. РСМ расшифровывается как pulse code modulation, что и является в переводе как импульсно-кодовая. Файлы именно с таким расширением встречаются довольно редко. Но РСМ является основополагающей для всех звуковых файлов.

WAV. Самое простое хранилище дискретных данных. Один из типов файлов семейства RIFF. Помимо обычных дискретных значений, битности, количества каналов и значений уровней громкости, в wav может быть указано еще множество параметров, о которых Вы, скорее всего, и не подозревали - это: метки позиций для синхронизации, общее количество дискретных значений, порядок воспроизведения различных частей звукового файла, а также есть место для того, чтобы Вы смогли разместить там текстовую информацию.

RIFF. Resource Interchange File Format. Уникальная система хранения любых структурированных данных.

IFF. Эта технология хранения данных проистекает от Amiga-систем. Interchange File Format. Почти то же, что и RIFF, только имеются некоторые нюансы. Начнем с того, что система Amiga - одна из первых, в которой стали задумываться о программно-сэмплернойэмуляции музыкальных инструментов. В результате, в данном файле звук делится на две части: то, что должно звучать вначале и элемент того, что идет за началом. В результате, звучит начало один раз, за тем повторяется второй кусок столько раз, сколько Вам нужно и нота может звучать бесконечно долго.

MOD. Файл хранит в себе короткий образец звука, который потом можно использовать в качестве шаблона для инструмента.

AIF или AIFF. Audio Interchange File Format. Данный формат распространен в системах Apple Macintosh и Silicon Graphics. Заключает в себе сочетание MOD и WAV.

МР3. Самый скандальный формат за последнее время. Многие для объяснения параметров сжатия, которые в нем применяют, сравнивают его с jpeg для изображений. Там очень много наворотов в вычислениях, чего и не перечислишь, но коэффициент сжатия в 10-12 раз сказали о себе сами. Специалисты говорят о контурности звука как о самом большом недостатке данного формата. Действительно, если сравнивать музыку с изображением, то смысл остался, а мелкие нюансы ушли. Качество МР3 до сих пор вызывает много споров, но для "обычных немузыкальных" людей потери не ощутимы явно.

VQF. Хорошая альтернатива МР3, разве что менее распространенная. Есть и свои недостатки. Закодировать файл в VQF - процесс гораздо более долгий. К тому же, очень мало бесплатных программ, позволяющих работать с данным форматом файлов, что, собственно, и сказалось на его распространении.

RA. Real Audio или потоковая передача аудиоданных. Довольно распространенная система передачи звука в реальном времени через Интернет. Скорость передачи порядка 1 Кб в секунду. Полученный звук обладает следующими параметрами: 8 или 16 бит и 8 или 11 кГц.

Аудиофайлы без сжатия занимают большой объём памяти (1мин занимает примерно10 Мб). Поэтому применяют сжатие. Все звуковые форматы можно разбить на три группы:

· аудиоформатыбез сжатия(WAV, AIFF) Звук в файлах хранится без какого-либо сжатия и изменений. Применяется лишь в профессиональных аудио и видео приложениях. Хранение обычных музыкальных композиций в таком виде является неоправданной расточительностью

· Сосжатием без потерь (APE, FLAC) работают по принципу обычных архиваторов, уровень сжатия (от 40 до 60%), не влияют на качество звука. Используются МДКП и алгоритм Хафмана

· С применением сжатия с потерями (mp3, ogg) самая популярная группа алгоритмов обеспечивают степень сжатия звука до 10 раз и даже более. Для определения качества оцифрованного звука наиболее часто применяется такой показатель, как битрейт – скорость звукового потока, получившаяся после сжатия и измеряемая в килобитах в секунду (kbps). Несжатый аудиофайл имеет битрейт примерно 1400 кбит/c. Файл практически не отличимый по звучанию 320 кбит/c.

Сжатие аудиоданных с потерями основывается на несовершенстве человеческого слуха при восприятии звуковой информации. Неспособность человека в определенных случаях различать тихие звуки в присутствии более громких, называемая эффектом маскировки, была использована в алгоритмах сокращения психоакустической избыточности. Эффекты слухового маскирования зависят от спектральных и временных характеристик маскируемого и маскирующего сигналов и могут быть разделены на две основные группы:

· частотное (одноврЕменное) маскирование

· временнОе (неодноврЕменное) маскирование

Эффект маскирования в частотной области связан с тем, что в присутствии больших звуковых амплитуд человеческое ухо нечувствительно к малым амплитудам близких частот.

Маскирование во временной области характеризует динамические свойства слуха, показывая изменение во времени относительного порога слышимости (порог слышимости одного сигнала в присутствии другого), когда маскирующий и маскируемый сигналы звучат не одновременно.

Лучшим методом кодирования звука, учитывающим эффект маскирования, оказывается полосное кодирование. Сущность его заключается в следующем. Группа отсчетов входного звукового сигнала, называемая кадром, поступает на блок фильтров который разделяет сигнал на частотные поддиапазоны. На выходе каждого фильтра оказывается та часть входного сигнала, которая попадает в полосу пропускания данного фильтра. Далее, в каждой полосе с помощью психоакустической модели, анализируется спектральный состав сигнала и оценивается, какую часть сигнала следует передавать без сокращений, а какая лежит ниже порога маскирования и может быть переквантована на меньшее число бит. Для сокращения максимального динамического диапазона определяется максимальный отсчет в кадре и вычисляется масштабирующий множитель, который приводит этот отсчет к верхнему уровню квантования (нормировка спектра). На этот же множитель умножаются и все остальные отсчеты. Масштабирующий множитель передается к декодеру вместе с кодированными данными для коррекции коэффициента передачи последнего. После масштабирования производится оценка порога маскирования и осуществляется перераспределение общего числа битов между всеми полосами.

Цель урока: сформировать у учащихся знания о кодировании звуковой информации и решения задач по кодированию информации.

Задачи урока:

Образовательные: ознакомление учащихся с волновой формой представления звука, основными характеристиками звука, способами кодирования звуковой информации в компьютере, стандартным программным обеспечением звукозаписи, стандартными форматами звуковых файлов;

Развивающие: развитие логического мышления, умений анализировать представленный материал и обобщать;

Воспитательные: воспитание самостоятельности, усидчивости, внимательности

Учебник : Угринович Н.Д., Информатика и ИКТ: учебник для 10 класса / Н.Д.Угринович. – 4-е изд. – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний,2009.

Тип урока : комбинированный

1.Организационный момент

Приветствие, проверка отсутствующих, проверка готовности учащихся к уроку. Озвучить цели и план урока.

2. Повторение предыдущего материала

Что в векторных графических редакторах позволяет изменять видимость объектов, образующих рисунок?

В каких случаях полезно воспользоваться операцией группировки объектов?

Почему при уменьшении и увеличении растрового изображения ухудшается его качество?

В чем состоят основные различия форматов растровых графических файлов?

3. Изучение нового материала

Временная дискретизация звука. Звук представляет собой звуковую волну 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).

В процессе кодирования непрерывного звукового сигнала производится его временная дискретизация. Непрерывная звуковая волне разбивается на отдельные маленькие временные участки (см. рис. 1.2), причем для каждого тако

Глубина кодирования. Каждой «ступеньке» присваивается определенное значение уровня громкости звука. У ров ни громкости звука можно рассматривать как набор возможных состояний N, для кодирования которых необходимо определенное количество информации I, которое называется глубиной кодирование звука.

Глубина кодирования звука — это количество информации, которое необходимо для кодирования дискретных уровней громкости цифрового звука.

Если известна глубина кодирования, то количество уровней громкости цифрового звука можно рассчитать по формуле (1.1). Пусть глубина кодирования звука составляет 16 битов, тогда количество уровней громкости звука равно:

N = 2J= 2 16 = 65 536.

Частота дискретизации. Качество цифрового звука зависит от количества измерений уровня громкости звука в единицу времени, т. е. частоты дискретизации. Чем большее количество измерений производится за 1 секунду (чем больше частота дискретизации), тем точнее «лесенка» цифрового звукового сигнала повторяет кривую аналогового сигнала.

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

Качество оцифрованного звука. Чем больше глубина и частота дискретизации звука, тем более качественных будет звучание оцифрованного звука Самое низкое качество оцифрованного звука, соответствующее качеству телефонной связи, будет 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, будет при частоте дискретизации 48 ООО раз в секунду, глубине дискретизации 16 битов и записи двух звуковых дорожек (режим стерео).

Необходимо помнить, что чем выше качество цифрового звук, тем больше информационный объем высококачественного звукового файла. Можно оценить информационный объем цифрового стереозвукового файла длительностью звучания 1 секунда при среднем качестве звука (16 битов, 48 ООО измерений в секунду). Для этого глубину кодирования необходимо умножить на количество измерений в 1 секунду и умножить на 2 (стереозвук):

16 бит х 48 ООО х 2 = 1 536 ООО бит = = 192 ООО байт = 187,5 Кбайт.

Звуковые редакторы. Звуковые редакторы позволяют не только записывать и воспроизводить звук, но и редактировать его. Оцифрованный звук представляется в звуковых редакторах в наглядной форме, поэтому операции копирования, перемещения и удаления частей звуковой дорожки можно легко осуществлять с помощью мыши. Кроме того, можно накладывать звуковые дорожки друг на друга (микшировать звуки) и применять различные акустические эффекты (эхо, воспроизведение в обратном направлении и др.).

Звуковые редакторы позволяют изменять качество цифрового звука и объем звукового файла путем изменения частоты дискретизации и глубины кодирования. Оцифрованный звук можно сохранять без сжатия в звуковых файлах в универсальном формате WAV , в формате со сжатием МРЗ .

Глубина кодирования звука

N =2 I

N – Количество уровней громкости

I – Глубина кодирования

4. Закрепление материала. Решение задач

Оценить информационный объем цифрового стереозвукового файла длительность звучания 1 секунда при глубине 16 бит и частоте дискретизации 24 кГц.

Определите объем памяти для хранения цифрового аудиофайла, время звучания которого составляет 2 минуты при частоте дискретизации 44,1 кГц и разрядности (глубине звука) 16 бит.

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

Одна минута записи цифрового аудиофайла занимает на диске 1,3 Мбайт, разрядность звуковой платы – 8 бит. С какой частотой дискретизации записан звук?

N =16 бит*24000Гц*2(стереозвук!)*1сек=768000 бит = 93,75 Кбайт.

N =16 бит*44,1*1000Гц 2*60сек= 84672000бит = 10Мбайт.

N = 16 бит*44,1*1000Гц 2*60сек*= 84672000бит = 10Мбайт.

частота дискретизации (в Гц)=N/(глубина звука (в бит) * время звучания (в сек) )

5. Практическая работа

Открываем страницу 74 и выполняем практическую работу 1.10 "Создание и редактирование оцифрованного звука"

6. Подведение итогов.

В чем состоит принцип двоичного кодирования звука?

От каких параметров зависит качество двоичного кодирования звука?

7. Домашнее задание

Стр. 72 параграф 1.3

Выбранный для просмотра документ презентация к уроку.ppt

Большую часть информации человек получает с помощью зрения и слуха. Важность этих органов чувств обусловлена развитием человека как биологического вида, поэтому человеческий мозг с большой скоростью способен обрабатывать огромное количество графической и звуковой информации.

С появлением компьютеров возникла огромная потребность научить их обрабатывать такую информацию. Как же такую информацию может обработать компьютер?

Итак, кодирование графической информации осуществляется двумя различными способами: векторным и растровым

Программы, работающие с векторной графикой, хранят информацию об объектах, составляющих изображение в виде графических примитивов: прямых линий, дуг окружностей, прямоугольников, закрасок и т.д.

Достоинства векторной графики:

— Преобразования без искажений.

— Маленький графический файл.

— Рисовать быстро и просто.

— Независимое редактирование частей рисунка.

— Высокая точность прорисовки.

— Редактор быстро выполняет операции.

Недостатки векторной графики:

— Векторные изображения выглядят искусственно.

— Ограниченность в живописных средствах.

Программы растровой графики работают с точками экрана (пикселями). Это называется пространственной дискретизацией.

КОДИРОВАНИЕ РАСТРОВОЙ ГРАФИКИ

Давайте более подробно рассмотрим растровое кодирование информации.

Компьютер запоминает цвет каждой точки, а пользователь из таких точек собирает рисунок.

При этом зная количество пикселей по вертикале и горизонтали, мы сможем найти — разрешающую способность изображения.

Разрешающая способность находится по формуле:

где n, m — количество пикселей в изображении по вертикали и горизонтали.

В процессе дискретизации каждый пиксель может принимать различные цвета из палитры цветов. При этом зная количество цветов, которые можно использовать в палитре и воспользовавшись формулой Хартли, мы сможем найти количество информации, которое используется для кодирования цвета точки, что мы будем называть глубиной цвета.

где N — количество цветов в палитре;

i — глубина цвета.

Таким образом, чтобы найти вес изображения достаточно перемножить разрешающую способность изображения на глубину цвета: L=P*i.

Каким именно образом возможно закодировать пиксель? Для этого используются кодировочные палитры.

КОДИРОВОЧНАЯ ПАЛИТРА RGB

Когда художник рисует картину, цвета он выбирает по своему вкусу. Но цвет в компьютере надо стандартизировать, чтобы его можно было распознать. Поэтому надо определить, что такое каждый цвет.

В экспериментах по производству цветных стекол М. В. Ломоносов показал, что получить любой цвет возможно, используя три различных цвета.

Этот факт был обобщен Германом Грассманом в виде законов аддитивного синтеза цвета.

Давайте рассмотрим два из этих законов:

— Закон трехмерности. С помощью трех независимых цветов можно, смешивая их в однозначно определенной пропорции, выразить любой цвет.

— Закон непрерывности. При непрерывном изменении пропорции, в которой взяты компоненты цветовой смеси, получаемый цвет также меняется непрерывно.

Из биологии вы знаете, что рецепторы человеческого глаза делятся на две группы: палочки и колбочки. Палочки более чувствительны к интенсивности поступаемого света, а колбочки — к длине волны.

Если посмотреть, как распределяется количество колбочек по тому, на какую длину волны они «настроены», то количество колбочек «настроенных» на синий, красный и зеленый цвета окажется больше.

Поэтому такие цвета были взяты основными для построения цветовой модели, которая получила название RGB (Red, Green, Blue). То есть задавая количество любого из этих трех цветов, можно получить любой другой. Для кодирования каждого цвета было выделено 8 бит (режим True-Color). Таким образом, количество каждого цвета может изменяться от 0 до 255, часто это количество выражается в шестнадцатеричной системе счисления (от 0 до FF).

Так как описание цвета происходит определением трех величин, то это наводит на мысль считать их координатами точки в пространстве. Получается, что координаты цветов заполняют куб.

При этом яркость цвета определяется тем насколько близка к максимальному значению хотя бы одна координата из трех.

Поскольку именно модель RGB соответствовала основному механизму формирования цветного изображения на экране, большинство графических файлов хранят изображение именно в этой кодировке. Если же используется другая модель, например в JPEG , то приходится при выводе информации на экран преобразовывать данные.

КОДИРОВАНИЕ ЗВУКОВОЙ ИНФОРМАЦИИ

Давайте перейдем к кодированию звуковой информации.

Из курса физики вам всем известно, что звук — это непрерывная волна с изменяющейся амплитудой и частотой.

Для того, чтобы компьютер мог обрабатывать непрерывный звуковой сигнал, он должен быть дискретизирован, т. е. превращен в последовательность электрических импульсов (двоичных нулей и единиц).

Для этого звуковая волна разбивается на отдельные временные участки.

Гладкая кривая заменяется последовательностью «ступенек». Каждой «ступеньке» присваивается значение громкости звука. Чем больше количество уровней громкости, тем больше количество информации будет нести значение каждого уровня и более качественным будет звучание. Причем, чем больше будет количество измерений уровня звукового сигнала в единицу времени, тем качественнее будет звучание. Эта характеристика называется частотой дискретизации Данная характеристика измеряется в Гц.

При этом на каждое измерение выделяется одинаковое количество бит. Такая характеристика называется — глубина кодирования.

Таким образом, чтобы подсчитать вес звуковой волны достаточно перемножить частоту дискретизации, глубины кодирования и времени звучания такого звука. При этом, рассматривая современное звучание, количество звуковых волн может быть различное, например, для стереозвука — это 2, а для квадрозвука — 4.

Читайте также: