Краткие теоретические и учебно-методические материалы по теме практической работы

Кодирование текстовой информации

Кодирование заключается в том, что каждому символу ставиться в соответствие уникальный двоичный код от 00000000 до 11111111 (или десятичный код от 0 до 255). Таблица, в которой всем символам компьютерного алфавита поставлены в соответствие коды, называется таблицей кодировки. Для разных типов ЭВМ используются различные кодировки. С распространением IBM PC международным стандартом стала таблица кодировки ASCII (American Standard Code for Information Interchange) – Американский стандартный код для информационного обмена. Стандартной в этой таблице является только первая половина, т.е. символы с номерами от 0 (00000000) до 127 (0111111). Коды от 0 до 32 используют для кодировки операций (перевод строки, ввод пробела и т.п.) Коды с 33 по 127 соответствуют буквам латинского алфавита, цифрам, знакам препинания и знакам арифметических операций. Коды со 128 по 255 являются национальными. В русских кодировках размещаются символы русского алфавита. Цифры кодируются по стандарту ASCII в двух случаях – при вводе-выводе и когда они встречаются в тексте. Если цифры участвуют в вычислениях, то осуществляется их преобразование в другой двоичный код.

Кодирование графической информации

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.

Дискретизация – это преобразование непрерывных изображений и звука в набор дискретных значений в форме кодов.

Создавать и хранить графические объекты в компьютере можно двумя способами – как растровое или как векторное изображение. Для каждого типа изображений используется свой способ кодирования.

Растровое изображение представляет собой совокупность точек (пикселей) разных цветов. В процессе кодирования изображения производится его пространственная дискретизация.

Для представления цвета в виде числового кода используются две цветовые модели: RGB и 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.

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.

Кодирование векторных изображений.

Векторное изображение представляет собой совокупность геометрических фигур (точка, отрезок, эллипс…). Каждая фигура описывается математическими формулами. При сохранении векторных изображений в файле хранятся математические формулы, описывающие линии, параметры линии (цвет, толщина и т.п.), координаты начала и конца линии и т.д. Достоинства векторной графики: файлы, хранящие векторные изображения, имеют сравнительно небольшой объем, векторные изображения могут быть увеличены или уменьшены без потери качества.

Форматы графических файлов определяют способ хранения информации в файле (растровый или векторный), а также форму хранения информации (используемый алгоритм сжатия).

Наиболее популярные растровые форматы:

BMP — универсальный формат растровых графических файлов

GIF — ограниченное количество цветов (до 256). Используется для размещения графических изображений на Web-страницах

JPEG — сильно сжатый формат с потерей качества

TIFF — сжатый формат без потери качества

PNG — для графических изображений, размещенных на Web-страницах в Интернете.

Качество двоичного кодирования звука определяется глубиной кодирования и частотой дискретизации. Частота дискретизации – это количество измерений уровня сигнала в единицу времени. Глубина кодирования – это количество бит, отведенных для кодирование уровней громкости. Современные звуковые карты обеспечивают 16-битную глубину кодирования звука. При этом количество уровней громкости равно N = 2^I = 2¹⁶ = 65536.

Определение объема звукового файла

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

16 бит • 48 000 • 2 = …………..бит = …………..байт = ………..Кбайт.

Стандартное приложение Звукозапись играет роль цифрового магнитофона и позволяет записывать звук, то есть дискретизировать звуковые сигналы, и сохранять их в звуковых файлах в формате WAV. Эта программа позволяет редактировать звуковые файлы, микшировать их (накладывать друг на друга), а также воспроизводить.

Вопросы для закрепления теоретического материала к практическому занятию:

1) Что такое разрешающая способность монитора?

2) Как задается глубина цвета? Какие значения она может принимать?

3) От чего зависит качество двоичного кодирования?

4) Как вычисляется количество цветов, отображаемых на экране?

5) Базовые цвета цветовой модели RGB?

6) Как получаются другие цвета из базовых?

7) Как рассчитать необходимый объём видеопамяти для определенного графического режима?

8) Как на компьютере изменить графический режим?

9) Как установить оптимальную частоту обновления экрана?

10) Что такое глубина кодирования звука?

11) Что такое частота дискретизации?

12) Какие значения может принимать частота дискретизации?

13) Как определить информационный объем аудиофайла?

14) Что позволяет делать программа «Звукозапись»? Какой формат файлов?

Задания для практического занятия:

1. Рассчитать объем видеопамяти для графического режима 800х600 точек и глубиной цвета 24 бита в Мб

2. Растровый графический файл содержит черно-белое изображение с 16 градациями серого цвета размером 10 х 10 точек. Каков информационный объем этого файла?

3. В процессе преобразования растрового графического файла количество цветов уменьшилось с 65 536 до 256. Во сколько раз уменьшится информационный объем файла?

4. Рассчитайте необходимый объем видеопамяти для графического режима: разрешение экрана 1024х768, качество цветопередачи 16 бит.

5. Как изменится размер изображения на экране если изменить разрешение экрана с 800х600 на 1024х768? Почему?

6. С помощью программы Звукозапись записать при 8-битном кодировании и частоте дискретизации 24 кГц моноаудиофайл длительностью 10 секунд. Вычислить его информационный объем.

7. Сравнить его реальный объем с вычисленным.

8. Изменить параметры звукозаписи для записи более качественного звука

9. Записать новый звуковой файл длительностью 10 секунд и сохранить

10. Сравнить объемы двух созданных файлов, сделать вывод.

Форма контроля выполнения практических работ:

Студент предоставляет выполненные задания в тетради, может ответить на вопросы к теоретическому материалу.

Критерии оценки:

Все задания выполнены верно, может пояснить их выполнение и ответить на вопросы - оценка 5

Выполнены все, но объясняет не четко или имеются ошибки – 4

Задания выполнены частично, пояснения не четкие – 3

Задание не выполнено-2.

Занятие 7

Практическая работа по теме:

2.5. Программный принцип работы компьютера. Примеры компьютерных моделей различных процессов.

Учебные цели и задачи: ознакомитьсяс принципом работы ПК по фон Нейману, научиться исследовать и использовать готовые компьютерные модели.