Представление изображения и звука в компьютере 10 класс конспект

Обновлено: 06.07.2024

Код ОГЭ по информатике: 2.2.1. Запись изображений и звука с использованием различных устройств

Графическая и звуковая информация может быть представлена в аналоговой или дискретной форме. При аналоговом представлении физическая величина принимает бесконечное множество значений, непрерывно изменяющихся во времени. При дискретном представлении физическая величина принимает конечное множество значений, и значения ее изменяются скачкообразно.

Для компьютерной обработки звука и изображений они должны быть представлены в цифровой, дискретной форме. Преобразование непрерывных изображений и звука в набор дискретных закодированных значений называется дискретизацией.

Запись звука

Звук — это звуковая волна с непрерывно меняющимися амплитудой и частотой. Частота сигнала определяет тон звука: чем она больше, тем тон звука выше. Амплитуда определяет громкость звука: чем она больше, тем звук громче.

Для оцифровки (дискретизации) звука он разбивается на составляющие, каждой из которых присваивается числовой код. Дискретизацию звукового сигнала осуществляет звуковая карта компьютера (или видеоадаптер), а именно — ее аналого-цифровой преобразователь (АЦП).

Звуковая карта представляет собой небольшую плату с набором микросхем со специальными разъемами для подключения микрофона, динамиков, клавиатуры и других устройств. Звуковые карты предоставляют широкий спектр возможностей работы со звуком, например, запись звука с микрофона или конструирование сложных полифонических мелодий.

Запись звука происходит через микрофон, который создает непрерывный электрический сигнал, а воспроизведение — через динамики (акустические колонки) или наушники, которые звучат также под действием непрерывного электрического сигнала. В результате происходит преобразование аналоговой формы представления звука в дискретную и обратное преобразование из дискретной формы в аналоговую. Первый процесс называется аналого-цифровым преобразованием (АЦП), второй — цифро-аналоговым преобразованием (ЦАП). Звуковая карта совмещает функции АЦП и ЦАП.

Преобразователь АЦП через определенные интервалы времени (с определенной частотой) измеряет уровень звукового сигнала на входе и сохраняет эту числовую величину на диске. Последовательность этих чисел и составляет звуковой файл.

Чем чаще измеряется уровень звукового сигнала, тем точнее цифровой сигнал воспроизводит форму аналогового. Этот параметр называется частотой дискретизации, или частотой сэмплирования. Она может принимать значения от 8 до 48 кГц.

Напряжение на входе звуковой карты измеряется с некоторой точностью, зависящей от разрядности сохраняемого числа. Этот параметр называется глубиной, или разрядностью звука (битрейтом, англ. bit rate). Современные 16–битные звуковые карты обеспечивают 16–битную глубину кодирования звука, что дает возможность кодирования 65 536 (= 2 16 ) различных уровней громкости.

На аудиодисках звуковая информация представлена с частотой дискретизации 44,1 кГц (вдвое выше того, что может слышать человеческое ухо) и глубиной звука 16 бит. Современные профессиональные звуковые карты могут записывать звук с частотой 96 кГц и 4–байтной глубиной звука (и даже выше), что обеспечивает высокое качество кодирования.

После оцифровки звука используют специальные программы редактирования звуковых файлов (редакторы звукозаписей) для монтажа музыки, ее реставрации, добавления спецэффектов и т. п.

Оцифрованный звук представляется в звуковых редакторах в наглядной форме, поэтому операции копирования, перемещения и удаления частей звуковой дорожки легко осуществить 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 также изменять качество цифрового звука и объем звукового файла, изменяя частоту дискретизации и глубину кодирования. Оцифрованный звук можно сохранять в звуковых файлах в универсальном формате без сжатия WAV или в формате со сжатием МР3.

Непосредственная запись звуковой волны приводит к большим размерам файлов. Поэтому было разработано множество форматов звуковых файлов, позволяющих сохранять звук более компактно. Файлы, сжатые с потерей качества, называются lossy (например, MP3, OGG, WMA), файлы без потери качества — loseless (например, WAV, FLAC). В lossy–форматах применяется не только сжатие, но и специальное кодирование звука, выбрасывается часть информации, недоступная человеческому слуху, которую нельзя будет восстановить. В некоторых loseless–форматах также происходит сжатие, но обратимое. Наиболее часто используемые форматы звуковых файлов:

WAVE (.wav) — широко распространенный формат для хранения звуковых файлов. Файлы в этом формате имеют большой размер, зависящий от частоты дискретизации, глубины звука, его продолжительности, моно– или стереозвука.
MPEG-3 (.mp3) — наиболее популярный формат звуковых файлов. При кодировании из мелодии удаляются звуки, не воспринимаемые человеческим ухом (обычно человек воспринимает диапазон от 20 Гц до 20 кГц).
MIDI (.mid) — эти файлы содержат не сам звук, а команды для его воспроизведения (звук синтезируется). Если звуковая карта не содержит синтезатора, то такой звук воспроизводиться не будет.
Real Audio (.ra, .ram) — разработан для воспроизведения звука в Интернете в режиме реального времени. Имеет не очень высокое качество записи, но небольшой размер, который достигается методами сжатия.
MOD (.mod) — музыкальный формат, сохраняющий образцы оцифрованного звука. Эти образцы можно использовать как шаблоны для собственных звуковых произведений. Файлы в этом формате содержат набор образцов звука, ноты и информацию о длительности. Каждая нота воспроизводится с помощью одного из имеющихся в начале файла звуковых шаблонов. Такой файл, в отличие от MIDI–файла, полностью задает звук, что позволяет воспроизводить его на любой компьютерной платформе.

◊ Пример. Звук воспроизводится в течение 5 секунд при частоте 44,1 кГц и глубине звука 8 бит. Определить его размер (в Мб).
Решение . 44 100 Гц • 5 с • 8 бит =1 764 000 бит = 220 500 байт = 215 Кб = 0,2 Мб.
Ответ: 0,2 Мб.

Запись изображений

К компьютеру могут быть подключены цифровые фотокамеры, видеокамеры (веб-камеры) и ТВ–тюнеры, что позволяет получать фотоснимки и видеоизображение непосредственно в цифровом (компьютерном) формате.

Для получения высококачественных фотографий применяются цифровые фотоаппараты. Для сохранения фотографий они используют модули флеш-памяти или жесткие диски маленького размера. Запись изображений на жесткий диск компьютера может осуществляться путем подключения камеры к компьютеру.

Если установить в компьютер специальную плату (ТВ–тюнер) и подключить к ее входу телевизионную антенну, то появляется возможность просматривать телевизионные передачи непосредственно на компьютере.

Для трансляции видео по компьютерным сетям используются веб–камеры.

Существуют программы, предназначенные для просмотра и организации изображений (так называемые графические просмотрщики). Они осуществляют просмотр, упорядочение и публикацию цифровых фотографий, конвертирование графических файлов из одного формата в другой и др. Наиболее развитые программы этого класса содержат ряд инструментов для обработки изображений, в том числе и пакетной. Примерами таких программ являются ACDSee, XnView, IrfanView, Picasa.

Практическая работа № 1.5 Представление изображения и звука.

Цель урока: сформировать у учащихся представление о том, как в компьютере кодируется звуковая, графическая информации.

изучение способов кодирования графической и звуковой информации в компьютере;
решение задач на определение количества информации, занимаемого графическими и звуковыми файлами;
развитие логического мышления учащихся, познавательного интереса, формирование информационной культуры;
воспитание ответственности, самостоятельности.

1. Актуализация знаний

2. Изучение нового материала (в течение урока заполнить опорные конспекты)

2.1 Представление графической информации в компьютере

Создавать и хранить графические объекты в компьютере можно двумя способами: растровым и векторным. Для каждого типа изображения используется свой способ кодирования.

Растровое изображение формируется из пикселей, каждому пикселю ставится свой двоичный код цвета. Цвет получается путем смешивания трех базовых цветов – RGB.

Пусть размер кода цвета пикселя равен 8 битам. Тогда распределение базовых цветов может быть таким

2 бита - под красный цвет, 3 бита - под зеленый, 3 бита – под синий. От интенсивности каждого цвета, который задается двоичным кодом, будет зависеть цвет 1 пикселя (стр. 47 таблица).

Размер кода цвета пикселя называют битовой глубиной цвета и обозначается b. Тогда количество цветов в палитре находится по формуле K=2 b .

Качество изображения на экране монитора будет зависеть от разрешения экрана R.

Как найти количество информации, занимаемое изображением на экране монитора?

Задание № 10 стр. 213.

Дано: b=32 бита, R=800х600, n=2 . Найти V-?

Решение: V= b * R * n. V= 32*800х600*2=30 720 000 бит = 3 840 000 байт = 3750 Кбайт = 3,7 Мбайт.

В растровом графическом файле хранится информация о количестве пикселей, цвете каждого пикселя. Т.о. растровый графический файл занимает большой объем памяти компьютера.

Векторное изображение формируется из графических примитивов. В векторном графическом файле хранятся математические формулы (или команды), описывающие графические примитивы. Каждый раз при открытии векторного файла рисунок прорисовывается каждый раз.

Задание 5 стр.211 (устно)

Виды компьютерной графики

1. Рисунок формируется из

пикселей, каждому пикселю ставится свой двоичный код цвета

Цвет получается путем смешивания трех базовых цветов - RGB

2. Как изменяется изображение в результате масштабирования?

3. Объем графического файла

4. Форматы графических файлов

для разработки электронных и полиграфических изданий

для оформительских, чертежных и проектно-конструкторских работ

2.2 Кодирование звуковой информации

Промежуток времени между двумя измерениями называется периодом измерений – Т с. Обратная величина называется частотой дискретизации – τ=1/Т (Герц). Т.о. получается конечное количество измеренных 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. Т. о. непрерывная зависимость амплитуды сигнала от времени заменяется на дискретную последовательность уровней громкости.

N=2 i , где N – количество уровней громкости, i – разрядность звуковой карты.

V= i * τ * t, где τ – частота дискретизации, t – время звучания звукового файла.

Задание 18 стр.214

V= i * τ * t, τ= V/ (i * t), τ=1,3*1024*1024*8/(8*60)=22 719 Гц=22КГц

Звуковые редакторы – программы для обработки звука. Звуковые файлы можно сохранять в различных форматах:

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.

3. Практическая работа № 1.5 Представление изображения и звука

Задания 12 (стр. 213), 19(стр.214). Дополнительное задание 15 (стр.213)

4. Домашнее задание: прочитать §6, устно ответить на вопросы, повторить § 1-5: подготовиться к контрольной работе.

Как представлена графическая и звуковая информация в памяти компьютера? (в двоичном коде)

Чем отличаются растровые и векторные графические файлы?

Как происходит дискретизация звука?

Оцените свою работу на уроке.

По теме: методические разработки, презентации и конспекты

Проверка знаний обучающихся по данной теме.

Конспект урока информатики 10 класс По теме "Представление изображения и звука"

Конспект урока информатики 10 класс По теме "Представление изображения и звука".

Презентация по информатике представление изображения и звука

Презентация по информатике представление изображения и звука.

Представление изображения и звука в компьютере

Разработка урока в 10 классе "Представление изображения и звука в компьютере".Данный урок рассчитан на изучение информатики на базовом уровне по УМК И.Г. Семакина.

Представление текста, изображения и звука в компьютере

Создавать и хранить графические объекты в компьютере можно двумя способами: растровым и векторным.Для каждого типа изображения используется свой способ кодирования.Растровое изображение формируется из.

После того как вы поделитесь материалом внизу появится ссылка для скачивания.

Подписи к слайдам:

МИНИСТЕРСТВА ОБОРОНЫ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Разработала преподаватель информатики и ИКТ

Баринова Лидия Анатольевна

Москва 2014 год

I. Представление текстовой информации

Для обработки текстовой информации компьютер использует двоичную систему счисления, состоящую из двух цифр: 0 и 1.

В компьютере используется байтовый принцип организации памяти: каждая клеточка – бит памяти.

Бит – это наименьшая единица измерения количества информации, принимающая значение 1 или 0.

Восемь подряд расположенных битов образуют байт.

Порядковый номер байта является его адресом. По этим адресам процессор обращается к данным, читая и записывая их в память.

Согласно формуле информатики 2i=N можно закодировать: 28 = 256 символов.

Присвоение символу конкретного кода определено таблицей кодировки ASCII. Таблица кодов ASCII делится на две части. Международным стандартом является лишь первая половина таблицы, т.е. символы с номерами от 0 (00000000), до 127 (01111111). Сюда входят буква латинского алфавита, цифры, знаки препинания, скобки и некоторые другие символы.

Остальные 128 кодов используются в разных вариантах. В русских кодировках размещаются символы русского алфавита.

Первая половина таблицы кодов ASCII

Вторая половина таблицы кодов ASCII

В настоящее время получил широкое распространение новый международный стандарт Unicode, который отводит на каждый символ 2 байта. С его помощью можно закодировать (216= 65536) различных символов.

Пример представления текста в памяти компьютера:

Кодирование текстовой информации

Кодирование – преобразование входной информации в машинную форму (в двоичный код).

Декодирование – преобразование двоичного кода в форму, понятную человеку.

Число символов алфавита (мощность алфавита) : N= 2i

Информационный объем текста: I = i*К

где i - информационный вес одного символа;

i – информационный вес одного символа (количество бит на кодирование одного символа);

-75%

Современный урок информатики в условиях реализации ФГОС

Получите комплекты видеоуроков + онлайн версии

Решение разных задач с урока на тему Представление текста, изображения и звука в компьютере (115.25 KB)

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.

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.

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: