Тема 1.3. Цифровое представление информации (+ ПЗ № 2)

1.

МК
Раздел 1. Информация и
информационные
процессы
Тема 1.3. Цифровое представление информации
Практическое занятие № 2. Решение задач на
нахождение объема графической, звуковой и
видеоинформации

2.

МК
Содержание
Введение
с. 3
Цифровое представление текстовой информации
с. 4
Цифровое представление графической информации
с. 5 - 9
Цифровое представление звуковой информации
с. 10 - 12
Цифровое представление видеоинформации
с. 13
Вопросы для составления конспекта
с. 14
Практическое занятие № 2. Решение задач на нахождение с. 15 - 22
объема графической, звуковой и видеоинформации
Заключение
с. 23
Список литературы
с. 24

3.

МК
Введение
Цифровое представление информации — это
способ кодирования данных в виде последовательности
дискретных значений, обычно нулей и единиц (битов). Такой
подход обеспечивает надежность, удобство хранения и
передачи данных, а также возможность обработки с
помощью электронных устройств.
Основные принципы цифрового представления:
✔
Дискретность: информация кодируется в виде
дискретных символов или чисел;
✔
Кодирование:
каждый
элемент
информации
преобразуется в определённую комбинацию битов;
✔
Обратимость: процесс кодирования должен быть
обратимым, чтобы восстановить исходные данные.

4.

МК
Цифровое представление текстовой
информации
Цифровое представление текстовой информации заключается в том, что все символы кодируются
числами, и текст представляется в виде набора чисел — кодов, его составляющих.
Традиционно для кодирования одного символа используется количество информации, равное 1 байту, то
есть 8 битам. В этом случае общее количество различаемых символов составляет 256, а коды символов имеют
значения от 0 до 255.
При вводе в компьютер текстовой информации происходит её кодирование, изображение символа
преобразуется в его код. Код символа хранится в оперативной памяти компьютера, где занимает один байт. В
процессе вывода символа на экран компьютера производится обратный процесс — декодирование, то есть
преобразование кода символа в его изображение.
Наиболее распространён американский стандартный код для информационного обмена - ASCII [American
Standard-Code for Information Interchange], введён в США в 1963 г.
Для русского языка используются кодировки СР-866, КОИ-8, Windows-1251 (также известная как CP1251), в
которых первые 128 символов совпадают с ASCII, а остальные имеют отличия, т.е. одна и та же буква в этих
кодировках имеет разные коды.
Наиболее распространенной является кодировка Unicode – основной стандарт кодирования, включающий в
себя знаки практически всех зыков мира. К областям применения Unicode относятся компьютерные программы и
мобильные приложения, информация в Интернете, записи в базах данных.

5.

МК
Цифровое представление графической
информации
Примерно 80% всей информации человек получает с помощью зрения. С появлением
компьютера возникла необходимость цифровой обработки графической информации.
Самыми популярными разновидности компьютерной графики являются:
1.
Растровая
графика:
состоит
из
множества
пикселей.
Пиксель
представляет
собой наименьший компонент электронного или цифрового изображения в любом разрешении.
Каждый пиксель имеет определенный цвет и занимает фиксированное место на экране;
2. Векторная графика: включает изображения, представленные с помощью математических
формул (линий, кривых, многоугольников и т.д.). Она легко масштабируется без потери качества.
Также компьютерную графику можно разделить на два направления по пространственным
измерениям: двухмерная (2D) и трёхмерная (3D).

6.

МК
Цифровое представление графической
информации
Чтобы представить информацию в цифровом виде, изображение проходит несколько
этапов:
1. Сканирование или захват: получение изображения с помощью сканера, камеры и т.д.;
2. Преобразование в растровое представление: изображение разбивается на пиксели;
3. Кодирование цвета: каждому пикселю присваивается цвет;
4. Сохранение: готовое изображение сохраняется в выбранном формате (JPEG, PNG, GIF,
BMP и др.).
Пространство непрерывно, значит, в каждой его области содержится бесконечное
количество точек, которое не может быть закодировано на компьютере, поскольку для этого
потребуется невероятный объем памяти. Чтобы сделать процесс эффективным, используется
дискретизация.
Дискретизация – это преобразование графической информации из аналоговой формы
(непрерывной)
в дискретную, т.е. разбиение непрерывного графического изображения на
отдельные элементы.
Пиксель – это минимальный и неделимый элемент (точка), из которого состоит изображение

7.

МК
Цифровое представление графической
информации
Формула зависимости количества отображаемых цветов от глубины цвета
представлена на рисунке 1.
где
Рисунок 1 – Формула
N – количество цветов в палитре;
i – глубина цвета в битах на один пиксель.
Формула расчета информационного объема растрового графического изображения
представлена на рисунке 2.
где
Рисунок 2 – Формула
V – информационный объем растрового графического изображения;
K – количество пикселей в изображении;
i – глубина цвета;
k – коэффициент сжатия данных.

8.

МК
Цифровое представление графической
информации
✔ Информационный
объем
растрового
графического изображения V измеряется в
байтах, килобайтах, мегабайтах;
✔ Количество пикселей (точек) в изображении
K определяется разрешающей способностью
носителя информации (экрана монитора,
сканера, принтера);
✔ Коэффициент сжатия данных k без сжатия
равен 1.

9.

МК
Цифровое представление графической
информации
Определение объема файла размером A × B пикселей:
1. Определить количество пикселей в изображении (A * B);
2. Умножить количество пикселей на глубину цвета (K * i);
3. При необходимости перевести количество бит в байт, Кбайт, Мбайт;
4. Разделить результат на коэффициент сжатия при его наличии (обычно указывается в
условии задачи).
Цифровая графическая информация используется в различных областях:
- дизайн (графический, веб, интерфейсный);
- видеоигры (создание персонажей и окружения);
- научные исследования и визуализация данных;
- искусство (цифровая живопись и анимация).
Цифровое представление графической информации - это ключевой элемент в
современном цифровом мире, который позволяет передавать визуальные данные в различных
форматах и использовать их для самых разных целей.

10.

МК
Цифровое представление звуковой
информации
С начала 90-х годов персональные компьютеры получили возможность работать со звуковой
информацией.
Для того чтобы компьютер мог обрабатывать звук, непрерывный звуковой сигнал должен
быть превращен в последовательность электрических импульсов (двоичных нулей и единиц).
Звуковая волна разбивается на отдельные маленькие временные участки. Каждому участку
присваивается определенный код. Этот процесс называется временной дискретизацией.
Естественно, чем меньше "размер" участка, тем выше качество звукозаписи.
Звук - это волновые колебания давления в упругой среде (воздухе, воде). Звук может иметь
различные уровни громкости.
Количество
различных
уровней
громкости
представленной на рисунке 3.
где
Рисунок 3 – Формула
N - количество уровней громкости;
I – глубина звука.
рассчитываем
по
формуле,

11.

МК
Цифровое представление звуковой
информации
Оцифровка звука – это технология деления звука на небольшие временные шаги с
последующей записью полученных значений в численном виде. Для кодирования звука
необходимо выбрать следующие параметры:
1. частота звуковой дискретизации – количество измерений уровня входного сигнала в
единицу времени (за 1 сек), измеряется в герцах (Гц). 1 измерение за 1 секунду - 1 Гц. 1000
измерений за 1 секунду - 1 кГц.
Герц (Гц) - это единица измерения частоты периодических процессов (например,
колебаний).
2. глубина звука - количество информации, которое необходимо для кодирования
дискретных уровней громкости цифрового звука.

12.

МК
Цифровое представление звуковой
информации
Часто возникает необходимость оценить объем звукового файла, например для записи на
диск. Формула расчета объема звукового файла представлена на рисунке 4.
где
Рисунок 4 – Формула
V - объем звукового файла;
f - частота дискретизации (Гц);
t - продолжительность звучания (сек.);
I - глубина звука (бит);
n - количество каналов трансляции (моно - 1, стерео - 2, квадро - 4).
По этой формуле размер измеряется в битах.
Система "моно" - воспроизведение записи по одному каналу. Система "стерео" воспроизведение записи по двум каналам с существенными различиями (слева бас и гусли, с
права соло и флейта); запись минимум с двух микрофонов; некоторая объёмность звука. Система
"квадро" - воспроизведение записи по четырём каналам и все различны (запись минимум с
четырёх микрофонов); объёмность звука ("эффект присутствия").

13.

МК
Цифровое 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.
Частота кадров в секунду — это количество неподвижных изображений,
которые сменяют друг друга при показе одной секунды видео и создают эффект
движения объектов на экране.

14.

МК
Вопросы для составления конспекта
1. Дайте определение понятию «Цифровое представление информации».
2. Запишите основные принципы цифрового представления информации.
3. Перечислите разновидности компьютерной графики.
4. Дайте определения векторной и растровой компьютерным графикам.
5. Перечислите этапы преобразования графической информации в
цифровой вид.
6. Запишите и расшифруйте формулу зависимости количества
отображаемых цветов от глубины цвета.
7. Запишите и расшифруйте формулу расчета информационного объема
растрового графического изображения.
8. В чем измеряется информационный объем растрового графического
изображения?
9. Чему равен коэффициент сжатия данных без сжатия?
10. Как определить объем файла размером A × B пикселей?
11. Что представляет собой временная дискретизация?
12. Запишите и расшифруйте формулу расчета количества различных
уровней громкости.
13. Что подразумевает собой оцифровка звука?
14. Какие параметры необходимы для кодировки звука?
15. Запишите и расшифруйте формулу расчета объема звукового файла.

15.

МК
Практическое занятие № 2.
Решение задач на нахождение объема
графической, звуковой и
видеоинформации
Цель
практического
занятия:
научиться
работать с цифровой информацией.
Перечень
используемых
инструментов:
персональный компьютер с доступом к Интернету,
рабочая тетрадь и ручка.

16.

МК
Решение задач
Задание № 1
Видеопамять компьютера имеет объем 420
Кбайт, размер графической сетки 740×300, в
палитре 16 цветов. Какое количество страниц
экрана может одновременно разместиться в
видеопамяти компьютера?
Задание № 2
Какой минимальный объём памяти (в Кбайт)
нужно зарезервировать, чтобы можно было
сохранить любое растровое изображение
размером 128×128 пикселей при условии, что в
изображении
могут
использоваться
64
различных цвета?

17.

МК
Решение задач
Задание № 3
Какой минимальный объём памяти (в
Мбайт) нужно зарезервировать, чтобы можно
было сохранить любое растровое изображение
размером 1910×1730 пикселей при условии, что
в изображении могут использоваться 32
различных цвета?
Задание № 4
Рассчитайте
необходимый
объём
видеопамяти
при
разрешении
монитора
1900×1060 и глубине цвета 16 бит. Ответ дайте
в Гбайтах.

18.

МК
Решение задач
Задание № 5
Определите
размер
(в
Мбайтах)
цифрового моноаудиофайла, время звучания
которого составляет 20 секунд при частоте
дискретизации 22,05 кГц и глубине звука 16 бит.
Задание № 6
Оцените
информационный
объём
цифрового
звукового
стереофайла
длительностью 15 секунд при глубине звука 32
бита и частоте дискретизации 10000 Гц.
Результат представите в Кбайтах.

19.

МК
Решение задач
Задание № 7
Заполните таблицу 1, показывающую, сколько
Мбайт будет занимать закодированные 30 секунд звуковой
информации при разной частоте дискретизации.
Таблица 1 – Задание № 7
Тип сигнала
Частота дискретизации, кГЦ
44,1
8 бит, моно
22,05
11,025
1,26 Мб
32 бита, стерео
4 бита, квадро
Задание № 8
Определите объем памяти для хранения цифрового
аудиофайла (квадро), время звучания которого составляет
две минуты при частоте дискретизации 44,1 кГц и глубине
звука 16. Ответ дайте в Гбайтах.

20.

МК
Решение задач
Задание № 9
Выберите верный знак сравнения:
а) 250 байт и 0,30 килобайт;
б) 3539 килобайт и 0,25 мегабайт.
Задание № 10
Выберите верный знак сравнения:
а) 3 байта и 24 бита;
б) 24000 гигабайт и 22,5 терабайт.

21.

МК
Решение задач
Задание № 11
Текстовое
сообщение,
содержащее
1048576 символов, необходимо разместить на
флешке объемом 1,44 Мбайт. Какая часть
флешки будет занята?
Задание № 12
В результате преобразования растрового
графического изображения количество цветов
уменьшилось с 256 до 16. Как при этом
изменится объем видеопамяти, занимаемой
изображением?

22.

МК
Решение задач
Задание № 13
256-цветный рисунок содержит 120 байт информации.
Из скольких точек он состоит?
Задание № 14
Достаточно ли видеопамяти объемом 256 Кбайт для
работы монитора в режиме 640×480 и палитрой из 16
цветов?
Задание № 15
Производится одноканальная звукозапись с частотой
дискретизации 16 кГц и глубиной звука 24 бита. Запись
длится 1 минуту, ее результаты записываются в файл. Какое
из приведенных ниже чисел наиболее близко к размеру
полученного файла, выраженному в Мбайтах?
1) 0,2
2) 2
3) 3
4) 4

23.

МК
Заключение
Цифровое представление информации — это
основа современного информационного общества. Оно
обеспечивает
универсальность,
надежность
и
эффективность работы с данными во всех сферах — от
коммуникаций до мультимедийных технологий.
Сделайте вывод о проделанной практической работе.
Ваш вывод должен содержать минимум 5 строк
собственноручного текста.

24.

МК
Список литературы
1. Босова, Л. Л. Информатика. 10 класс. Базовый уровень : учебник / Л. Л. Босова, А.
Ю. Босова. - 7-е изд., стер. - Москва : Просвещение, 2024. - 289 с.
2. Босова, Л. Л. Информатика. 11 класс. Базовый уровень : учебник / Л. Л. Босова, А.
Ю. Босова. - 6-е изд., стер. - Москва : Просвещение, 2024. - 257 с.
3. Информатика. Весь школьный курс в таблицах / сост. В.И. Копыл. - 4-е изд. - Минкс :
Кузьма, 2023. - 224 с.
4. Колмыкова Е.А., Кумскова И.А. Информатика: учебное пособие для студентов
средних профессиональных учебных заведений. – ИЦ «Академия», 2018.
5. Информатика / Е.В. Тимофеева, Н.А. Авакян. - Москва : Эксмо, 2024. - 176 с. (Наглядный школьный курс: удобно и понятно).
6. Информатика / Е.В. Тимофеева. - Москва : Эксмо, 2024. - 304 с. : ил. - (Наглядный
справочник для подготовки к ОГЭ и ЕГЭ).
7. Информатика Н.Д. Угринович ("ООО "БИНКОМ. Лаборатория знаний", АО
"Просвещение") 10 кл.
8. Информатика Н.Д. Угринович ("ООО "БИНКОМ. Лаборатория знаний", АО
"Просвещение") 11 кл.
9. Информатика (СПО): уроки, тесты, задания: https://www.yaklass.ru/p/informatika-spo
10. Студопедия: https://studopedia.ru/?ysclid=m2jbf6ytdv961370828
11. Файловый архив для студентов: https://studfile.net/
12.
Российская
электронная
школа:
https://resh.edu.ru/subject/19/?ysclid=m2jbii0hg1367284195
13. Znanium электронно-библиотечная система: https://znanium.ru/user/recommendedcollection-documents?id=8523

25.

МК
Спасибо за внимание!