Дискретное (цифровое) представление различной информации

ЦЕЛЬ ЗАНЯТИЯ
изучить способы представления текстовой, графической, звуковой информации и видеоинформации,
научиться записывать числа в различных системах счисления.

Как представлена информация в компьютере?
Информация в компьютере представлена в виде двоичного кода, алфавит которого состоит из двух цифр: 0 и 1.
0 – отсутствие электрического сигнала;
1 – наличие электрического сигнала.

ОСНОВНЫЕ ПРОЦЕССЫ ДЛЯ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ

– это процесс преобразования информации из одной формы в другую.
Например, перевод с одного языка на другой или шифровка и передача сигнала, азбука Морзе.
Кодирование информации

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

Азбука Морзе

Практическое задание № 1

Для передачи данных используется физический процесс, который можно описать математической формулой и называется он сигналом.
Именно сигналы различают по способу их представления как аналоговые и дискретные.

можно привести наклонную плоскость и лестницу. Положение тела на наклонной плоскости и на лестнице задается значениями координат X и Y. При движении тела по наклонной плоскости его координаты могут принимать бесконечное множество непрерывно изменяющихся значений из определенного диапазона, а при движении по лестнице – только конечный набор значений, изменяющихся скачкообразно.
Примером аналогового и дискретного представления информации

Аналоговые устройства
Практическое задание № 2

Цифровые устройства

Дискретизация
это преобразование непрерывных изображений и звука в набор дискретных значений, каждому из которых присваивается значение кода.

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.

РАСТРОВОЕ ИЗОБРАЖЕНИЕ
Растровое изображение представляет собой совокупность точек (пикселей) разных цветов

КОДИРОВАНИЕ РАСТРОВОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ
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)

RGB
Цветовое изображение на экране монитора получается из сочетаний трёх базовых цветов: красного, зелёного, синего.
Такая система цветопередачи называется RGB

ЦВЕТОВАЯ МОДЕЛЬ RGB

ИНФОРМАЦИОННЫЙ ОБЪЕМ ОДНОЙ ТОЧКИ
Для черно-белого изображения информационный объем одной точки равен 1 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).

ФОРМУЛА ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ
глубина цвета (количество бит, используемых для кодирования цвета точки), например, 8, 16, 24, 32 бита. Каждый цвет можно рассматривать как возможное состояние точки, Тогда количество цветов, отображаемых на экране монитора может быть вычислено по формуле
K=2I ,
где K – количество цветов,
I – глубина цвета или битовая глубина

ГЛУБИНА ЦВЕТА
Качество двоичного кодирования изображения определяется разрешающей способностью экрана и глубиной цвета
Глубина цвета

ЗАПОЛНИТЕ ТАБЛИЦУ
«КОЛИЧЕСТВО ОТОБРАЖАЕМЫХ ЦВЕТОВ»,
ПРИМЕНИВ КАЛЬКУЛЯТОР

ФОРМУЛА ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ
Объем видеопамяти рассчитывается по формуле:
V=I*X*Y,
где I – глубина цвета отдельной точки,
X, Y –размеры экрана по горизонтали и по вертикали (произведение х на у – разрешающая способность экрана)

Практическое задание № 3
Черно-белое (без градаций серого) растровое графическое изображение имеет размер 10 ×10 точек. Какой объем памяти займет это изображение?
Для хранения растрового изображения размером 128 x 128 пикселей отвели 4 КБ памяти. Каково максимально возможное число цветов в палитре изображения?
РЕШИТЕ ЗАДАЧИ:

ВЕКТОРНОЕ ИЗОБРАЖЕНИЕ
представляет собой совокупность графических примитивов (точка, отрезок, эллипс). Каждый примитив описывается математическими формулами. Кодирование зависит от прикладной среды.

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:
BMP
GIF
JPEG
TIFF
PNG

Практическое задание № 4
Заполните таблицу,
используя поисковую систему Яндекс

ДИСКРЕТНОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ
ТЕКСТОВОЙ ИНФОРМАЦИИ
1 – есть сигнал
0 – нет сигнала
В компьютерном алфавите 256 символов
Кодирование текстовой информации
8 бит=1 байт
регистр памяти
1 бит

АЛФАВИТ ДЕСЯТИЧНОЙ, ДВОИЧНОЙ, ВОСЬМЕРИЧНОЙ И ШЕСТНАДЦАТЕРИЧНОЙ СИСТЕМ СЧИСЛЕНИЯ

КОДИРОВОЧНЫЕ ТАБЛИЦЫ
ASCII (American Standard Code for Information Interchange – Американский стандартный код информационного обмена),
1960-е гг.
Unicode, 1993 г.

МЕЖДУНАРОДНАЯ КОДИРОВКА ASCII

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ № 4
Закодируйте и напишите решение в тетради*
с помощью кодировочной таблицы ASCII и представьте в шестнадцатеричной системе счисления следующие тексты:
а) Password;
б) Windows;
в) Norton Commander.
* - можно применять калькулятор в компьютере

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ № 4
Декодируйте и запишите в тетради*
с помощью кодировочной таблицы ASCII следующие тексты, заданные шестнадцатеричным кодом:
а) 54 6F 72 6E 61 64 6F;
б) 49 20 6C 6F 76 65 20 79 6F 75;
в) 32 2A 78 B 79 3D 30
* - можно применять калькулятор в компьютере

ДИСКРЕТНОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ
ЗВУКОВОЙ ИНФОРМАЦИИ
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.

ВОСПРИЯТИЕ 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).

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫЙ СИГНАЛ

ВРЕМЕННАЯ ДИСКРЕТИЗАЦИЯ ЗВУКА
Непрерывная звуковая волна разбивается на отдельные маленькие временные участки, причем для каждого такого участка устанавливается определенная величина амплитуды.
Таким образом, непрерывная зависимость амплитуды сигнала от времени A(t) заменяется на дискретную последовательность уровней громкости.
На графике это выглядит как замена гладкой кривой на последовательность «ступенек».

ЗВУКОВЫЕ ФОРМАТЫ
Практическое задание № 5
Заполните таблицу,
используя поисковую систему Яндекс

ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ВИДЕОИНФОРМАЦИИ
Видеоинформация включает в себя последовательность кадров и звуковое сопровождение.
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.

ВИДЕОФОРМАТЫ
Практическое задание № 6
Заполните таблицу,
используя поисковую систему Яндекс