«Информатика и ИКТ БАЗОВЫЙ КУРС Учебник для 8 класса Допущено Министерством образования и науки Российской Федерации Москва БИНОМ. Лаборатория знаний 20O5 УДК 004.9 ББK 32.97 С30 Семакин И. Г. (И) Информатика и ...»

Решением проблемы хранения растровых изображений является сжатие, т. е. уменьшение размера файла за счет изменения способа организации данных. Никому пока не удалось даже приблизиться к созданию идеального алгорит­ ма сжатия. Каждый алгоритм хорошо сжимает только дан­ ные вполне определенной структуры. Разные графические форматы отличаются разными способами (алгоритмами) сжатия.

К стандартным растровым графическим форматам относятся: BMP (Windows Device Independent Bitmap), PCX (Z-Soft Paintbrush), GIF (Graphic Interchange Format), TIFF (Truevision Targa), JPEG ( Joint Photographic Experts Group) и др.

Форматы BMP и PCX желательно использовать в тех слу­ чаях, когда изображение содержит большие области одно­ тонной закраски. Это связано с тем, что алгоритм сжатия, включенный в эти форматы, заменяет последовательность повторяющихся величин (в нашем случае — наборы битов для представления пикселя) парой — величиной и числом ее повторений. В формате BMP изображение можно сохранять и без сжатия.

В формате GIF рекомендуется сохранять изображения с ограниченным количеством цветов (до 256). Данные в этом формате сжимаются всегда, так как алгоритм сжатия вклю­ чен в формат файла.

Различные варианты формата TIFF используют разные методы сжатия. Это означает, что возможна ситуация, когда файл в формате TIFF не может быть прочитан в некоторой графической программе, работающей с другой версией этого же формата. Другими словами, не все форматы TIFF одина­ ковы. Но, несмотря на эту проблему, TIFF является одним из самых популярных растровых форматов.

Формат JPEG разработан специально для эффективного хранения изображений фотографического качества. Сжатие по методу JPEG сильно уменьшает размер файла с растро­ вым рисунком. Высокая степень сжатия достигается за счет сжатия с потерями, при котором теряется часть исходной Дополнение к главе информации. Пользователю предоставляется возможность контролировать уровень потерь, указывая степень сжатия.

Если сохраняемое изображение — фотография, предназна­ ченная для высокохудожественного издания, то ни о к а к и х потерях не может быть и речи, так как рисунок должен быть воспроизведен как можно точнее. Если же изображе­ ние — фотография, которая будет размещена на поздрави­ тельной открытке, то потеря части исходной информации не имеет большого значения. Экспериментально можно определить допустимый уровень потерь для конкретного изображения.

Стандартные графические форматы позволяют осуществ­ лять обмен данными между различными приложениями.

Собственные форматы графических приложений Собственный файловый формат — частный и наиболее эффективный формат для хранения файлов отдельного гра­ фического приложения. Например, собственный формат Co­ relDRAW — CDR, Adobe PhotoShop — PSD, Fractal Design Painter — RIFF, Paint (стандартная программа Windows) — BMP.

Формат графического файла — способ представления гра­ фических данных на внешнем носителе.

Существуют стандартные графические форматы и собст­ венные форматы графических приложений.

Файлы векторного формата содержат описания рисунков в виде набора команд для построения простых геометриче­ ских объектов.

В файлах растрового формата запоминается размер изоб­ ражения, битовая глубина, а также код цвета каждого пик­ селя изображения.

Стандартные растровые графические форматы: BMP, PCX, GIF, TIFF, JPEG и др.

Стандартные векторные форматы: WMF, EPS, DXF, CGM и др.

Вопросы и задания 1. Почему необходимо иметь общие графические форматы для различных приложений?

2. Как можно уменьшить размер растрового файла?

3. Какой формат разработан специально для хранения фотогра­ 4. Почему не все форматы TIFF одинаковы?

5. Когда целесообразно сохранять изображения в формате BMP;

в формате TIFF?

6. Какова особенность формата GIF?

Дополнение к главе 5.1. Дискретизация аналогового сигнала Основные темы параграфа:

аналого-цифровое преобразование сигнала;

частота дискретизации;

разрядность дискретизации.

Аналого-цифровое преобразование сигнала С преобразованием аналогового сигнала в дискретную форму вы встретитесь в нескольких темах курса информати­ к и : это работа со звуком на компьютере, передача информа­ ции по телефонным линиям в компьютерных сетях, управле­ ние с помощью компьютера техническими устройствами.

Аналого-цифровое преобразование — очень важный процесс в компьютерных технологиях. Попробуем разобраться, как же происходит АЦП-преобразование.

На рис. 5.7 в графическом виде представлен переменный аналоговый сигнал (А) и его дискретное представление — множество отдельных точек (Б).

Рис. 5.7. Графическое представление аналогового сигнала (А) это непрерывно меняющееся со временем (t) значение физической величины (F).

Например, пусть F — сила тока. Дискретизация есть пе­ реход от формы А к форме Б.

Физически это происходит следующим образом: в равно­ отстоящие моменты времени, например через каждые 0, секунды, измеряется величина F. Если моменты времени из­ мерения обозначить t0, t1, t 2 и т. д., а измеренные значения величины F обозначить F0,, F2 и т. д., то дискретное пред­ ставление зависимости F от t можно свести в таблицу:

Эту информацию и нужно отразить в памяти компьютера.

Правда, не совсем в таком виде, к а к в таблице. Номера изме­ рений хранить ни к чему. Все моменты времени измерений так лее не нужно хранить в памяти. Достаточно знать началь­ ный момент t 0 и величину интервала времени между двумя измерениями, поскольку эта величина постоянная. Ее назы­ вают шагом дискретизации по времени. Обычно принимает­ ся t 0 = 0, т. е. время начинает отсчитываться от начала изме­ рений. Зная t 0 и шаг, можно определить все остальные мо­ менты времени измерений. Например, если шаг равен 0, секунды, то t1 = 0,01 с, t2 = 0,02 с, t3 = 0,03 с и т. д. Значе­ ния физической величины F хранятся в памяти в виде чис­ ловой последовательности (таблицы).

Дискретное цифровое представление сигнала — это таблица с результатами измерений физической величины в фиксированные Дополнение к главе Частота дискретизации Среди технических характеристик АЦП-устройств вместо шага дискретизации обычно указывается частота дискрети­ зации.

Частота измеряется в герцах (Гц). Одно измерение за одну секунду соответствует частоте 1 Гц. 1000 измерений за 1 се­ кунду — 1 килогерц (кГц). В приведенном выше примере при шаге дискретизации 0,01 с частота будет равна 100 Гц, или 0,1 кГц.

Разрядность дискретизации Наряду с частотой дискретизации еще одной характери­ стикой устройств АЦП является разрядность дискретиза­ ции. Значения измеряемой величины F заносятся в регистр АЦП — специальную ячейку памяти прибора. Результат из­ мерения представляется в регистре в виде целого двоичного числа. От разрядности регистра, т. е. количества битов, зави­ сит количество значений, которое в нем может быть пред­ ставлено. Если бы регистр был одноразрядный, то в нем представлялись бы всего два значения: 0 и 1. В двухразряд­ ный регистр могут заноситься четыре различных значения:

00, 0 1, 10, 11. В трехразрядный регистр — 8 значений: 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, 111. И т. д.

На рис. 5.8 показано, как это происходит при работе АЦП с трехразрядным регистром.

В графическом виде дискретизацию можно представить как переход от гладкой кривой к ломаной, состоящей из го­ ризонтальных и вертикальных отрезков. На каждом вре­ менном шаге считается, что значение измеряемой величиДополнение к главе Рис. 5.8. Измерения переменной физической величины при использовании трехразрядного регистра ны остается постоянным. Таким образом, дискретную фор­ му зависимости физической величины от времени можно графически изобразить либо в виде точечной диаграммы (см. рис. 5.7, Б), либо в виде ломаной линии (см. рис. 5.8).

В память компьютера результаты такого измерения будут записаны в виде последовательности трехразрядных двоич­ ных чисел:

Это и есть результат аналого-цифрового преобразования измеряемого процесса! Если это процесс передачи звука, зна­ чит, мы получили цифровое представление звука в памяти компьютера.

На самом деле трехразрядная дискретизация не использу­ ется на практике. Здесь мы привели такой вариант лишь в качестве учебного примера.

Коротко о главном Аналоговый сигнал — это непрерывно меняющееся со временем значение физической величины.

Дополнение к главе Дискретное цифровое представление сигнала — это табли­ ца с результатами измерений физической величины в фикси­ рованные моменты времени.

Частота дискретизации — это количество измерений, про­ изводимых прибором за 1 секунду. Частота измеряется в гер­ цах (Гц).

Разрядность дискретизации определяется размером ре­ гистра памяти устройства АЦП.

Дискретное цифровое представление аналогового сигнала тем точнее его отражает, чем выше частота и разрядность ди­ скретизации.

Вопросы и задания 1. Как технически происходит переход от аналогового сигнала к его дискретному представлению?

2. Что такое шаг дискретизации и частота дискретизации? Попро­ буйте выразить связь между ними в виде формулы.

3. Какой частоте дискретизации соответствует шаг 0,005 с?

4. Какому шагу дискретизации соответствует частота 1 КГц?

5. Что такое разрядность дискретизации?

6. Какова разрядность дискретизации АЦП, если в регистр можно записывать 1024 различных значения?

5.2. Представление и обработка звука Основные темы параграфа:

звуковая карта: основные характеристики;

цифровой (WAV) и синтезированный (MIDI) Звуковая карта: основные характеристики В § 25 сказано, что для ввода звука в компьютер исполь­ зуется микрофон, а для вывода — акустические колонки или наушники. Для их подключения к компьютеру требуется звуковая карта (аудиоадаптер). Качество компьютерного звука, прежде всего, определяется частотой дискретизации и разрядностью дискретизации, с которыми работает звуко­ вая карта. Бывают звуковые карты, работающие на частоте 11 кГц, 22 кГц. Наиболее качественное воспроизведение зву­ ка получается на частоте 44,1 кГц.

Разрядность дискретизации связана с размером регистра аудиоадаптера. Наименьший размер регистра — 8 разрядов.

В таком случае одно измеренное значение займет 1 байт па­ мяти компьютера. А число различных значений равно 2 = 256. При 16-разрядном регистре каждая величина в па­ мяти займет 2 байта, а число различных значений:

2 = 3 2 768. Существуют устройства с 32- и 64-разрядными регистрами. Чем выше разрядность дискретизации, тем выше точность измерений физической величины. Но при этом растет и объем занимаемой памяти.

Дискретное цифровое представление звука тем точнее его отражает, чем выше частота и разрядность дискретизации.

Цифровой (WAV) и синтезированный (MIDI) форматы звука Любая звуковая карта имеет дело с двумя основными фор­ матами компьютерного звука: цифровым (WAV-формат) и синтезированным (MIDI). Способ представления цифрового звука подробно описан в предыдущем разделе.

Другой способ кодирования звука — цифровой интер­ фейс музыкальных инструментов (Musical Instrument Di­ gital Interface). MIDI-файл похож на нотную партитуру, так как в нем указывается:

какая нота звучит;

в какое время начинается звучание;

как долго оно продолжается;

каким инструментом исполняется звучание.

MIDI-файл — компьютеризированная нотная партитура, используемая для воспроизведения звука. Фактически, MIDI-файл — последовательность команд, которыми записа­ ны действия, например нажатие клавиши пианино. Поэтому MIDI-файлы по размеру значительно меньше аналогичных цифровых файлов. MIDI-данные по отношению к цифровым данным — это примерно то же самое, что векторная графика по отношению к растровой графике.

Звуковые карты проигрывают MIDI-файлы, используя встроенный синтезатор. Звучание у этих файлов совер­ шенно особенное: непривычно чистое и в то же время каДополнение к главе кое-то синтетическое. Большинство инструментов могут воспроизводиться на синтезаторе одновременно, создавая впечатление играющего оркестра. Прекрасная оркестровка произведений и чистота звучания доставляют истинное на­ слаждение любителям электронной музыки. В новой элект­ ронной оркестровке великолепно звучат произведения му­ зыкальных классиков: Моцарта, Брамса, Баха и др. Однако MIDI-звук чрезвычайно трудно использовать для воспроиз­ ведения разговорной речи.

Создание и редактирование MIDI-данных требуют серьез­ ной профессиональной работы и под силу лишь композиторам или лицам с достаточным музыкальным образованием. Одна­ ко проигрывать такие файлы может любой пользователь.

Вместе с тем, для создания цифрового звука не требуется зна­ ния музыкальной теории. Подготовка цифровых аудиофайлов довольно проста и может быть выполнена с помощью про­ грамм — редакторов звука. Кроме записи и прослушивания звука эти редакторы позволяют удалять фрагменты аудиоза­ писи, собирать несколько звуковых файлов в один, смеши­ вать содержимое различных звуковых файлов, применять различные спецэффекты (эхо, нарастание и затухание звука и др.).

Коротко о главном Качество компьютерного звука определяется частотой ди­ скретизации и разрядностью дискретизации.

Любая звуковая карта имеет дело с двумя основными фор­ матами компьютерного звука: цифровым и синтезирован­ ным.

MIDI-файл содержит нотную партитуру для компьютера.

Вопросы и задания 1. Какие элементы звуковой карты отвечают за воспроизведение цифрового и синтезированного звука?

2. Почему 32-разрядная звуковая карта точнее кодирует и воспро­ изводит звук, чем 16-разрядная?

3. Какая информация хранится в MIDI-файлах?

Вместе с отважным мореплавателем и исследователем Точкой-Ру вы совершили нелегкое, но интересное путешест­ вие по океану знаний. Это лишь часть пути, который вам предстоит преодолеть.

Впереди вас ждут новые маршруты, новые открытия. Хо­ рошо отдохните, наберитесь сил, и безбрежный океан знаний под названием «Информатика» снова позовет вас в дорогу!

Глоссарий Информационные Органы чувств: зрение, слух, обоня­ Глава Язык Языки формальные (искусственные) Информационные Основные виды: хранение, передача Глава Канал передачи канал связи) Измерение инфор­ Способ измерения информационного алфавит­ объема текста (на каком-нибудь язы­ мации:

ный подход Информационный Количество информации, которое Глава Связь информаци­ онного веса сим­ и мощности ал­ фавита (N) 1 байт Байт, килобайт, мегабайт, гигабайт Компьютер Основные устройства ЭВМ (компьютера) Глоссарий Процессор ЭВМ Принцип храни­ мой в памяти программы (принцип Дж.

фон Неймана) Программа Данные Память Двоичная Принцип диск­ ретности опера­ тивной памяти Принцип адресуе­ мости оператив­ ной памяти Адрес байта Память внешняя Микропроцессор Устройства ввода (основные) Устройства вы­ Магистраль Шина данных Шина адреса Шина управления Тактовая частота процессора Объем оперативной Системное ПО Прикладное ПО Прикладные программы обще­ го назначения Прикладные про­ граммы, специаль­ ного назначения Глоссарий Операционная система (ОС) программиро­ вания ние Файл Каталог (папка) Дружественный пользователь­ ский интерфейс Объект Меню Принцип алфавитов можно просматривать в последовательтельности смысловых связей (гипер­ Гипертекст Структурные единицы, текста (данные ТР) Среда ТР (стандартные компоненты) Глоссарий ния текстовых документов строк, абзацев; размеры полей и т. д.

Шаблон Нумерованный список Маркированный список Распознавание текста Компьютерная графика информации нения компью­ терной графики графика учных исследований, графическая об­ Деловая графика Конструктор­ ская графика Иллюстратив­ ная графика Компьютерная анимация Устройства вво­ да графической информации Растр {графическая сетка) Видеопиксель Цветовая палитра RGB Видеоадаптер Видеопамять Код пикселя Графические координаты Векторная графическая информация Графические примитивы Графический редактор (ГР) Глоссарий растрового Режимы работы ГР растрового типа Мультимедиа форма Непрерывная физическая форма хра­ Аналоговая представления звука Цифровая (диск­ ретная) форма Представление звука в памяти компь­ представления звука Аналого-цифровое преобразование Цифро-аналоговое преобразование (ЦАП) Микрофон Динамики (колонки или наушники) Звуковая карта (аудиоадаптер) Компьютерная презентация Интерактивная тель, который сам осуществляет по­ Глава презентация Презентация Показ слайдов под управлением веду­ Глава со сценарием Непрерывно Не предусмотрен диалог с пользовате­ выполняющаяся презентация